《單片機應(yīng)用實例開發(fā)》課件第7章

7.1計算機串行通信基礎(chǔ)

7.2MCS-51單片機的串行接口

7.3串行口通信程序的設(shè)計

7.4單片機與PC機通信的設(shè)計

7.5習(xí)題

實例七單片機與PC機通信學(xué)習(xí)目標(biāo)◆理解串行通信的分類、制式及MCS-51串行口的結(jié)構(gòu)?！衾斫釳CS-51單片機串行口的工作方式，并正確地進行配置?！粽_使用VirtualSerialPortKit、Proteus、SSCOM仿真單片機與PC機通信電路及串行通信程序?！粼O(shè)計和制作單片機與PC機通信的RS-232接口電路，對電路中的故障現(xiàn)象進行分析判斷并加以解決，通過調(diào)試得到正確結(jié)果。

工作任務(wù)

◆測試串口通信接口電路并對結(jié)果進行描述。

◆設(shè)計、制作與調(diào)試串口通信系統(tǒng)。

◆撰寫設(shè)計文檔與測試報告。

基于單片機的電子系統(tǒng)或設(shè)備一般以單片機為核心，配合其他設(shè)備完成相應(yīng)信息的采集及各種控制工作，因此，單片機與其他器件的通信顯得格外重要。單片機與外部設(shè)備的通信由接口電路來完成。本實例將介紹單片機與PC機進行串行通信的接口電路設(shè)計及相關(guān)串口通信程序的編寫。7.1計算機串行通信基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)◆理解異步通信和同步通信?！衾斫獍腚p工和全雙工制式。工作任務(wù)◆設(shè)計雙單片機全雙工通信電路。

就像要經(jīng)過一座獨木橋到河的對岸，每次只能一人通行的情況一樣，串行通信方式是指計算機主機與外設(shè)之間以及主機系統(tǒng)與主機系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)以串行方式傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，二進制數(shù)據(jù)按位傳送。在進一步學(xué)習(xí)MCS-51串行I/O接口之前，下面先學(xué)習(xí)與串行通信相關(guān)的基礎(chǔ)知識。

7.1.1串行通信的分類

由于串行通信在一根傳輸線上既要傳送數(shù)據(jù)信息又要傳送聯(lián)絡(luò)控制信息，為了區(qū)分是數(shù)據(jù)信息還是控制信息，串行通信有固定的數(shù)據(jù)格式要求，即異步和同步數(shù)據(jù)格式，相應(yīng)地就有異步通信和同步通信兩種通信方式。

1．異步通信

異步通信是以字符為信息單位傳送的，每個字符即為一幀數(shù)據(jù)，可以隨機出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，即發(fā)送端發(fā)出的每個字符在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)的時間是任意的，接收端預(yù)先并不知道。通過規(guī)定字符幀格式，接收端就知道發(fā)送端何時開始發(fā)送數(shù)據(jù)，何時數(shù)據(jù)發(fā)送完。字符幀格式如圖7-1所示，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位四部分組成。各部分的功能如下：

(1)起始位：占1位，始終為邏輯0低電平，用于向接收設(shè)備表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀信息。

(2)數(shù)據(jù)位：根據(jù)情況可取5位、6位、7位或8位，低位在前，高位在后。

(3)奇偶校驗位：占1位，用于表征串行通信中采用奇校驗還是偶校驗。

(4)停止位：為邏輯“1”高電平，通?？扇?位、1.5位或2位，向接收端表示一幀數(shù)據(jù)已傳送結(jié)束。圖7-1異步通信的字符幀格式在通信過程中，發(fā)送端逐幀發(fā)送信息，接收端逐幀接收信息。相鄰字符幀之間可以無空閑位，也可以有空閑位，由用戶根據(jù)需要設(shè)定。

2．同步通信

同步通信以數(shù)據(jù)塊為信息單位傳送，每幀信息包括成百上千個字符，每個字符也由5～8位組成，其格式如圖7-2所示。同步字符位于幀開頭，可以是1～2個字符。采用兩個同步字符，稱為雙同步方式；采用一個同步字符，稱為單同步方式。校驗字符有1～2個，位于幀末尾，用于接收端對接收到的數(shù)據(jù)字符的正確性進行校驗。圖7-2同步通信的字符幀格式同步通信中字符幀內(nèi)部位與位之間的傳送是同步的，字符與字符之間的傳送也是同步的，對同步時鐘的要求非常嚴(yán)格。

