第7章串口通信

第7章串口通信2025/1/19第7章串口通信并行通信：傳送的數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送，并排傳輸，同時被接收?？刂坪唵巍鬏斔俣瓤?；由于傳輸線較多，長距離傳送時成本高且接收方的各位同時接收存在困難。

引言

串行通信傳送數(shù)據(jù)的各位按分時順序一位一位地傳送（即一位一位的發(fā)送和接收）。特點：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復雜。

八個人站成一排一起通過八個人站成一縱隊一一通過2第7章串口通信7.1.1串行通信的基本概念

一、異步通信與同步通信1、異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。以幀作為傳送單位，每一幀由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位組成，結(jié)構(gòu)如圖。3第7章串口通信2.同步方式同步方式僅在開始用若干字符作為同步號令，然后連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖所示。由于沒有在每一個字符中，配置起始、停止位，所以結(jié)構(gòu)緊湊，傳輸效率高、速度快，其組成如下圖所示：

同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點，即它必須要用一個時鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設備也較復雜。例如IIC通信，SPI通信等4第7章串口通信二、串行通信的傳輸方向1、單工單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個方向，不能實現(xiàn)反向傳輸。2、半雙工半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個方向，但需要分時進行。3、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時進行雙向傳輸。

單工半雙工全雙工5第7章串口通信四、串行通信的錯誤校驗

1、奇偶校驗在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗位（1或0）。奇校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應為奇數(shù)；偶校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應為偶數(shù)。接收字符時，對“1”的個數(shù)進行校驗，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)了差錯。3、循環(huán)冗余校驗2、代碼和校驗送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個字節(jié)的校驗字符（校驗和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時對數(shù)據(jù)塊（除校驗字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的“校驗和”進行比較，相符則無差錯，否則即認為傳送過程中出現(xiàn)了差錯。

6第7章串口通信五、傳輸速率與傳輸距離

1、傳輸速率 波特率bps(bitpersecond)定義: 每秒傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，即： 1波特=1位/秒（1bps）如每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含10位(1個起始位、1個停止位、8個數(shù)據(jù)位)10位×240個/秒=2400bps相互通信的甲乙雙方必須具有相同的波特率，否則無法成功地完成串行數(shù)據(jù)通信。7第7章串口通信7.280C51的串行口

有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)；發(fā)送緩沖器1個，因為發(fā)送時CPU是主動的，不會產(chǎn)生重疊錯誤。

7.2.180C51串行口的結(jié)構(gòu)

8第7章串口通信數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

發(fā)送數(shù)據(jù) 通過指令MOVSBUF,A將數(shù)據(jù)寫入SBUF，然后串口自動將數(shù)據(jù)按事先設置的方式及速率從TXD(P3.1)端口輸出，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，串口向CPU申請中斷，且通過硬件將TI置1，表示發(fā)送已經(jīng)結(jié)束，等待寫入第二幀數(shù)據(jù)。

接收數(shù)據(jù) 當有數(shù)據(jù)送給單片機串口時，串口按事先設置的方式及速率自動從端口RXD(P3.0)接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校驗正確后送SBUF,一幀數(shù)據(jù)接收完畢RI=1，串口向CPU請求中斷且表示接收已經(jīng)結(jié)束。單片機只要通過執(zhí)行：MOVA,SBUF9第7章串口通信串行口的控制寄存器

MCS-51的串行口有四種工作方式，用戶可以通過對串行控制寄存器SCON編程來設定。此外，還有波特率控制寄存器PCON，必須詳細了解這些特殊功能寄存器，才能正確應用串行通信接口。

1．串行口控制寄存器SCON特殊功能寄存器SCON的地址為98H，具有位地址，可位尋址，復位時為00H，其格式如下：SM0、SM1：串行口的方式選擇位，見表7-1。

10第7章串口通信SM2：方式2和方式3的多機通信控制位；REN：允許串行接收位。TB8：在方式2和方式3中，發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時由軟件置位或復位。RB8：在方式2和方式3中，接收到的第9位數(shù)據(jù)；在方式1時，RB8是接收到的停止位；在方式0，不使用RB8。TI：發(fā)送中斷標志。TI必須由軟件清“0”RI：接收中斷標志，RI必須由軟件清“0”。

11第7章串口通信PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)

：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時，波特率與SMOD有關(guān)，當SMOD=1時，波特率提高一倍。復位時，SMOD=0。PCON的其他位為掉電方式控制位，詳見2.8節(jié)12第7章串口通信

