單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案市公開課一等獎省賽課微課金獎?wù)n件

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計[張毅剛等編著][電子教案]單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第1頁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)定時器/計數(shù)器控制。每發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)，均可發(fā)出中止請求。除用于串行通訊，還可用來擴展并行I/O口。7.1串行口結(jié)構(gòu)串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)以以下圖，兩個物理上獨立地接收和發(fā)送緩沖器，可同時收、發(fā)數(shù)據(jù)(全雙工)。兩個緩沖器共用一個特殊功效存放器字節(jié)地址：SBUF(99H）

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第2頁2/39控制存放器共兩個：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。

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第3頁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同時移位存放器方式（用于擴展I/O口）0118位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器控制）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（由定時器控制）（2）SM2——多機通信控制位

用于方式2或方式3中。圖7-2單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第4頁4/39當串行口以方式2或方式3接收時，假如SM2=1，只有當接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時，才將接收到前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置“1”RI，產(chǎn)生中止請求；當接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“0”時，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)生中止請求。方式1時，假如SM2=1，則只有收到停頓位時才會激活RI。方式0時，SM2必須為0。

（3）REN——允許串行接收位由軟件置“1”或清“0”。

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第5頁5/39

REN=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，TB8是要發(fā)送第9位數(shù)據(jù)，可作為奇偶校驗位使用，也可作為地址幀或數(shù)據(jù)幀標志。

=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，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)送中止標志位單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第6頁6/39方式0時，串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時由硬件置“1”，其它工作方式，串行口發(fā)送停頓位開始時置“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——接收中止標志位

方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)時，RI由硬件置1。其它工作方式，串行接收到停頓位時，該位置“1”。RI=1，表示一幀數(shù)據(jù)接收完成，并申請中止。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。

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第7頁7/39SMOD：波特率選擇位。比如：方式1波特率計算公式為：

方式1波特率=（2SMOD/32）×定時器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同時移位存放器輸入/輸出方式，慣用于外接移位存放器，以擴展并行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 單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第8頁8/39位。波特率固定為fosc/12。幀格式以下：1．方式0發(fā)送

當CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF指令時，產(chǎn)生一個正脈沖，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引腳輸出同時移位脈沖，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)置“1”中止標志位TI。時序如圖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。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第9頁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RI=0）時，產(chǎn)生一個正脈沖，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，當收到8位數(shù)據(jù)時置“1”RI。表示一幀數(shù)據(jù)接收完，時序以下：圖7-5單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第10頁10/39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，SM2位必須為0。圖7-6單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第11頁11/397.2.2方式1

SM0、SM1=01方式1一幀數(shù)據(jù)為10位，1個起始位（0），8個數(shù)據(jù)位，1個停頓位（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）×定時器T1溢出率SMOD為PCON存放器最高位值（0或1）。圖7-7單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第12頁12/39

1．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時鐘是發(fā)送波特率。發(fā)送開始時，內(nèi)部發(fā)送控制信號變?yōu)橛行А⑵鹗嘉幌騎XD輸出，今后，每經(jīng)過一個TX時鐘周期，便產(chǎn)生一個移位脈沖，并由TXD輸出一個數(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)時序，如圖7-8所表示。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第13頁13/392．方式1接收

數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）腳輸入。當檢測到起始位負跳變時，開始接收數(shù)據(jù)。定時控制信號有兩種）：接收移位時鐘（RX時鐘，頻率和波特率相同）和位檢測器采樣脈沖（頻率是RX時鐘16倍，1位數(shù)據(jù)期間，有16個采樣脈沖），當采樣到RXD端從1到0跳變時就開啟檢測器，接收值是3次連續(xù)采樣（第7、8、9個脈沖圖7-8單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第14頁14/39時采樣）進行表決以確認是否是真正起始位（負跳變）開始。當一幀數(shù)據(jù)接收完，須同時滿足兩個條件，接收才真正有效。⑴RI=0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時，RI=1發(fā)出中止請求已被響應(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，停頓位已進入RB8），圖7-9單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第15頁15/39則收到數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8（RB8裝入停頓位），且置“1”中止標志RI。若這兩個條件不一樣時滿足，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7-10單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第16頁16/391．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，雙機通訊時奇偶校驗位或多機通訊時地址/數(shù)據(jù)標志位）。方式2發(fā)送數(shù)據(jù)波形如圖7-11所表示。

圖7-11單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第17頁17/39例7-1

方式2發(fā)送在雙機通訊中應(yīng)用。下面發(fā)送中止服務(wù)程序，是在雙機通訊中，以TB8作為奇偶校驗位，處理方法為數(shù)據(jù)寫入SBUF之前，先將數(shù)據(jù)奇偶校驗位寫入TB8，以確保采取偶校驗發(fā)送。

PIPTI：PUSHPSW；現(xiàn)場保護PUSHAcc

SETBRS1；選擇第2組工作存放器區(qū)CLRRS0CLRTI；發(fā)送中止標志清“0”MOVA，@R0；取數(shù)據(jù)單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第18頁18/39

MOVC,P ；校驗位送TB8,采取偶校驗 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 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。當位檢測到RXD從1到0負跳變，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，需滿足兩個條件，才能將接收到數(shù)據(jù)送入SBUF。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第19頁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。當上述兩個條件滿足時，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。若不滿足兩個條件，接收信息將被丟棄。方式2接收數(shù)據(jù)時序如圖7-12所表示。

例7-2

方式2接收在雙機通訊中應(yīng)用。圖7-12單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第20頁20/39本例與上例相對應(yīng)。若第9位數(shù)據(jù)為校驗位，在接收程序中作偶校驗處理，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為犯錯處理程序