同步傳送的優(yōu)點是可得到較高的傳送速率，通?？蛇_56Mb/s或更高；缺點是要求發(fā)送時鐘和接收時鐘保持嚴(yán)格同步，硬件較復(fù)雜。助記：河對岸有一景區(qū)，只能通過一獨木橋到達對岸，為防止發(fā)生意外事件，景區(qū)管理部門設(shè)計了兩種方案組織游客過河：其一是由一導(dǎo)游領(lǐng)隊(起始位)，后面是游客(5～8位)，最后跟一位管理人員，只要第一隊與第二隊間有時間間隔(也可以沒有)，游客以小隊為單位過獨木橋，到達對岸即可進入景區(qū)；其二是在上橋前先組織好，先分成適當(dāng)?shù)男￡?每一隊相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)字符)，再組合成大隊由管理部門指定一工作人員帶領(lǐng)大隊游客過河（該大隊通過過程中，不允許其他人員通過，也不允許相互插隊），在橋的另一端，工作人員只有在過橋人員中認(rèn)識第一位為景點工作人員時才允許大隊進入。

【練習(xí)】

項目：奇偶檢驗位的設(shè)置。

項目編號：EX7_1。

任務(wù)要求：某串行通信系統(tǒng)采用異步通信方式，起始位、停止位各1位，數(shù)據(jù)位8位，采用偶校驗，當(dāng)傳送數(shù)據(jù)為58H時，奇偶校驗位的值為多少？

分析：58H→01011000B。偶校驗是指所有傳送數(shù)位(數(shù)據(jù)位和校驗位)中，“1”的個數(shù)為偶數(shù)個。58H中“1”的個數(shù)為奇數(shù)個，因此校驗位為“1”。

7.1.2串行通信的制式

串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)流的方向可分成單工、半雙工和全雙工三種制式。

1．單工制式

使用一根傳輸線，由發(fā)送器傳送至接收器，這種方式為單工制式，如圖7-3所示。圖7-3單工制式

2．半雙工制式

使用同一根傳輸線既作接收又作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù)可以在兩個方向上傳送，但某一時刻，只能有一端發(fā)送，這種方式為半雙工制式，如圖7-4所示。圖7-4半雙工制式

3．全雙工制式

使用兩根不同的傳輸線傳送，通信雙方能在同一時刻進行發(fā)送和接收操作，這種方式即為全雙工制式，如圖7-5所示。圖7-5全雙工制式

【練習(xí)】

項目：雙單片機全雙工電路設(shè)計。

項目編號：EX7_2。

任務(wù)要求：MCS-51單片機中RXD、TXD分別用來接收與發(fā)送，試?yán)L制雙單片機全雙工通信電路。

設(shè)計設(shè)備與軟件：計算機1臺，Proteus軟件1套。

設(shè)計步驟：

(1)打開Proteus，選擇兩片MCS-51單片機；

(2)參考后面的圖7-11完成電路連接。7.2MCS-51單片機的串行接口學(xué)習(xí)目標(biāo)◆理解MCS-51串行口的結(jié)構(gòu)，并正確掌握SBUF在串口通信中的作用?！衾斫馓厥夤δ芗拇嫫鱏CON、PCON各位的功能?！衾斫馑姆N工作方式，并計算各工作方式的波特率。工作任務(wù)

◆設(shè)置串行口的工作方式。

◆設(shè)置串行通信的波特率。

MCS-51單片機內(nèi)部有一個可編程全雙工串行通信接口，可作為通用異步接收/發(fā)送器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，UART)，也可作為同步移位寄存器。接下來討論該接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式及波特率。

7.2.1串行口的結(jié)構(gòu)

