1、第9章 MCS-51系统串行通信接口,9.1 串行通信基础 9.2 MCS-51串行通信接口,9.1 串行通信基础,I/O数据的传送方式:主要指与CPU怎么交互 同步传送：CPU可在任意时刻读或写数据 查询方式:CPU通过查询外设状态口信息，决定读或写 中断方式：利用CPU本身的中断功能 DMA方式：不经过CPU，直接在外设和内存之间传送。,一、通信的基本方式： 根据数据的同一时刻传送的位数分为并行通信和串行通信。 1、并行通信数据的各位同时传送,并行通信的特点是：传送速度快、效率高。但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高。在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部件之间、同一机箱内各插件
2、板之间等的数据传送都是并行的。并行通信的距离通常小于30米。,串行通信的特点是：数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢，在图中可以看到，并行传送8位数只需串行发送一位的时间1T。计算机与远程终端或终端与终端之间的数据传送通常都是串行的。串行通信的距离可以从几米到几千公里。 而并行通信的距离30米,2、串行通信数据一位一位顺序传送,二、串行通信的方式,按照串行数据的同步方式，串行通信又分为两种方式:,在单片机中，主要使用异步通信方式.,异步通信,同步通信,在异步通信中，数据通常是以字符（字节）为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线由接收设备一帧
3、一帧地接收。 发送端和接收端可以有各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。在异步通信中，发送端和接收端依靠字符帧格式和波特率来协调数据的发送和接收。字符帧格式和波特率是两个重要指标，由用户根据实际情况选定。,1 异步通信（Asynchronous Communication）,字符帧也叫数据帧，起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成。,字符帧格式,2）起始位：位于字符帧开头，占一位，使数据线处于“space”（ 逻辑） 状态，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。3）数据位：紧跟起始位之后就传送数据位。在数据位中，低位在前（左），高位在后（右）。根据字符编码
4、方式的不同，数据位可取5位、6位、7位或8 位。若传送数据为ASCII码，则常取7位。4) 奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用于对字符传送作正确性检查。奇偶校验位有3种可能的选择：奇、偶或无校验，由用户根据需要选定。5）停止位：位于字符帧末尾，它对应于“mark”（逻辑1）状态，用于向接收端表示一帧字符信息已发送完毕。停止位可以是1、1.5或2位，在实际应用中由用户根据需要确定。,波特率（baud rate）, 波特率的定义：是每秒钟传送二进制数码的位数（ 亦称比特数），单位是bps（bit per second），即位/秒。 字符的实际传送速率：是指每秒钟内所传字符帧的帧数， 与字符帧
5、格式有关。 波特率是串行通信的重要指标，用于表征数据传送的速率。波特率越高，数据传输速度越快。,同步通信是以一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符，由同步字符、数据字符和校验字符三部分组成。同步字符: 位于帧结构的开头，用于确认数据字符的开始。由于接收端不断对传输线采样，并把采样到的字符与双方约定的同步字符比较，只有比较成功后才会把后面接收到的字符数据加以存储。,2、同步通信（Synchronous Communication）,一、MCS-51串行口结构,9.2 MCS-51单片机串行口结构及控制,1、SBUF（发
6、送）和SBUF（接收） 8位缓冲寄存器共用一个端口地址99H SBUF（发送） 存放将要发送的字符数据 SBUF（接收） 存放串行口接收到的字符数据 MOV SBUF,A （发送） 产生写SBUF脉冲 MOV A, SBUF （接收） 产生读SBUF脉冲,2、在异步通信中，发送和接收都是在发送时钟和接收时钟控制下进行的，发送和接收时钟即可由主机频率经分频后提供，也可由内部定时器T1或T2的溢出率经过16分频后提供。,3、串行口的发送,MOV SBUF，A,自动在发送字符前后添加起始位、停止位和其它控制位，然后在移位脉冲控制下，一位一位地从TXD线上串行发送字符帧。,4、串行口的接收,接收电路连