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第21頁21/39

AJMPL2L1: JBRB8,ERP ；RB8＝1，跳ERPL2: MOV@R0,A INCR0 POPAcc POPPSW

ERP: ……… ；犯錯處理程序段 ……… 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時序見方式2。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第22頁22/39

方式3波特率=（2SMOD/32）×定時器T1溢出率7.3多機通信要確保主機與所選擇從機實現(xiàn)可靠地通信，必須確保串口含有識別功效。SCON中SM2位就是滿足這一條件而設(shè)置多機通信控制位。原理：在串行口以方式2（或方式3）接收時，若SM2=1，表示置多機通信功效位，這時有兩種可能：（1）接收到第9位數(shù)據(jù)為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，并置中止標志RI=1向CPU發(fā)出中止請求；（2）接收到第9位數(shù)據(jù)為0時，則不產(chǎn)生中止標志，信息將拋棄。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第23頁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中止標志，接收到數(shù)據(jù)裝入SBUF中。上述特征，便可實現(xiàn)89C51多機通信。

設(shè)多機系統(tǒng)中有一主機和3個8031從機，如圖7-13。主機RXD與從機TXD相連，主機TXD與從機RXD端相連。從機地址分別為00H、01H、02H。

圖7-13單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第24頁24/39多機通信工作過程：（1）從機串行口編程為方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使從機只處于多機通訊且接收地址幀狀態(tài)。（2）主機先將從機地址（即準備接收數(shù)據(jù)從機）發(fā)給各從機,主機發(fā)出地址信息第9位為1，各從機接收到第9位信息RB8為1，且因為SM2=1，則置“1”RI，各從機響應(yīng)中止，執(zhí)行中止程序。在中止服務(wù)子程序中，判主機送來地址是否和本機地址相符合，相符則該從機清“0”SM2位，準備接收主機數(shù)據(jù)或命令；若不符，則保持SM2=1狀態(tài)。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第25頁25/39（3）接著主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀，此時各從機串行口接收到RB8=0，只有地址相符合從機系統(tǒng)（即已清“0”SM2位從機）才能激活RI，從而進入中止，在中止程序中接收主機數(shù)據(jù)（或命令）；

其它從機因SM2＝1，又RB8=0不激活中止標志RI，不能進入中止，接收數(shù)據(jù)丟失。圖7-13所表示多機系統(tǒng)是主從式，由主機控制多機之間通信，從機和從機通訊只能經(jīng)主機才能實現(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波特率由定時器T1溢出率來確定。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第26頁26/397.4.1波特率定義波特率定義。對于定時器不一樣工作方式，波特率范圍不一7.4.2定時器T1產(chǎn)生波特率計算（1）方式0波特率=時鐘頻率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/s

單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第27頁27/39（3）方式1或方式3時，波特率為：

波特率=（2SMOD/64）×T1溢出率實際設(shè)定波特率時，T1常設(shè)置為方式2定時（自動裝初值）這種方式不但操作方便，也可預(yù)防因軟件重裝初值而帶來定時誤差。實際使用時，為預(yù)防煩雜初值計算，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有兩點需要注意：(1)時鐘振蕩頻率為12MHz或6MHz時，表中初值X和對應(yīng)波特率之間有一定誤差。比如，F(xiàn)DH對應(yīng)理論值是10416波特（時鐘6MHz）。與9600波特相差816波特，單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第28頁28/39消除誤差能夠調(diào)整時鐘振蕩頻率fosc實現(xiàn)。比如采取時鐘振蕩頻率為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。但在T1溢出時，需用在中止服務(wù)程序中重新裝入初值。中止響應(yīng)時間和執(zhí)行指令時間會使波特率產(chǎn)生一定誤差，可用改變初值方法加以調(diào)整。例7-3

若8031單片機時鐘振蕩頻率為11.0592MHz，選取T1為方式2定時作為波特率發(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。這里時鐘振蕩頻率選為11.0592MHz，就可使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生準確波特率。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第29頁29/397.5串行口編程和應(yīng)用

介紹89C51之間雙機串行通信硬件接口和軟件設(shè)計。

7.5.1雙機串行通信硬件接口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，普通都采取標準串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等來實現(xiàn)串行通信。依據(jù)89C51雙機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串行接口進行串行數(shù)據(jù)傳輸。單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第30頁30/391．TTL電平通信接口假如兩個89C51單片機相距在幾米之內(nèi)，它們串行口可直接相連，從而直接用TTL電平傳輸方法來實現(xiàn)雙機通信，接口電路如圖7-14所表示。圖7-14單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第31頁31/392．RS-232C雙機通信接口假如雙機通信距離在30m之內(nèi)，可利用RS-232C標準接口實現(xiàn)點對點雙機通信，接口電路如圖7-15所表示。圖7-15中MAX232A是美國MAXIM企業(yè)生產(chǎn)RS-232C雙工發(fā)送器/接收器電路芯片。圖7-15單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第32頁32/393．RS-422A雙機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標準進行雙機通信，最大傳輸距離可達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7-16單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第33頁33/394．RS-485雙機通信接口RS-422A雙機通信需四芯傳輸線，這對長距離通信很不經(jīng)濟，故在工業(yè)現(xiàn)場，通常采取雙絞線傳輸RS-485串行通信接口，它很輕易實現(xiàn)多機通信。圖7-17給出了其RS-485雙機通信接口電路，最大傳輸距離可達1000m左右。圖7-17單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第34頁34/397.5.2雙機串行通信軟件編程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雙機串行通信軟件編程。軟件編程實際上與上面介紹各種串行標準硬件接口電路無關(guān)。1．串行口方式1應(yīng)用編程例7-4本例采取方式1進行雙機串行通信，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)單片機原理與應(yīng)用設(shè)計張毅剛等編著電子教案課件第35頁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)送時先發(fā)送