单片机第6章MCS51单片机的串行口.ppt

第六章 MCS-51单片机的串行口,内容提要:,6.1 计算机串行通信基础,6.2 MCS-51单片机的串行口,6.3 单片机串行口应用举例,6.1 计算机串行通信基础,6.1.1 基本概念6.1.2 串行通信的标准接口,6.1.1 基本概念,一、串行通信方式 什么叫串行通信？,在生活中同学们排横队行走 并行；排纵队行走 串行。计算机中在传输信息、数据时也有并行、串行的问题。,1、异步通讯方式,以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的 开始和结束字符间隔不固定，只需字符传送时同步。异步通讯常用格式：一个字符帧,异步 发送时钟与接收时钟不一定相等。,2、同步通讯,以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。,接收设备,发送设备,同步发送设备时钟与接收设备时钟严格一致。,单工,A 发,B 收,半双工,A 发 收,B 收 发,例如：广播电台 收音机,例如：对讲机,二、数据传送模式,单工,单工通讯：数据单向传送。,半双工通讯：数据可分时双向传送。,全双工,A 发 收,B 收 发,例如：电话机,全双工通讯：可同时进行发送和接收。,三、信号的调制于解调,调制器：数字信号转换成模拟信号解调器：模拟信号转换成数字信号,四、串行通信的校验,奇偶校验和校验循环冗余码校验,五、传输速率与传输距离,1、波特率即串行通信速率。b/s、bps 在异步通信中，单位时间内所传送的有效二进制位数波特率。举例、设有一帧信息，1个起始位、8个数据位、1个停止位，传输速率为每秒240个字符。求波特率。解：（181）240=2400 b/s=2400波特。2、传输距离与传输速率的关系：反比关系,6.1.2 串行通信的标准接口,一、RS-232C接口电气特性机械特性功能特性过程特性二、RS-422A接口三、RS-485接口四、20mA电流环接口,6.2.1 MCS-51串行口的结构6.2.2 MCS-51串行口的控制寄存器6.2.3 MCS-51串行口的工作方式,6.2 MCS-51单片机的串行口,6.2.1 MCS-51串行口的结构,单片机内有通用异步接收/发送器 UART。全双工，4种工作方式，波特率可编程设置，可中断,1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0)数据格式(P.237图)：按不同方式，一帧位数 8/10/11 发送/接收时，数据皆低位在前。,一帧字符发送/接收结束，置位标志位(TI/RI)并申请SIO中断。中断控制：中断允许位ES 中断入口：0023H,串行通信接口,发送：,CPU,发送寄存器SBUF,发送时钟:,SBUF 串行发送/接收数据缓冲器 是两个物理单元，共用一个地址（99H）,接收:,CPU,接收时钟,接收数据寄存器SBUF,2、PCON 电源管理寄存器,6.2.2 MCS-51串行口的控制寄存器,1、数据缓冲器SBUF发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。（1）发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同时启动发送。发送指令：MOVSBUF，A（2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。读取串行口接收数据指令：MOV A，SBUF,3、串行口控制/状态寄存器SCON(98H),SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。SM2：多机控制位，用于多机通讯。REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收；REN=0，禁止接 收。TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位RB8：接收的第9位数据位或停止位TI：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零RI：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零,串行口的工作方式,表7-1 串行口工作方式,6.2.3 MCS-51串行口的工作方式,一、方式0二、方式1三、方式2和方式3四、波特率的计算,同步移位寄存器方式 波特率固定为fosc/12 RXD 接收发送数据 TXD 产生同步移位脉冲 接收/发送完，置位RI/TI，（要求SM2=0）,发送,接收,无起始位，无停止位。可用于并口的扩展。,一、方式0,1.一帧8位，无起始位和停止位。2.RXD：数据输入/输出端。TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。3.波特率B=fosc/12 如：fosc=12MHz，B=1MHz，每位数据占1s。,4.发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。接收过程：REN=1且RI=0，启动接收，一帧接收完毕，RI=1。,5.移位寄存器方式举例,数据从RXD（P3.0）引脚串行输出，低位在先，高位在后；TXD（P3.1）引脚输出移位脉冲，其频率为foc/12；发送完毕后，中断标志位TI为1。