7、续接收到一帧字符后就自动的去掉起始位并使RI=1，向CPU提出中断请求（设串行口中断是开放的）。 CPU响应中断 MOV A，SBUF,二、串行口工作方式,1、方式0该方式只能与串行口设备寄存器方式连接，不能实现双机之间通信，每次传送8位数据，其波特率固定为fosc/12,传输距离一般不超2米。,2、方式1 该方式是典型的双机异步通信方式，字符帧格式为10位（8位数据位、一位起始位和一位停止位），波特率由定时器T1的溢出率决定。,SMOD：波特率倍增选择，由PCON寄存器的最高位设置。SMOD的选择与波特率误差有关。,fosc：51单片机主时钟。一般选6MHz12MHz。K：定时器T1的计数器
8、长度，T1若选工作方式2,则K=8。N：定时器定时常数的初值。,三、串行口工作方式设置,串行口工作方式的设置和控制是通过SCON(98H)和PCON(87H) 实现。,SM0和SM1：串行口方式控制位，设定串行口的工作方式,SM2：多机通信控制位，方式2、3使用。方式0 、1不用，应设置为0状态。,REN：允许接收控制位。 REN=0，则禁止串行口接收 REN=1，则允许串行口接收,TB8：发送数据第9位，方式2、3时存放发送数据第9位。TB8由软件置位或复位。,RB8：接收数据第9位，方式2、3时存放接收数据第9 位。在方式1下，若SM2=0，RB8存放接收到的停止位。方式0下，不使用RB8
9、,TI：发送中断标志位，用于指示一帧数据是否发送完。 在方式0下，发送电路发送完第8位数据时，TI由硬件置位；在其它方式下，TI在发送电路开始发送停止位时置位。TI在发送前必须由软件复位，发送完一帧后由硬件置位的。TI位也可供CPU查询。,RI：为接收中断标志位，用于指示一帧信息是否接收完。在方式0下，RI在接收电路接收到第8位数据 时由硬件置位；在其它方式下，RI是在接收电路接收到停止位的中间位置时置位的。RI也可供CPU查询，以决定CPU是否需要从“SBUF（接收）”中提取接收到的字符或数据。RI也由软件复位。,9.2 串行口各种工作方式应用举例,一、 方式0SM2、TB8、RB8不起作用
10、，应设置“0”态,发送（TI=0）， MOV SBUF，A， A 数据送入SBUF（发送），RxD线发出8位数据，TxD线发送同步脉冲。8位数据发送完后，TI由硬件置位，向CPU请求中断（若中断开放）。CPU响应中断后先用软件使TI清零，然后再给“SBUF（发送）”送下一个欲发送字符。,接收（RI=0和REN=1） 串行数据由RxD线输入，TxD线输出同步脉冲。 接收电路接收到8位数据后，RI自动置“1”并发出串行口中断请求。CPU查询到RI=1或响应中断后便可通过 MOV A，SBUF SBUF（接收）数据送入A。,例1 请编出发光二极管自左至右以一定速度显示的程序。设发光二极管为共阴极接法
11、。,主程序 ORG 2000H MOV SCON，#00H ；串行口初始化为方式0 MOV IE，90H ；开串口中断 CLR P1.0 ；禁止CD4094并行输出 MOV A，#80H ；起始显示码送A MOV SBUF，A ；8031串行输出 LOOP: SJMP LOOP ；等待串行口输出完,中断服务程序ORG 0023HLJMP SBV ；转SBVORG 0100H SBV： SETB P1.0 ；点亮发光二极管LCALL DELAY ；点亮一段时间CLR TI ；清发送中断标志RR A ；准备点亮下一位CLR P1.0 ；灭显示MOV SBUF，A ；串行口输出RETI ；中断返回
12、DELAY： ；延时程序END,二、方式1,串行口设定为10位异步通信方式。8位数据位，1位起始位，1位停止位。 发送（TI=0）， MOV SBUF，A 发送电路自动在8位发送字符前后分别添加1位起始位和停止位，并在移位脉冲的作用下在TxD线上依次发送一帧信息，发送完后自动维持TxD线为高电平。 TI由硬件在发送停止位时置位，由软件将它复位。,接收（RI=0和REN=1） 在接收到有效停止位时，接收电路必须同时满足以下两个条件：RI=0和SM2=0，才能把接收到的8位字符存入“SBUF（接收）”中，把停止位送入RB8中，并使RI=1和发出串行口中断请求。,例2 请用中断法编出串行口方式1下的
13、发送程序。 设单片机主频为6MHz，定时器T1用作波特率发生器，波特率为2400bps，被发送字符块在内部RAM的地址为TBLOCK单元，字符块长度为LEN。要求奇校验位在数据第8位发送，字符块长度LEN率先发送。,波特率为2400bps，取SMOD=1，由表查得TH1和 TL1的时间常数初值为F4H。,主程序ORG 2100HTBLOCK DATA 20HLEN DATA 14H START: MOV TMOD, #20H ；定时器T1为方式2MOV TL1, #0F4H ；波特率为2400bpsMOV TH1, #0F4H ；给TH1送重装初值MOV PCON, #80H ；令SMOD=1
14、SETB TR1 ；启动T1MOV SCON, #40H ；串行口为方式1MOV R0, #TBLOCK ；字符块始址送R0MOV A, #LENMOV R2, A ；字符块长度字节送R2MOV SBUF, A ；发送LEN字节SETB EA ；开CPU中断 WAIT: SETB ES ；允许串行口中断SJMP WAIT ；等待中断,中断服务程序ORG 0023HLJMP TXSVE ；转发送服务程序ORG 2150H TXSVE: CLR TI ；清TIMOV A, R0 ；发送字符送AMOV C, PSW.0 ；奇偶校验位送CCPL C ；形成奇偶校验位送CMOV ACC.7, C ；使A
