單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)張毅剛等編著電子教案課件省公開課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)[張毅剛等編著][電子教案]1/39第7章89C51串行口全雙工異步通訊串行口4種工作方式,波特率由片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制。每發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)，均可發(fā)出中止請(qǐng)求。除用于串行通訊，還可用來擴(kuò)展并行I/O口。7.1串行口結(jié)構(gòu)串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)以下列圖，兩個(gè)物理上獨(dú)立地接收和發(fā)送緩沖器，可同時(shí)收、發(fā)數(shù)據(jù)(全雙工)。兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)特殊功效存放器字節(jié)地址:SBUF(99H）2/39控制存放器共兩個(gè):特殊功效存放器SCON和PCON。7.1.1串行口控制存放器SCON字節(jié)地址98H，可位尋址，格式如圖7-2所表示。3/39（1）SM0、SM1——串行口4種工作方式選擇位表7-1串行口4種工作方式SM0SM1方式 功能說明000同時(shí)移位存放器方式（用于擴(kuò)展I/O口）0118位異步收發(fā),波特率可變（由定時(shí)器控制）1029位異步收發(fā),波特率為fosc/64或fosc/321139位異步收發(fā),波特率可變（由定時(shí)器控制）（2）SM2——多機(jī)通信控制位用于方式2或方式3中。圖7-24/39當(dāng)串行口以方式2或方式3接收時(shí),假如SM2=1,只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時(shí),才將接收到前8位數(shù)據(jù)送入SBUF,并置“1”RI,產(chǎn)生中止請(qǐng)求；當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“0”時(shí),則將接收到前8位數(shù)據(jù)丟棄。假如SM2=0,則不論第9位數(shù)據(jù)是“1”還是“0”,都將前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中,并置“1”RI,產(chǎn)生中止請(qǐng)求。方式1時(shí),假如SM2=1,則只有收到停頓位時(shí)才會(huì)激活RI。方式0時(shí),SM2必須為0。（3）REN——允許串行接收位由軟件置“1”或清“0”。5/39REN=1允許串行口接收數(shù)據(jù)。 REN=0禁止串行口接收數(shù)據(jù)。（4）TB8——發(fā)送第9位數(shù)據(jù)方式2和3時(shí),TB8是要發(fā)送第9位數(shù)據(jù),可作為奇偶校驗(yàn)位使用,也可作為地址幀或數(shù)據(jù)幀標(biāo)志。=1為地址幀,=0為數(shù)據(jù)幀（5）RB8——接收到第9位數(shù)據(jù)方式2和3時(shí),RB8存放接收到第9位數(shù)據(jù)。在方式1,假如SM2=0,RB8是接收到停頓位。在方式0,不使用RB8。（6）TI——發(fā)送中止標(biāo)志位6/39方式0時(shí),串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)由硬件置“1”,其它工作方式,串行口發(fā)送停頓位開始時(shí)置“1”。TI=1,表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束,可供軟件查詢,也可申請(qǐng)中止。CPU響應(yīng)中止后,向SBUF寫入要發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。TI必須由軟件清0。（7）RI——接收中止標(biāo)志位方式0時(shí),接收完第8位數(shù)據(jù)時(shí),RI由硬件置1。其它工作方式,串行接收到停頓位時(shí),該位置“1”。RI=1,表示一幀數(shù)據(jù)接收完成,并申請(qǐng)中止。該位狀態(tài)也可軟件查詢。RI必須由軟件清“0”。7.1.2特殊功效存放器PCON 字節(jié)地址為87H,沒有位尋址功效。