該串行通信接口由數(shù)據(jù)發(fā)送/接收緩沖器SBUF、發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器、輸出控制門和波特率發(fā)生器T1組成，如圖7-6所示。其中，SBUF是兩個物理上獨立的特殊功能寄存器，占用同一地址99H。圖7-6串行口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖7-6中，波特率發(fā)生器由定時器T1承擔(dān)，為串行發(fā)送或接收提供移位時鐘；接收控制器是雙緩沖結(jié)構(gòu)，在前一個字節(jié)被從接收緩沖器(SBUF)讀出之前，第二個字節(jié)即開始被接收(串行輸入至移位寄存器)，但是在第二字節(jié)被接收完畢而前一個字節(jié)未被CPU讀取時，會丟失前一個字節(jié)的內(nèi)容。串行通信中，不論發(fā)送還是接收，都是由特殊功能寄存器SBUF與累加器A之間的傳送操作來完成的。發(fā)送時，向SBUF發(fā)“寫”命令(執(zhí)行“MOVSBUF,A”指令)，向發(fā)送緩沖器SBUF裝載并開始由TXD(P3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端)引腳向外發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后使發(fā)送中斷標(biāo)志TI=1。在接收中斷標(biāo)志RI=0的條件下，置允許接收位REN=1啟動接收，一幀數(shù)據(jù)進入移位寄存器，并裝載到接收緩沖器SBUF中，RI=1，執(zhí)行“讀”命令(“MOVA,SBUF”指令)，由接收緩沖器SBUF取出信息并通過內(nèi)部總線送給CPU。

【練習(xí)】

項目：單字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送。

項目編號：EX7_3。

任務(wù)要求：編程，完成將內(nèi)部RAM中地址為45H的內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去。

分析：將數(shù)據(jù)由串口發(fā)送，可采用“MOVSBUF,A”指令，因此：

MOVA, 45H

MOVSBUF, A

7.2.2串行口的控制寄存器

MCS-51對串口的控制是通過對串行口控制寄存器SCON和電源控制寄存器PCON兩個特殊功能寄存器的操作來實現(xiàn)的。

1．串行口控制寄存器SCON

SCON用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及狀態(tài)標(biāo)志。SCON的字節(jié)地址為98H，可進行位尋址，其格式如圖7-7所示。圖7-7SCON的格式

(1)?SM0和SM1：工作方式選擇位。這兩位用于設(shè)定串行口的工作方式，詳細定義如表7-1所示。

(2)?SM2：多機通信控制位。該位主要在方式2和方式3下使用。在方式2或方式3下，當(dāng)SM2=0時，串行口以單機發(fā)送或接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活，但不會引起中斷請求；當(dāng)SM2=1且RB8=1時，RI不僅被激活，而且可以向CPU請求中斷。在方式0下，SM2不用，設(shè)置為0。在方式1下，SM2也應(yīng)設(shè)置為0，此時RI只有在接收電路接收到停止位“1”時才被激活成“1”，并能自動發(fā)出串行口中斷請求(中斷開放)。

(3)?REN：允許接收控制位。REN=0，禁止串行口接收；REN=1，允許串行口接收。該位由軟件置位或清零。

(4)?TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)第9位。該位用于在方式2和方式3下存放發(fā)送數(shù)據(jù)第9位。該位由軟件置位或清零。

(5)?RB8：接收數(shù)據(jù)第9位。該位用于在方式2和方式3下存放接收數(shù)據(jù)第9位(奇偶位或地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位)。在方式1下，若SM2=0，則RB8用于存放接收到的停止位。在方式0下，不使用RB8。

(6)?TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0下，發(fā)送電路發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，TI由硬件置位；在其他方式下，TI在發(fā)送電路開始發(fā)送停止位時置位。不管是什么方式，都需要由軟件清零。

(7)?RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式0下，RI在接收電路接收到第8位數(shù)據(jù)時由硬件置位；在其他方式下，RI總是在接收電路接收到停止位的中間位置時置位。該位由軟件清零。

2．電源控制寄存器PCON

PCON的字節(jié)地址為87H，不能進行位尋址，其格式如圖7-8所示。圖7-8PCON的格式

PCON中與串行通信有關(guān)的僅D7位，即SMOD。SMOD為波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3下，串行通信波特率與2SMOD成正比，即在SMOD?=?1時，波特率提高1倍。