15、中成为奇数个1MOV SBUF, A ；启动发送DJNZ R2, NEXT ；若字符块未发完，则NEXTCLR ES ；关串行口中断SJMP STOP ；停止发送 NEXT: INC R0 ；字符块指针加1 STOP: RETI ；中断返回END,双机之间通信时，SM2=0、REN=1、TB8/RB8可做奇偶位,多机通信时，SM2=0、REN=1、TB8/RB8做多机通信控制位。,发送（TI=0）发送前要求把第9位数据位预先装入SCON的TB8,由用户安排,可以是奇偶校验位或其他控制位。SETB TB8 CLR TB8MOV SBUF，A TI由硬件在发送停止位时置位，由软件将它复位。,接收（
16、RI=0和REN=1）方式1 RB8存停止位方式2、3 RB8存放第9数据位,接收有效字符的条件：,RI=0SM2=0或RB8=1,同时满足两条件，执行 MOV A ，SBUF； 使 RI=1， 否则接收无效， RI=0。,RI=0，SBUF空,SM2或RB8 共同控制接收RB8 奇偶校验，SM2 =0SM2 =1， RB8=1，多机通信,例4请用查询法编出串行口在方式2下的发送程序。设单片机主频为6MHz，波特率为fosc/32，发送数据区始址为TBLOCK（内部RAM），接收数据块长度为LEN。要求采用累加和校验，以空出第9位它用。,累加和是指累加所有需要发送或接收的数据（字符）字节后得到
17、的低字节和（大于255部分舍去）。累加和校验要求发送端在发送完数据后把累加和也发送出去，接收端除要计算接收数据的累加和外，还必须接收发送端发来是累加和，并把它同求得的累加和比较。若比较相同，则数据传送正确；否则，数据传送有错。,主程序ORG 1000HTBLOCK DATA 20HLEN DATA 1EH START: MOV SCON, #80H ；方式2MOV PCON, #80H ；令SMOD=1MOV R0, #TBLOCK ；字符块始址送R0MOV R2, #LEN ；字符块长度字节送R2MOV R3, #LEN ；存入累加和寄存器R3ACALL TXSUB ；调用发送子程序SJMP
18、 $ ；停机,发送子程序,ORG 1100H TXSUB: PUSH ACC ；保护A中的内容PUSH PSWCLR TI ；清TITXLEN: MOV A , R2 ； 发送字符块长度MOV SBUF , AJNB TI，$ ；等待发完CLR TI ；发完后清TITXD：MOV A，R0 ；发送字符送AMOV SBUF，A ；启动发送JNB TI，$ ；等待发完,TXSUM： MOV A，R3 ；若已发完则发累加和MOV SBUF，AJNB TI，$ ；等待发完CLR TI ；发完后清TIMOV R3，#00H ；清累加和寄存器POP PSW ；恢复现场POP ACCRETEND,CLR T
19、I ；发完后清TIADD A，R3 ；求累加和MOV R3，A ；存入R3INC R0 ；字符块指针加1DJNZ R2，TXD ；若字符未全发完，则继续,例5请用查询法编出串行口在方式3下的接收程序。设单片机主频为6MHz，波特率为2400bps，接收数据区始址为RBLOCK（内部RAM），接收数据块长度字节由始发端发送来。要求采用累加和校验，若传输有错，转出错处理程序。,本程序有主程序、接收子程序和出错处理程序组成,主程序：ORG 1000HRBLOCK DATA 30H START: MOV TMOD, #20H ；T1工作于方式2MOV TH1, #OF4H ；设置时间常数初值MOV T
20、L1, #0F4HSETB TR1 ；启动T1MOV SCON, #0D0H ；串行口工作于方式3接收MOV PCON, #80H ；使SMOD=1MOV R0, #RBLOCK ；接收数据区始址送R0MOV R3, #00H ；累加和寄存器清零ACALL RXSUB ；转接收子程序 SJMP $ ；停机,接收子程序：RXSUB: CLR RI ；清RIRXLEN: JNB RI , $ ；等待接收数据块长度字节CLR RI ；接收完后清RIMOV A , SBUF ；数据块长度字节送AMOV R2 , A ；存入R2ADD A , R3 ；开始求累加和MOV R3, A ；累加和存入R3,RxD: JNB RI , $ ；等待接收字符CLR RI ；接收完后清RIMOV A , SBUFMOV R0 , A ；接收字符存入内存ADD A , R3 ；求累加和MOV R3 , A ；存入R3INC R0 ；接收数据区指针加1DJNZ R2 , RxD ；若数据块未收完，则继续RXSUM: JNB RI, $ ；等待接收累加和CLR RI ；接收完后清RIMOV A , SBUF ；接收到的累加和送AXRL A , R3 ；比较两个累加和JNZ ERROR ；若不等，则转出错处理RET ；若相等，则返回,