7/39SMOD:波特率選擇位。比如:方式1波特率計(jì)算公式為:方式1波特率=（2SMOD/32）×定時(shí)器T1溢出率也稱SMOD位為波特率倍增位。7.2串行口4種工作方式7.2.1方式0同時(shí)移位存放器輸入/輸出方式，慣用于外接移位存放器，以擴(kuò)展并行I/O口。8位數(shù)據(jù)為一幀，不設(shè)起始位和停頓位，先發(fā)送或接收最低 8/39位。波特率固定為fosc/12。幀格式以下:1．方式0發(fā)送當(dāng)CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF指令時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，串行口即把SBUF中8位數(shù)據(jù)以fosc/12固定波特率從RXD引腳串行輸出，低位在先,TXD引腳輸出同時(shí)移位脈沖，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)置“1”中止標(biāo)志位TI。時(shí)序如圖7-5所表示。2．方式0接收REN=1，接收數(shù)據(jù)，REN=0，禁止接收。9/39REN=1，允許接收。向串口SCON寫入控制字（置為方式0，并置“1”REN位，同時(shí)RI=0）時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，串行口即開始接收數(shù)據(jù)。RXD為數(shù)據(jù)輸入端，TXD為移位脈沖信號(hào)輸出端，接收器也以fosc/12固定波特率采樣RXD引腳數(shù)據(jù)信息，當(dāng)收到8位數(shù)據(jù)時(shí)置“1”RI。表示一幀數(shù)據(jù)接收完，時(shí)序以下:圖7-510/39方式0下，SCON中TB8、RB8位沒有用到，發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)由硬件置“1”TI或RI，CPU響應(yīng)中止。TI或RI須由用戶軟件清“0”，可用以下指令: CLRTI ；TI位清“0” CLRRI ；RI位清“0”方式0時(shí)，SM2位必須為0。圖7-611/397.2.2方式1SM0、SM1=01方式1一幀數(shù)據(jù)為10位，1個(gè)起始位（0），8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停頓位（1），先發(fā)送或接收最低位。幀格式如圖7-7:方式1波特率=（2SMOD/32）×定時(shí)器T1溢出率SMOD為PCON存放器最高位值（0或1）。圖7-712/391.方式1發(fā)送方式1輸出，數(shù)據(jù)由TXD輸出，一幀信息為10位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位）和1位停頓位1。當(dāng)執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫發(fā)送緩沖器SBUF指令，就開啟發(fā)送。圖中TX時(shí)鐘是發(fā)送波特率。發(fā)送開始時(shí)，內(nèi)部發(fā)送控制信號(hào)變?yōu)橛行?。將起始位向TXD輸出，今后，每經(jīng)過一個(gè)TX時(shí)鐘周期，便產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖，并由TXD輸出一個(gè)數(shù)據(jù)位。8位數(shù)據(jù)位全部發(fā)送完成后，置“1”TI。方式1發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)序，如圖7-8所表示。13/392．方式1接收數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）腳輸入。當(dāng)檢測(cè)到起始位負(fù)跳變時(shí)，開始接收數(shù)據(jù)。定時(shí)控制信號(hào)有兩種）:接收移位時(shí)鐘（RX時(shí)鐘，頻率和波特率相同）和位檢測(cè)器采樣脈沖（頻率是RX時(shí)鐘16倍，1位數(shù)據(jù)期間，有16個(gè)采樣脈沖），當(dāng)采樣到RXD端從1到0跳變時(shí)就開啟檢測(cè)器，接收值是3次連續(xù)采樣（第7、8、9個(gè)脈沖圖7-814/39時(shí)采樣）進(jìn)行表決以確認(rèn)是否是真正起始位（負(fù)跳變）開始。