如要发送数据，如下所示：MOV SCON,#00H；串行口方式0 MOV SBUF,A；将数据送出 JNB TI,$；等待数据发送完毕,8位UART 波特率为（2SMODT1的溢出率）/32，可变。一帧信息10位。,发送,接收,送 RB8,发送完置位TI。,当接收到数据后，置位RI是有条件的。即：REN=1，RI=0 且SM2=0或SM2=1但是接收到的停止位为1。此时，数据装载SBUF，RI置1，停止位进入RB8。,二、方式1,8位数据异步通讯方式。1.一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。2.RXD：接收数据端。TXD：发送数据端。3.波特率：用T1作为波特率发生器，B=(2SMOD/32)T1溢出率。4.发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1。接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且停止位为1(或SM2=0)，将接收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。,当REN=1，CPU开始采样RXD引脚负跳变信号，若出现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一位为0，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳变。数据采样速率为波特率16倍频，在数据位中间，用第7、8、9个脉冲采样3次数据位，并3中取2保留采样值。,9位UART一般用于多机通信。一帧信息11位。,发送,发送完数据置位TI。,接收,接收到有效数据完毕，置位RI的条件：REN=1，RI=0 且SM2=0或接收到第9位数据为1，此时，数据装载SBUF，RI置1，第9位数据（TB8）RB8。,送RB8,三、方式2和方式3,9位数据异步通讯方式。1.一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位和多机通讯标识位。2.RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。3.波特率：方式2：B=(2SMOD/64)fosc。方式3：B=(2SMOD/32)T1溢出率。,4.发送：先装入TB8，写入SBUF并启动发送，发送结束，TI=1。接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且第9位 为1(或SM2=0)，将接收数据装入接收SBUF，第9 位装入RB8，使RI=1；否则丢弃接收数据，不置 位RI。,方式0、方式2固定。方式0为固定波特率：B=fosc/12方式2波特率：（固定）2SMOD/64 fosc 方式1，方式3可变。波特率=2SMOD/32（T1的溢出率）T1溢出率=单位时间内溢出次数=1/（T1的定时时间）而T1的定时时间t就是T1溢出一次所用的时间。此情况下，一般设T1工作在模式2（8位自动重装初值）。N=28 t/T，t=（28N）T=（28N）12/fosc所以，T1溢出率=1/t=fosc/12（28N），故，波特率=2SMOD/32 fosc/12（256N）。若已知波特率，则可求出T1的计数初值：y=2562SMODfosc/（波特率3212）,四、波特率的计算,表6-3 常用的波特率及计算器初值,巩固新课：例、若fosc=6MHz，波特率为2400波特，设SMOD=1，则定时/计数器T1的计数初值为多少？并进行初始化编程。,解：X=2562SMODfosc/（24003212）=242.98243=F3H fosc=11.0592MHz，波特率为2400，设SMOD=0，则 X=F4H。初始化编程：MOV TMOD，#20H MOV PCON，#80H MOV TH1，#0F3H MOV TL1，#0F3H SETB TR1 MOV SCON，#50H,6.3 单片机串行口应用举例,串行口的应用,串行口初始化编程格式：SIO：MOV SCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0(MOV PCON，#80H)；波特率加倍(MOV TMOD，#20H)；T1作波特率发生器(MOV TH1，#X)；选定波特率(MOV TL1，#X)(SETB TR1)(SETB EA)；开串行口中断(SETB ES),一、串行口初始化,二、发送程序,1.查询方式：TRAM：MOV A，R0；取数据 MOVSBUF，A；发送一个字符WAIT：JBCTI，NEXT；等待发送结束SJMPWAITNEXT：INCR0；准备下一次发送SJMPTRAM,2.中断方式：,ORG 0023H；串行口中断入口AJMP SINTMAIN：；初始化编程TRAM：MOV A，R0；取数据MOV SBUF，A；发送第一个字符 H：SJMP H；其它工作 SINT：CLR TI；中断服务程序INC R0MOV A，R0；取数据MOV SBUF，A；发送下一个字符RETI,三、接收程序,REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。1.