【練習(xí)】

項目：串口工作方式設(shè)置。

項目編號：EX7_4。

任務(wù)要求：編程，設(shè)置串口工作于方式1，且允許串行口接收。

分析：工作方式的設(shè)置實際就是對SCON寄存器的配置，因此，其步驟如下：

(1)理解SCON各位的含義；

(2)根據(jù)需要設(shè)置SCON各位。

參考代碼如下：

SETB SM1

CLR SM0

SETB REN

7.2.3串行口的工作方式

MCS-51單片機的串行口有方式0、方式1、方式2和方式3等四種工作方式。

1．工作方式0

在工作方式0下，串行口作為同步移位寄存器使用，數(shù)據(jù)由RXD端輸入,同步移位脈沖由TXD端輸出,發(fā)送或接收的是8位數(shù)據(jù)，低位在先。

發(fā)送操作在TI=0時進行，CPU通過“MOVSBUF，A”指令給“SBUF(發(fā)送)”送出發(fā)送字符后，即從RXD線上發(fā)出8位數(shù)據(jù)。8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，TI由硬件置位，在中斷開放的情況下，可向CPU請求中斷。CPU響應(yīng)中斷后先用軟件對TI清零，然后再給“SBUF(發(fā)送)”送下一個欲發(fā)送字符，并重復(fù)上述過程。在進行發(fā)送操作時，串行口相當(dāng)于一個并入串出的移位寄存器。接收過程在RI=0和REN=1的條件下啟動。串行數(shù)據(jù)由RXD線輸入。接收電路接收到8位數(shù)據(jù)后，RI自動置“1”并發(fā)出串行口中斷請求(若中斷開放)。CPU查詢到RI=1或響應(yīng)中斷后便通過“MOVA，SBUF”指令把“SBUF(接收)”中的數(shù)據(jù)送入累加器A。RI也由軟件復(fù)位。

提示：MCS-51的串行口工作在方式0下的主要用途是通過連接外部同步移位寄存器擴張一個并行I/O口。

2．工作方式1

在工作方式1下，串行口被設(shè)定為10位異步通信方式。字符幀格式如圖7-9所示，包括1位起始位、1位停止位和8位數(shù)據(jù)位。圖7-9工作方式1的字符幀格式

TI=0時，執(zhí)行“MOVSBUF，A”指令開始發(fā)送，發(fā)送電路自動在8位發(fā)送字符前后分別添加1位起始位和停止位，并在移位脈沖的作用下在TXD線上一次發(fā)送一幀信息，發(fā)送完后自動維持TXD線為高電平。TI由硬件在發(fā)送停止位時置位。接收操作在RI=0且REN=1的條件下進行。接收電路以所選波特率的16倍速率采樣RXD線，檢測到RXD端輸入電平發(fā)生負(fù)跳變(起始位)時，內(nèi)部16分頻計數(shù)器復(fù)位，并將1FFFH寫入移位寄存器。計數(shù)器的16個狀態(tài)把傳送一位數(shù)據(jù)的時間16等分，在每個時間的7、8、9三個計數(shù)狀態(tài)位，檢測器采樣RXD端電平，接收的值是三次采樣中至少兩次相同的值(三中取二原則)。如果在第一位時間內(nèi)接收到的值不為0，則復(fù)位接收電路，重新搜索RXD端輸入電平的負(fù)跳變；若接收到的值是0，則說明起始位有效，將其移入移位寄存器，并開始接收該幀數(shù)據(jù)的其余信息，仍然以三中取二原則來確定所采樣數(shù)據(jù)的值。在接收到第9位數(shù)據(jù)位(停止位)時，接收電路在同時滿足RI=0且SM2=0或接收到的停止位為“1”時，把接收到的8位數(shù)據(jù)存入SBUF(接收)中，把停止位送入RB8中，使RI=1并發(fā)出串行口中斷請求(若中斷開放)。如果條件不滿足，那么這次接收到的數(shù)據(jù)被舍去，不裝入SBUF(接收)中。

3．工作方式2和工作方式3

工作方式2和工作方式3均為11位異步收發(fā)，兩者的差異在于通信波特率不同：方式2的波特率由fosc經(jīng)32或16分頻得到，方式3的波特率由定時器T1或T2的溢出率經(jīng)32分頻后提供。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送端，RXD為數(shù)據(jù)接收端，傳送的一幀數(shù)據(jù)格式如圖7-10所示，包括1起始位、1停止位、8位數(shù)據(jù)位、1位附加的第9位(發(fā)送時為SCON中的TB8，接收時為RB8)，第9位可由用戶安排，可以是奇偶校驗位，也可以是其他控制位。圖7-10工作方式2、3的數(shù)據(jù)幀格式由于方式2和方式3有9位有效數(shù)據(jù)位，因此發(fā)送時除要把8位待發(fā)送數(shù)據(jù)裝入SBUF(發(fā)送)外，還要把第9位數(shù)據(jù)位預(yù)先裝入SCON的TB8中，可用以下指令中的一條裝入：