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完,須同時(shí)滿足兩個(gè)條件,接收才真正有效。⑴RI=0,即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時(shí),RI=1發(fā)出中止請(qǐng)求已被響應(yīng),SBUF中數(shù)據(jù)已被取走,說明“接收SBUF”已空。⑵SM2=0或收到停頓位=1（方式1時(shí),停頓位已進(jìn)入RB8）,圖7-915/39則收到數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8（RB8裝入停頓位）,且置“1”中止標(biāo)志RI。若這兩個(gè)條件不一樣時(shí)滿足,收到數(shù)據(jù)將丟失。7.2.3方式29位異步通信接口。每幀數(shù)據(jù)均為11位,1位起始位0,8位數(shù)據(jù)位（先低位）,1位可程控第9位數(shù)據(jù)和1位停頓位。幀格式如圖7-10。方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc圖7-1016/391.方式2發(fā)送發(fā)送前，先依據(jù)通訊協(xié)議由軟件設(shè)置TB8（比如，雙機(jī)通訊時(shí)奇偶校驗(yàn)位或多機(jī)通訊時(shí)地址/數(shù)據(jù)標(biāo)志位）。方式2發(fā)送數(shù)據(jù)波形如圖7-11所表示。

圖7-1117/39例7-1方式2發(fā)送在雙機(jī)通訊中應(yīng)用。下面發(fā)送中止服務(wù)程序，是在雙機(jī)通訊中，以TB8作為奇偶校驗(yàn)位，處理方法為數(shù)據(jù)寫入SBUF之前，先將數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)位寫入TB8，以確保采取偶校驗(yàn)發(fā)送。PIPTI:PUSHPSW；現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)PUSHAccSETBRS1；選擇第2組工作存放器區(qū)CLRRS0CLRTI；發(fā)送中止標(biāo)志清“0”MOVA，@R0；取數(shù)據(jù)18/39 MOVC,P ；校驗(yàn)位送TB8,采取偶校驗(yàn) MOVTB8，C MOVSBUF，A ；開啟發(fā)送 INCR0 ；數(shù)據(jù)指針加1 POPAcc ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POPPSW RETI ；中止返回2.方式2接收SM0、SM1=10，且REN=1。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當(dāng)位檢測(cè)到RXD從1到0負(fù)跳變，并判斷起始位有效后，開始收一幀信息。在接收器完第9位數(shù)據(jù)后，需滿足兩個(gè)條件，才能將接收到數(shù)據(jù)送入SBUF。19/39（1）RI=0,意味著接收緩沖器為空。（2）SM2=0或接收到第9位數(shù)據(jù)位RB8=1時(shí)。當(dāng)上述兩個(gè)條件滿足時(shí),接收到數(shù)據(jù)送入SBUF（接收緩沖器）,第9位數(shù)據(jù)送入RB8,并置“1”RI。若不滿足兩個(gè)條件,接收信息將被丟棄。方式2接收數(shù)據(jù)時(shí)序如圖7-12所表示。

例7-2方式2接收在雙機(jī)通訊中應(yīng)用。圖7-1220/39本例與上例相對(duì)應(yīng)。若第9位數(shù)據(jù)為校驗(yàn)位,在接收程序中作偶校驗(yàn)處理,設(shè)1組存放器區(qū)R0為數(shù)據(jù)緩沖器指針。PIRI: PUSHPSW PUSHAcc SETBRS0 ；選擇1組存放器區(qū) CLRRS1 CLRRI MOVA,SBUF ；收到數(shù)據(jù)送A MOVC,P JNCL1 ；C＝0。跳L1 JNBRB8,ERP ；ERP為犯錯(cuò)處理程序21/39 AJMPL2L1: JBRB8,ERP ；RB8＝1,跳ERPL2: MOV@R0,A INCR0 POPAcc POPPSWERP: ……… ；犯錯(cuò)處理程序段 ……… RETI7.2.4方式3SM0、SM1=11,串口為方式3。波特率可變9位異步通訊方式,除波特率外,方式3和方式2相同。方式3時(shí)序見方式2。