查询方式：WAIT：JBCRI，NEXT；查询等待SJMPWAITNEXT：MOVA，SBUF；读取接收数据MOVR0，A；保存数据INCR0；准备下一次接收SJMPWAIT,四、串行口方式0,用于扩展单片机的并行I/O接口。串行口实现：并行串行的数据转换74LS165/74LS164实现：串行并行的数据转换。,五、异步通讯程序举例 1.发送程序：将片内RAM 50H起始单元的16个数由串 行口发送。要求发送波特率为系统时钟 的32分频，并进行奇偶校验。,MAINT：MOV SCON，#80H；串行口初始化MOV PCON，#80H；波特率SETBEASETBES；开串行口中断MOV R0，#50H；设数据指针MOV R7，#10H；数据长度LOOP：MOV A，R0；取一个字符MOV C，P；加奇偶校验MOV TB8，CMOV SBUF，A；启动一次发送HERE：SJMPHERE；CPU执行其它任务,ORG 0023H；串行口中断入口AJMP TRANI,TRANI：PUSH A；保护现场PUSH PSWCLR TI；清发送结束标志DJNZ R7，NEXT；是否发送完？CLR ES；发送完，关闭串行口中断 SJMP TENDNEXT：INC R0；未发送完，修改指针MOV A，R0；取下一个字符MOV C，P；加奇偶校验MOV TB8，CMOV SBUF，A；发送一个字符POP PSW；恢复现场POP ATEND：RETI；中断返回,2.接收程序：串行输入16个字符，存入片内RAM的50H起 始单元，串行口波特率为2400(设晶振为11.0592MHz)。,RECS：MOV SCON，#50H；串行口方式1允许接收MOV TMOD，#20H；T1方式2定时MOV TL1，#0F4H；写入T1时间常数MOV TH1，#0F4HSETB TR1；启动T1MOV R0，#50H；设数据指针MOV R7，#10H；接收数据长度 WAIT:JBC RI，NEXT；等待串行口接收SJMP WAITNEXT:MOV A，SBUF；读取接收字符MOV R0，A；保存一个字符INC R0；修改指针DJNZ R7，WAIT；全部字符接收完?RET,3.接收程序：串行输入16个字符，进行奇偶校验。,RECS：MOV SCON，#0D0H；串行口方式3允许接收MOV TMOD，#20H；T1方式2定时MOV TL1，#0F4H；写入T1时间常数MOV TH1，#0F4HSETB TR1；启动T1MOV R0，#50H；设数据指针MOV R7，#10H；接收数据长度 WAIT:JBC RI，NEXT；等待串行口接收SJMP WAITNEXT:MOV A，SBUF；取一个接收字符JNB P，COMP；奇偶校验JNB RB8，ERR；PRB8，数据出错SJMP RIGHT；P=RB8，数据正确COMP:JB RB8，ERRRIGHT:MOV R0，A；保存一个字符INC R0；修改指针DJNZ R7，WAIT；全部字符接收完?CLR F0；F0=0，接收数据全部正确RETERR：SETB F0；F0=1，接收数据出错RET,六、串行口的应用控制,（一）主从机间的通信（二）多机通信接口,（一）主从机间的通信,1双机串行异步通信l 单片机与单片机间的串行异步通信接口设计（如图6-146-16所示）l 单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计（如图6-17所示）,图6-14 两台8031直接通信,图6-15 两台8031采用RS232C总线通信,图6-16 两台8751互传数据,图6-17 8031单片机和PC机通过RS232C总线通信接口图,l 单片机与RS232C接口（1）分离元件电平转换电路，如图6-19所示。（2）集成电路电平转换电路MC1488，1489这两种芯片的引脚如图6-20所示。（3）集成电路电平转换器MC145407。如图6-21所示。,图6-18 RS232C总线上传输的异步通信典型数据格式,表6-4 RS232C信号线及其在DB-25的针脚号,图6-19 分离元件电平转换电路,（a）MC1488（b）MC1489图6-20 MC1488，MC1489引脚,图6-21 MC145407引脚,（a）,（b）,图6-22 终端/计算机与终端/计算机简化连接形式,（二）多机通信接口,1多机通信原理 串行口控制寄存器SCON中的SM2为多机通信接口控制位。串行口以方式2或3接收时，若SM2为1，则仅当接收到的第9位数据RB8为1时，数据才装入SBUF，置位RI，请求CPU对数据进行处理；当SM2为0时，则接收到一个数据后，不管第9位数据RB8是0还是1，都将数据装入接收缓冲器SBUF并置位中断标志RI，请求CPU处理。,2多机通信程序设计lMCS-51多机通信程序设计以典型的PC机和MCS-51构成的主从式多机系统为例，如图6-23所示，阐述多机通信的程序设计。l PC机多机通信编程格式如表6-5所示其中WLS1，WLS0两位用于设置新发送或接收的字长，详见表6-6；奇偶校验允许位PEN及ESP、跟随校验位的组合见表6-7。l多机通信实例,图6-23 PC机与MCS-51单片机多机通信,表6-5 LCR端口地址,表6-6 WLS1，WLS0两位设置的字长,表6-7 PEN及ESP跟随校验位的组合,小结：1、什么叫串行通信？2、UART叫什么？（通用异步接收/发送器）3、单工、半双工、全双工？4、串口工作用到哪些寄存器？（PCON、SCON、SBUF）5、串口有几种工作方式？6、波特率如何设置？（T1的计数初值如何确定）,布置作业：P125 1、2,