SETB TB8

CLR TB8

第9位數(shù)據(jù)位的值裝入TB8后，用一條以SBUF為目的的傳送指令把發(fā)送數(shù)據(jù)裝入SBUF來啟動發(fā)送過程。一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完后，硬件對TI置位，CPU便可以通過查詢TI來以同樣的方法發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。接收操作在RI=0且REN=1的條件下進行。接收電路以所選波特率的16倍速率采樣RXD線，檢測到RXD端輸入電平發(fā)生負(fù)跳變(起始位)時，內(nèi)部16分頻計數(shù)器復(fù)位，并將1FFFH寫入移位寄存器。計數(shù)器的16個狀態(tài)把傳送一位數(shù)據(jù)的時間16等分，在每個時間的7、8、9三個計數(shù)狀態(tài)位，檢測器采樣RXD端電平，接收的值是三次采樣中至少兩次相同的值(三中取二原則)。如果在第一位時間內(nèi)接收到的值為0，說明起始位有效，將其移入移位寄存器，開始接收這一幀數(shù)據(jù)。接收時，數(shù)據(jù)從右邊移入移位寄存器，1從左邊移出，在起始位0移到最左邊時，控制電路進行最后一次移位。當(dāng)RI=0且SM2=0(或接到的第9位數(shù)據(jù)為1)時，接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8(接收數(shù)據(jù)的第9位)，置RI=1，并向CPU請求中斷(若中斷開放)。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位RI，一位時間后繼續(xù)搜索RXD的負(fù)跳變。

【練習(xí)】

項目：多字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送。

項目編號：EX7_5。

任務(wù)要求：編程，將內(nèi)部RAM中初始地址為40H的10個數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去(串口工作于方式1)。

分析：首先需要從存儲單元取出數(shù)據(jù)，再發(fā)送該數(shù)據(jù)(可參考項目EX7_3)，等待發(fā)送完一個字節(jié)，再取下一個數(shù)據(jù)進行發(fā)送，直到發(fā)送完10個數(shù)據(jù)。

注意：發(fā)送中斷標(biāo)志位TI需硬件清零。參考代碼如下：

LOOP: MOV R0, #40H

MOV A, @R0

INC R0

MOV SBUF, A

JNB TI, $

CLR TI

CJNE R0, #4AH, LOOP

7.2.4波特率

波特率是串行通信中的重要指標(biāo)，反映了串行傳送數(shù)據(jù)的速率，單位是b/s(bitpersecond)。對于MCS-51單片機的串行口，工作方式不同，其波特率也不同。用戶應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞郊巴ㄐ挪ㄌ芈省?/p>

1．工作方式0的波特率

在工作方式0下，串行口的通信波特率固定為fosc/12(fosc為主機頻率)。

2．工作方式2的波特率

在工作方式2下，串行口的通信波特率為：，即在PCON中的SMOD位為1時，波特率為1/32?×?fosc，SMOD位為0時，波特率為1/64?×?fosc。

3．工作方式1或工作方式3的波特率

這兩種工作方式的通信波特率是由定時器的溢出率決定的，計算公式為： 。其中，定時器T1的溢出率定義為。

T1作為波特率發(fā)生器時，最典型的用法是使T1工作在自動裝入的8位定時器方式(即方式2)，此時的波特率為：2SMOD?×?fosc/[32?×?12?×?(256-TH1)]。常用的串行口通信波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表7-2所示。