22/39方式3波特率=（2SMOD/32）×定時(shí)器T1溢出率7.3多機(jī)通信要確保主機(jī)與所選擇從機(jī)實(shí)現(xiàn)可靠地通信，必須確保串口含有識(shí)別功效。SCON中SM2位就是滿足這一條件而設(shè)置多機(jī)通信控制位。原理:在串行口以方式2（或方式3）接收時(shí)，若SM2=1，表示置多機(jī)通信功效位，這時(shí)有兩種可能:（1）接收到第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，并置中止標(biāo)志RI=1向CPU發(fā)出中止請(qǐng)求；（2）接收到第9位數(shù)據(jù)為0時(shí)，則不產(chǎn)生中止標(biāo)志，信息將拋棄。23/39若SM2=0,則接收第9位數(shù)據(jù)不論是0還是1,都產(chǎn)生RI=1中止標(biāo)志,接收到數(shù)據(jù)裝入SBUF中。上述特征,便可實(shí)現(xiàn)89C51多機(jī)通信。設(shè)多機(jī)系統(tǒng)中有一主機(jī)和3個(gè)8031從機(jī),如圖7-13。主機(jī)RXD與從機(jī)TXD相連,主機(jī)TXD與從機(jī)RXD端相連。從機(jī)地址分別為00H、01H、02H。

圖7-1324/39多機(jī)通信工作過程:（1）從機(jī)串行口編程為方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使從機(jī)只處于多機(jī)通訊且接收地址幀狀態(tài)。（2）主機(jī)先將從機(jī)地址（即準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)從機(jī)）發(fā)給各從機(jī),主機(jī)發(fā)出地址信息第9位為1，各從機(jī)接收到第9位信息RB8為1，且因?yàn)镾M2=1，則置“1”RI，各從機(jī)響應(yīng)中止，執(zhí)行中止程序。在中止服務(wù)子程序中，判主機(jī)送來地址是否和本機(jī)地址相符合，相符則該從機(jī)清“0”SM2位，準(zhǔn)備接收主機(jī)數(shù)據(jù)或命令；若不符，則保持SM2=1狀態(tài)。25/39（3）接著主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，此時(shí)各從機(jī)串行口接收到RB8=0，只有地址相符合從機(jī)系統(tǒng)（即已清“0”SM2位從機(jī)）才能激活RI，從而進(jìn)入中止，在中止程序中接收主機(jī)數(shù)據(jù)（或命令）；其它從機(jī)因SM2＝1，又RB8=0不激活中止標(biāo)志RI，不能進(jìn)入中止，接收數(shù)據(jù)丟失。圖7-13所表示多機(jī)系統(tǒng)是主從式，由主機(jī)控制多機(jī)之間通信，從機(jī)和從機(jī)通訊只能經(jīng)主機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。7.4波特率制訂方法方式0、方式2波特率是固定；方式1.方式3波特率由定時(shí)器T1溢出率來確定。26/397.4.1波特率定義波特率定義。對(duì)于定時(shí)器不一樣工作方式,波特率范圍不一7.4.2定時(shí)器T1產(chǎn)生波特率計(jì)算（1）方式0波特率=時(shí)鐘頻率fosc×1/12,不受SMOD位值影響。若fosc=12MHz,波特率為fosc/12即1Mb/s。（2）方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc若fosc=12MHz:SMOD=0波特率=187.5kb/s；SMOD=1波特率=375kb/s27/39（3）方式1或方式3時(shí)，波特率為: 波特率=（2SMOD/64）×T1溢出率實(shí)際設(shè)定波特率時(shí)，T1常設(shè)置為方式2定時(shí)（自動(dòng)裝初值）這種方式不但操作方便，也可防止因軟件重裝初值而帶來定時(shí)誤差。實(shí)際使用時(shí)，為防止煩雜初值計(jì)算，慣用波特率和初值X間關(guān)系列成表7-2（P124），以供查用。表7-2有兩點(diǎn)需要注意:(1)時(shí)鐘振蕩頻率為12MHz或6MHz時(shí)，表中初值X和對(duì)應(yīng)波特率之間有一定誤差。比如，F(xiàn)DH對(duì)應(yīng)理論值是10416波特（時(shí)鐘6MHz）。