6.2.380C51串行口的工作方式

一、方式0：串口擴展為并口1)波特率固定為發(fā)送—位數(shù)據(jù)等于一個機器周期。2)不論是發(fā)送還是接收，數(shù)據(jù)都是從RXD(P3.0)端出入。TXD端而作為同步移位脈沖輸出端。3)工作于方式0時，可將串行接口擴展為并行接口。1、方式0輸出13第7章串口通信

2、方式0輸入方式0接收和發(fā)送電路14第7章串口通信一、方式0必須注意：在接收時，除了設置SCON控制字為方式0外，還應設置允許接收控制位REN為“1”，清除RI中斷標志，才能啟動接收器工作。方式0工作時，必須使SCON控制字的SM2位（多機通信控制位）為“0”，從而不影響TB8和RB8位。由于波特率固定，故無需用定時器提供。但以中斷方式傳輸數(shù)據(jù)時，CPU響應中斷不會自動清除TI、RI標志，所以在中斷服務程序中，必須由指令將TI、RI清“0”。15第7章串口通信

二、方式1：8位異步通信接口方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位停止位。1、方式1輸出16第7章串口通信

2、方式1輸入17第7章串口通信（1）發(fā)送：

CPU向發(fā)送緩沖器SBUF寫入一個數(shù)據(jù)后，便啟動串行口在TXD端輸出幀信息，先發(fā)送起始位“0”，接著從低位開始依次輸出8位數(shù)據(jù)，最后輸出停止位。發(fā)送完一幀信息后，發(fā)送中斷標志TI置“1”，向CPU請求中斷。（2）接收：當允許接收位REN置“1”后，接收器便采樣RXD端電平，當采樣到“1”到“0”的跳變時，啟動接收器接收。計數(shù)器的16個狀態(tài)把1位時間等分成16份，并在第7、8、9個計數(shù)狀態(tài)時，采樣RXD電平。因此，每一位的數(shù)值采樣三次，取其中至少有兩次相同的值為確認值。啟動后，如果三次采樣的確認值不是“0”，則起始位無效，復位接收電路重新檢測。如果確認值為“0”，起始位有效，則開始按從低位到高位的順序接收一幀的數(shù)據(jù)信息。

必須注意，在方式1接收中設置有數(shù)據(jù)辨識功能：只有同時滿足以下兩個條件時，接收到的數(shù)據(jù)才有效，才會將數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI為“1”，向CPU請求中斷；否則，所接收的數(shù)據(jù)幀無效。當SM2=1時，接收到的停止位“1”裝入RB8中。①RI=0。②接收到停止位為“1”。18第7章串口通信

方式1的特點：

1)波特率可變串口波特率由定時器T1產(chǎn)生，T1工作于方式2，并決定于T1定時時間，而T1的定時時間決定于裝入的時間常數(shù)N，因此可根據(jù)時間常數(shù)N推出波特率，即 2)傳送數(shù)據(jù)為8位，連同一位起始位、一位停止位組成一幀，即一幀為10位，發(fā)送由TXD輸出，接收由RXD輸入，可構(gòu)成全雙工的串行通信端口。

例：設計波特率為4800b/s，晶振頻率為11.0592MHz，定時器T1工作在方式2，SMOD＝0，則計數(shù)器初值為

。19第7章串口通信

三、方式2和方式3方式2或方式3時為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。方式2和方式3時起始位1位，數(shù)據(jù)9位（含1位附加的第9位，發(fā)送時為SCON中的TB8，接收時為RB8），停止位1位，一幀數(shù)據(jù)為11位。方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32，方式3的波特率由定時器T1的溢出率決定。

20第7章串口通信

3．方式2、方式3

串行口工作在方式2、方式3時，為9位異步通信口，1幀信息由11位組成，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)D0～D7（低位在前）、1位可編程的第9位D8（發(fā)送時，第9位為SCON中的TB8；接收時，第9位為SCON中的RB8）及1位停止位，如圖7-10所示。圖7-10方式2、方式3數(shù)據(jù)格式（1）發(fā)送：當CPU向發(fā)送緩沖器SBUF寫入一個數(shù)據(jù)后，便立即啟動發(fā)送器發(fā)送。先發(fā)送起始位“0”，接著從低位開始依次輸出8位數(shù)據(jù)，再發(fā)送SCON中的TB8，最后輸出停止位。發(fā)送完一幀信息后，發(fā)送中斷標志TI置“1”，向CPU請求中斷。（2）接收：使用與方式1類似的方法識別起始位。必須注意，方式2、方式3接收中也設置有數(shù)據(jù)辨識功能：只有同時滿足以下兩個條件時，接收到的數(shù)據(jù)才有效，才能將接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8，并置RI為“1”；否則，所接收的數(shù)據(jù)幀無效。①RI=0。②接收到的停止位為“1”。