【練習(xí)】

項目：波特率設(shè)置。

項目編號：EX7_6。

任務(wù)要求：工作于方式1，晶振為11.0592MHz，設(shè)置串口波特率為9600b/s。

步驟：

(1)設(shè)置定時器T1的工作方式。

(2)確定波特率是否需要翻倍；

(3)確定定時器的計數(shù)初值。

(4)啟動定時器T1。參考代碼如下：

MOV TMOD, #20H ;T1工作于方式2

MOV PCON, #00H ;波特率不翻倍

MOV TL1, #0FDH

MOV TH1, #0FDH

SETB TR1 ;啟動T17.3串行口通信程序的設(shè)計學(xué)習(xí)目標(biāo)◆學(xué)會使用工作方式0?！魧W(xué)會制定串行通信協(xié)議?！魧W(xué)會編寫串行通信程序。工作任務(wù)◆設(shè)計雙單片機串行通信程序。前面學(xué)習(xí)了MCS-51單片機串口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式及相應(yīng)的波特率，下面我們通過幾個簡單的應(yīng)用實例來學(xué)習(xí)單片機串行通信軟件的編寫。

1．基于工作方式0的循環(huán)彩燈

在前面的介紹中我們知道，當(dāng)MCS-51單片機的串行口工作于工作方式0時，其相當(dāng)于一個同步移位寄存器，通過外接8位串行輸入和并行輸出的同步移位寄存器(74LS164或CD4094)實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)變換為并行數(shù)據(jù)輸出，通過外接8位并行輸入和串行輸出的同步移位寄存器(74LS165或CD4014)實現(xiàn)并行變串行。

在前面的章節(jié)中，我們學(xué)到了用P1口作輸出口，編寫程序控制P1口各發(fā)光二極管依次輪流點亮，每次點亮的時間為0.5s。在下面的例1中，控制8只彩燈，占用了8個端口，在端口資源緊張的情況下，就要考慮端口的擴展。例7-1采用CD4094進行端口擴展的電路原理圖如圖7-11所示，試編寫程序?qū)崿F(xiàn)從D1到D8循環(huán)點亮，每次的點亮?xí)r間為0.5s。

分析：CD4094是8位串行輸入(D端，2腳)并行輸出的同步移位寄存器。CLK為同步脈沖輸入端。STB為控制端，若STB=0，則8位并行數(shù)據(jù)輸出端關(guān)閉，但允許串行數(shù)據(jù)從D端輸入；若STB=1，則D輸入端關(guān)閉，但允許8位數(shù)據(jù)并行輸出。圖7-114094擴展的循環(huán)彩燈電路圖軟件設(shè)計：

(1)流程圖。通過分析電路圖，設(shè)置流程圖如圖7-12所示。圖7-12程序流程圖(a)主程序流程圖；(b)中斷服務(wù)程序流程圖

(2)參考程序代碼如下：

;**************************************************

;文件名：4094彩燈.ASM

;作者：zjliu

;說明：發(fā)光二極管接CD4094并行輸出口

;RXD發(fā)送串行數(shù)據(jù)，TXD提供移位時鐘

;**************************************************

ORG 0000H

STB BITP3.2

START: LJMP MAIN ;轉(zhuǎn)向主程序

ORG 0023H

AJMP S16 ;轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序

ORG 0100H

;主程序

MAIN: MOV SCON,#00H

;串行口初始化為方式0

MOVIE,#90H ;開串行口中斷

CLR STB ;禁止CD4094并行輸出

MOVA,#80H ;起始顯示碼送A

MOVSBUF,A ;8051串行輸出

LOOP: AJMPLOOP ;等待串行口輸出完畢

;中斷服務(wù)程序

S16: SETB STB ;點亮發(fā)光二極管

ACALL DELAY ;延時0.5s

CLR TI;清發(fā)送中斷標(biāo)志

RR A ;準(zhǔn)備點亮下一位

CLR STB;滅顯示

MOVSBUF,A ;串行口輸出

RETI

2．雙單片機串行口通信程序設(shè)計

實際應(yīng)用中，常常需要單片機與單片機、單片機與PC機或單片機與其他嵌入式系統(tǒng)交換信息?，F(xiàn)舉例說明單片機與單片機之間是如何通過串行口進行數(shù)據(jù)交換的。