與9600波特相差816波特，28/39消除誤差能夠調(diào)整時(shí)鐘振蕩頻率fosc實(shí)現(xiàn)。比如采取時(shí)鐘振蕩頻率為11.0592MHz。(2)假如串行通訊選取很低波特率,比如,波特率選為55,可將T1設(shè)置為方式1定時(shí)。但在T1溢出時(shí),需用在中止服務(wù)程序中重新裝入初值。中止響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行指令時(shí)間會(huì)使波特率產(chǎn)生一定誤差,可用改變初值方法加以調(diào)整。例7-3若8031單片機(jī)時(shí)鐘振蕩頻率為11.0592MHz,選取T1為方式2定時(shí)作為波特率發(fā)生器,波特率為2400b/s,求初值。上述結(jié)果可直接從表7-2中查到。這里時(shí)鐘振蕩頻率選為11.0592MHz,就可使初值為整數(shù),從而產(chǎn)生準(zhǔn)確波特率。29/397.5串行口編程和應(yīng)用介紹89C51之間雙機(jī)串行通信硬件接口和軟件設(shè)計(jì)。7.5.1雙機(jī)串行通信硬件接口89C51串行口為TTL電平。這種以TTL電平串行傳輸數(shù)據(jù)方式，抗干擾性差，傳輸距離短。為了提升串行通信可靠性，增大串行通信距離，普通都采取標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等來實(shí)現(xiàn)串行通信。依據(jù)89C51雙機(jī)通信距離和抗干擾性要求，可選擇TTL電平傳輸，或選擇RS-232C.RS-422A、RS485串行接口進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。30/391.TTL電平通信接口假如兩個(gè)89C51單片機(jī)相距在幾米之內(nèi)，它們串行口可直接相連，從而直接用TTL電平傳輸方法來實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，接口電路如圖7-14所表示。圖7-1431/392.RS-232C雙機(jī)通信接口假如雙機(jī)通信距離在30m之內(nèi)，可利用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙機(jī)通信，接口電路如圖7-15所表示。圖7-15中MAX232A是美國(guó)MAXIM企業(yè)生產(chǎn)RS-232C雙工發(fā)送器/接收器電路芯片。圖7-1532/393．RS-422A雙機(jī)通信接口為了增加通信距離，能夠在通信線路上采取光電隔離方法，利用RS-422A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行雙機(jī)通信，最大傳輸距離可達(dá)1000m左右，其接口電路如圖7-16所表示。圖7-16中SN75174.SN75175是TTL電平到RS-232電平與RS-232電平到TTL電平電平轉(zhuǎn)換芯片。圖7-1633/394.RS-485雙機(jī)通信接口RS-422A雙機(jī)通信需四芯傳輸線，這對(duì)長(zhǎng)距離通信很不經(jīng)濟(jì)，故在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通常采取雙絞線傳輸RS-485串行通信接口，它很輕易實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。圖7-17給出了其RS-485雙機(jī)通信接口電路，最大傳輸距離可達(dá)1000m左右。圖7-1734/397.5.2雙機(jī)串行通信軟件編程4種工作方式中方式0是移位存放器工作方式，主要用于擴(kuò)展并行I/O用，并不用于串行通信。串行口方式1～3是用于串行通信，下面介紹串行口方式1～3雙機(jī)串行通信軟件編程。軟件編程實(shí)際上與上面介紹各種串行標(biāo)準(zhǔn)硬件接口電路無關(guān)。1.串行口方式1應(yīng)用編程例7-4本例采取方式1進(jìn)行雙機(jī)串行通信，收、發(fā)雙方均采取6MHz晶振，波特率為2400b/s，每一幀信息為10位，第0位為起始位，第1～8位為數(shù)據(jù)位，最終1位為停頓位。發(fā)送方把以78H、77H單元內(nèi)容為首地址，以76H、75H單元內(nèi)35/39容減1為末地址數(shù)據(jù)塊經(jīng)過串行口發(fā)送給接收方。發(fā)送方要發(fā)送數(shù)據(jù)塊地址為H～201FH。發(fā)送時(shí)先發(fā)送地址幀，再發(fā)