方式2、方式3的區(qū)別：方式2的波特率為fosc/32或fosc/64，而方式3的波特率可變。

21第7章串口通信三、串口工作方式2、3

方式2、3的工作性能

1)方式2波特率固定，并等于。

方式3波特率計算方法同方式1,即等于。

2)一幀數(shù)據(jù)為11位，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位可編程位、1位停止位。數(shù)據(jù)位低位在前高位在后，第9位可編程位發(fā)送時從SCON中的TB8取出，接收時第9位存SCON中的RB8。22第7章串口通信第四節(jié)串口初始化編程一、計算波特率串口方式0

串口方式1和串口方式3

串口方式2

23第7章串口通信24第7章串口通信二、對SCON、PCON、TMOD初始化 以設計一8051單片機控制系統(tǒng)為例，設主振頻率為12MHz，要求串口發(fā)送數(shù)據(jù)為8位、波特率為1200bps.則初始化步驟為：1.先按波特率要求，計算T1的時間常數(shù)N，設SMOD=1。 已知主振頻率為12MHz，波特率為1200bps.，串口工作于方式1,按式7-2可求得 N=203.92≈0CCH 2.寫出初始化程序 MOVSCON,#50H;串行口工作于方式1 MOVPCON,#80H;SMOD=1， MOVTMOD,#20H;T1工作方式2定時方式 MOVTHl,#0CCH;設置時間常間為N MOVTLl,#0CCH;自動裝入時間常數(shù) SETBTR1 ;啟動T1返回本章首頁25第7章串口通信 【例7-1】電路如圖所示，試編制程序按下列順序要求每隔0.5秒循環(huán)操作。 ①8個發(fā)光二極管全部點亮； ②從左向右依次暗滅，每次減少一個，直至全滅； ③從左向右依次點亮，每次亮一個； ④從右向左依次點亮，每次亮一個； ⑤從左向右依次點亮，每次增加一個， 直至全部點亮； ⑥返回從②不斷循環(huán)。7.3單片機串行口應用舉例