例7-2已知某一系統(tǒng)中有兩片8051：一片用于數(shù)據(jù)采集，所采集的10個數(shù)據(jù)存于起始地址為40H的內(nèi)部RAM中；另一片用于數(shù)據(jù)處理，接收的結(jié)果也存放于40H開始的內(nèi)部RAM中。試畫出兩片8051采用串口連接的電路原理圖并編寫通信子程序。分析：8051有一個全雙工可編程串行口，具有UART功能，該串口的數(shù)據(jù)發(fā)送端為TXD，數(shù)據(jù)接收端為RXD，只需要對串行口的控制寄存器和波特率作適當(dāng)設(shè)置，便可在程序控制下完成數(shù)據(jù)收發(fā)。兩片8051連接的原理簡圖如圖7-13所示。圖中，U1為主機(數(shù)據(jù)采集)，U2為從機(數(shù)據(jù)處理)。U1的TXD、RXD分別與U2的RXD、TXD相連。這種方式利用單片機自身的TLL電平直接傳輸信息，其傳輸距離一般不超過5m。在較遠距離通信時，通常采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平進行點到點連接。在使用RS-232C時，注意TTL電平與RS-232C電平的轉(zhuǎn)換一般采用MAX232芯片。圖7-13兩片8051連接的原理簡圖軟件設(shè)計：

(1)通信協(xié)議。兩片單片機能夠?qū)崿F(xiàn)良好的通信，往往需要做一些約定，比如如何建立連接，連接是否建立成功，傳輸速率等。這種約定也就是通信協(xié)議。本例協(xié)議內(nèi)容如下：

①波特率為9600b/s，采用主從式通信，即主機(U1)發(fā)送，從機(U2)接收，串行口工作于方式1。

②握手過程：當(dāng)U1發(fā)送時，先發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號“F1”，U2接收到后回答一個“F2”的應(yīng)答信號，表示同意接收，若未收到，則繼續(xù)呼叫。③數(shù)據(jù)傳輸過程：U1在收到U2發(fā)回的應(yīng)答信號“F2”后便開始發(fā)送數(shù)據(jù)。

④校驗過程：采用“和校驗”方式，數(shù)據(jù)塊發(fā)送完后便發(fā)送“校驗和”信號，U2在接收到“校驗和”后與計算出的“校驗和”作比較。若兩者相等，則說明傳輸正確，U2回答“00H”；若不相等，則U2回答“FFH”，請求重發(fā)。

⑤U1接收到“00H”，通信結(jié)束；接收到“FFH”，重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

(2)程序流程圖如圖7-14所示。

(3)參考程序代碼。系統(tǒng)振蕩頻率為11.0592MHz，串行口工作于方式1，波特率為9600b/s，讓定時器T1工作于方式2，查表得TH1=TL1=FDH，PCON的SMOD位為0。

①發(fā)送子程序(U1)：

;***********************************************

;文件名：p2ps.asm

;作者：zjliu

;說明：完成從40H開始數(shù)據(jù)塊中10個數(shù)據(jù)的發(fā)送

;***********************************************

ORG 0300H圖7-14程序流程圖(a)U1發(fā)送程序流程圖；(b)U2接收程序流程圖

【練習(xí)】

項目：雙單片機通信程序設(shè)計。

項目編號：EX7_7。

任務(wù)要求：單片機工作于方式1，晶振為11.0592MHz，波特率為9600b/s，完成通信協(xié)議的制定，并完成通信程序的編寫、調(diào)試。

設(shè)計設(shè)備與軟件：計算機1臺，MedWin或其他同類軟件1套，Proteus軟件1套。設(shè)計步驟：

(1)制定通信協(xié)議。

(2)軟件設(shè)計并用MedWin或其他軟件完成編碼。

(3)仿真調(diào)試代碼，編譯生成.hex文件并加載至單片機。

(4)調(diào)試并完成練習(xí)報告。7.4單片機與PC機通信的設(shè)計學(xué)習(xí)目標(biāo)◆使用VirtualSerialPortKit、Proteus、SSCOM仿真單片機與PC機通信電路及串行通信程序?！粼O(shè)計并制作單片機與PC機通信的RS-232C接口電路，對電路中的故障現(xiàn)象進行分析并加以解決，通過調(diào)試得到正確結(jié)果。

工作任務(wù)◆測試串口通信接口電路并對結(jié)果進行描述?！粼O(shè)計、制作與調(diào)試串口通信系統(tǒng)?！糇珜懺O(shè)計文檔與測試報告。

實際應(yīng)用中，常常采用單片機作為下位機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、接收上位機命令并發(fā)送給執(zhí)行結(jié)構(gòu)，上位機則完成管理數(shù)據(jù)(采用數(shù)據(jù)庫)、向下位機發(fā)送指令等功能，這種上、下位機的通信便可采用串行方式。在此，我們將討論單片機與計算機通信的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計，希望對讀者的工作有所幫助。

1．硬件設(shè)計

由于PC機上是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的串口，采用的是負(fù)邏輯，而MCS-51單片機的輸入、輸出電平則是TTL電平，因此，要實現(xiàn)單片機與PC機的通信就必須對單片機的TTL電平作電平轉(zhuǎn)換。完整的電路如圖7-15所示。圖7-15串口通信下位機電路圖7-15中，虛擬終端為Proteus提供的虛擬儀器，它使得用戶可以用PC機的鍵盤發(fā)送或傳送串行數(shù)據(jù)，也可以用屏幕顯示接收到的串行數(shù)據(jù)，因此可采用虛擬終端對串行通信程序進行調(diào)試驗證。

為了更貼近實際應(yīng)用，在此介紹另外一種串行通信仿真方式。該方式采用Proteus中的COMPIM、FabulaTech公司的虛擬串口軟件VirtualSerialPortKit(Version5.3試用版)、串口調(diào)試軟件SSCOM3.2實現(xiàn)，電路如圖7-16所示。圖7-16Proteus仿真電路下面首先對使用的工具作一簡單介紹。

VirtualSerialPortKit是一款可以成對創(chuàng)建虛擬串口，并且將兩虛擬串口通過虛擬串口線連接起來的軟件。創(chuàng)建串口對的過程如下：

(1)打開VirtualSerialPortKit。

(2)選擇“Port”菜單，再選擇“AddPair”，彈出“AddVirtualSerialPorts”對話框，如圖7-17所示。

(3)分別從兩個下拉框中選擇端口(下拉框中對已存在的串口在其后面加“overlapped”，如“COM1(overlapped)”)，再單擊“OK”，創(chuàng)建串口對成功。圖7-17添加串口對

SSCOM3.2是一款功能較強大的串口調(diào)試軟件，其主界面如圖7-18所示，圖7-18中，上方為接收顯示窗口，接收到的數(shù)據(jù)顯示在該窗口中，最底端的狀態(tài)欄顯示各種信息，待發(fā)送數(shù)據(jù)從發(fā)送窗口輸入，串口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等用于串口設(shè)置。圖7-18串口調(diào)試軟件

COMPIM是Proteus提供的串行口物理接口模型。COMPIM有8個引腳：TXD、RXD、RTS、CTS、DSR、DTR、DCD和RI。其中，TXD、RTS和DTR為設(shè)備的輸入并在物理端口上成為輸出；RXD、CTS、DSR、DCD和RI為物理端口的輸入并在設(shè)備上成為輸出。

使用COMPIM時，需要做適當(dāng)設(shè)置，選中“COMPIM”并打開其屬性進入到“EditComponent”對話框，如圖7-19所示。各選項功能及默認(rèn)值如表7-3所示。

2．軟件設(shè)計

(1)流程圖如圖7-20所示。圖7-19COMPIM的設(shè)置圖7-20流程圖(a)主程序；(b)中斷服務(wù)程序

(2)程序編寫如下：

;***********************************************

;文件名：pcmcu.asm

;作者：zjliu

;說明：接收上位機指令，1——紅燈亮并發(fā)回RED

;2——綠燈亮并發(fā)回GREEN

;***********************************************

ORG 0000H

RED BIT P1.0

GREEN BIT P1.1

LJMP MAIN

ORG 0023H

LJMP SI ;跳至中斷服務(wù)程序

;主程序

ORG 0100H

MAIN: MOV SP, #60H

MOV SCON, #50H ;設(shè)置串口工作方式為方式1

MOV TMOD, #20H ;設(shè)置定時器1工作方式為方式1

ANL PCON, #7FH

MOV TH1, #0FDH

;設(shè)置波特率為9600b/s，時鐘為11.0592?MHz

MOV TL1, #0FDH

SETB TR1 ;啟動定時器1

SETB EA ;開CPU中斷

WAIT: SETB ES ;開串口中斷

SJMP WA