26第7章串口通信27第7章串口通信LIGHT:MOVSCON,#00H ;串行口方式0 CLRES ;禁止串行中斷 MOVDPTR,#TAB ;置發(fā)光二極管亮暗控制字表首址LP1:MOVR7,#0 ;置順序編號0LP2:MOVA,R7 ;讀順序編號 MOVCA,@A+DPTR ;讀控制字 CLRP1.0 ;關(guān)閉并行輸出 MOVSBUF,A ;啟動串行發(fā)送 JNBTI,$ ;等待發(fā)送完畢 CLRTI ;清發(fā)送中斷標志 SETBP1.0 ;開啟并行輸出 LCALLDLY500ms ;調(diào)用延時0.5秒子程序 INCR7 ;指向下一控制字 CJNER7,#30,LP2 ;判循環(huán)操作完否?未完繼續(xù) SJMPLP1;順序編號0～29依次操作完畢,從0開始重新循環(huán)TAB:DB0FFH,7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H;從左向右依次暗滅,每次減少一個,直至全滅;DB80H,40H,20H,10H,08H,04H,02H,01H;從左向右依次點亮,每次亮一個DB02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;從右向左依次點亮,每次亮一個 DB0C0H,0E0H,0F0H,0F8H,0FCH,0FEH;從左向右依次點亮,每次增加一個,直至全部點亮;28第7章串口通信【例7-2】設甲乙機以串行方式1進行數(shù)據(jù)傳送，fosc=11.0592MHz，波特率為1200b/s。甲機發(fā)送的16個數(shù)據(jù)存在內(nèi)RAM40H～4FH單元中，乙機接收后存在內(nèi)RAM50H為首地址的區(qū)域中。29第7章串口通信 甲機發(fā)送子程序： MOVTMOD,#20H ;置T1定時器工作方式2 MOVTL1,#0E8H ;置T1計數(shù)初值 MOVTH1,#0E8H ;置T1計數(shù)重裝值 CLRET1 ;禁止T1中斷 SETBTR1 ;T1啟動 MOVSCON,#40H ;置串行方式1,禁止接收 MOVPCON,#00H ;置SMOD=0(SMOD不能位操作) CLRES ;禁止串行中斷 MOVR0,#40H ;置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOVR2,#16 ;置發(fā)送數(shù)據(jù)長度TRSA:MOV A,@R0 ;讀一個數(shù)據(jù) MOV SBUF,A ;發(fā)送 JNB TI,$ ;等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 CLR TI ;清發(fā)送中斷標志 INC R0 ;指向下一字節(jié)單元 DJNZ R2,TRSA ;判16個數(shù)據(jù)發(fā)完否?未完繼續(xù) RET30第7章串口通信 乙機接收子程序： MOVTMOD,#20H ;置T1定時器工作方式2 RXDB:MOVTL1,#0E8H ;置T1計數(shù)初值 MOVTH1,#0E8H ;置T1計數(shù)重裝值 CLRET1 ;禁止T1中斷 SETBTR1 ;T1啟動 MOVSCON,#40H ;置串行方式1,禁止接收 MOVPCON,#00H ;置SMOD=0(SMOD不能位操作) CLRES ;禁止串行中斷 MOVR0,#50H ;置接收數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOVR2,#16 ;置接收數(shù)據(jù)長度 SETBREN ;啟動接收 RDSB: JNB RI,$ ;等待一幀數(shù)據(jù)接收完畢 CLR RI ;清接收中斷標志 MOV A,SBUF ;讀接收數(shù)據(jù) MOV @R0,A ;存接收數(shù)據(jù) INC R0 ;指向下一數(shù)據(jù)存儲單元 DJNZ R2,RDSB ;判16個數(shù)據(jù)接收完否?未完繼續(xù) RET;31第7章串口通信回顧串行工作方式2方式2是一幀11位的串行通信方式，即1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個可編程位TB8/RB8和1個停止位，【例7-3】設計一個串行方式2發(fā)送子程序（SMOD=1），將片內(nèi)RAM50H～5FH中的數(shù)據(jù)串行發(fā)送，第9數(shù)據(jù)位作為奇偶校驗位。接到接收方核對正確的回復信號（用FFH表示）后，再發(fā)送下一字節(jié)數(shù)據(jù)，否則再重發(fā)一遍。32第7章串口通信 MOVSCON,#80H;置串行方式2,禁止接收 MOVPCON,#80H;置SMOD=1 MOVR0,#50H ;置發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址TRLP: MOVA,@R0;讀數(shù)據(jù) MOVC,PSW.0;奇偶標志送TB8 MOVTB8,C; MOVSBUF,A;啟動發(fā)送 JNBTI,$;等待一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢 CLRTI;清發(fā)送中斷標志 SETBREN;允許接收 CLRRI;清接收中斷標志 JNBRI,$;等待接收回復信號 MOVA,SBUF;讀回復信號 CPLA;回復信號取反 JNZTRLP;非全0(回復信號≠FFH,錯誤),轉(zhuǎn)重發(fā) INCR0;全0(回復信號=FFH,正確),指向下一數(shù)據(jù)存儲單元 CJNER0,#60H,TRLP;判16個數(shù)據(jù)發(fā)送完否?未完繼續(xù)RET33第7章串口通信二、多機通信1、硬件連接單片機構(gòu)成的多機系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)。所謂主從式，即在數(shù)個單片機中，有一個是主機，其余的是從機，從機要服從主機的調(diào)度、支配。80C51單片機的串行口方式2和方式3適于這種主從式的通信結(jié)構(gòu)。當然采用不同的通信標準時，還需進行相應的電平轉(zhuǎn)換，有時還要對信號進行光電隔離。在實際的多機應用系統(tǒng)中，常采用RS-485串行標準總線進行數(shù)據(jù)傳輸。34第7章串口通信2、通信協(xié)議所有從機的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài)。主機發(fā)送一地址幀，其中8位是地址，第9位為地址/數(shù)據(jù)的區(qū)分標志，該位置1表示該幀為地址幀。所有從機收到地址幀后，都將接收的地址與本機的地址比較。對于地址相符的從機，使自己的SM2位置0（以接收主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀），并把本站地址發(fā)回主機作為應答；對于地址不符的從機，仍保持SM2=1，對主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬。從機發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后，要發(fā)送一幀校驗和，并置第9位（TB8）為1，作為從機數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的標志。35第7章