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第八章 MCS—51 串行通信

第八章 MCS—51 串行通信. 8-1 串行通信基础 8-1-1 串行通信. 通信种类： 串行通信 ：数据各位一位一位传输。传输距离较远； 并行通信 ：数据字符所有位同时传输。速度快、效率高， 距离短。. 串行通信有 同步 和 异步 两种方式. 同步方式 ：有严格的同步时钟控制。较少使用。. 异步方式 ：不需要严格的同步信号，也不需要数据流的 连续性。在串行通信中常用。. 数据帧 （一帧数据）：包含起始位（“ 0” 电平）、数据位、 奇偶校验位、停止位（“ 1” 电平）等组成。. 异步通信中接收和发送双方必须（至少）有两项设定：

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第八章 MCS—51 串行通信

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  1. 第八章 MCS—51串行通信 8-1 串行通信基础 8-1-1 串行通信 通信种类： 串行通信：数据各位一位一位传输。传输距离较远； 并行通信：数据字符所有位同时传输。速度快、效率高， 距离短。

  2. 串行通信有同步和异步两种方式 同步方式：有严格的同步时钟控制。较少使用。 异步方式：不需要严格的同步信号，也不需要数据流的 连续性。在串行通信中常用。 数据帧（一帧数据）：包含起始位（“0”电平）、数据位、 奇偶校验位、停止位（“1”电平）等组成。

  3. 异步通信中接收和发送双方必须（至少）有两项设定：异步通信中接收和发送双方必须（至少）有两项设定： （1）帧格式确定（帧字符长度） 如ASCII帧（字符）为10位。数据位7位，起始位、校验位、 停止位各一位。 （2）波特率的设定 波特率：每秒传输的位。 如120字符（帧）/秒，每帧数据10位，则传输速率为1200 波特率。

  4. 传输方向： 单工方式 半双工方式 全双工方式 所有串行接口电路都是以并行数据形式和CPU接口； 以串行数据形式和外部通信接口。

  5. 通用异步接收发送器UART

  6. UART主要功能 1）数据的串化、反串化 数据串化：将并行数据变为串行数据；（发送器） 数据反串化：将串行数据变为并行数据；（接收器） 2）格式信息的插入和滤除 格式信息：异步通信格式中，启始位、奇偶校验位、停止位等。 串化过程：将格式信息插入，和数据位一起构成完整数据帧。 反串化过程：滤除格式信息，保留数据位。 3）错误检验 检验数据通信过程是否正确。

  7. 8-2 MCS-51单片机串行通信 MCS-51单片机将一个全双工串行通信接口电路集成 在单片机内。 直观的感觉 向SBUF中写入一个字节是同时写入（并行），向外发送则是一位一位地进行（串行）。 同样由外界向SBUF接收是一位一位进行（串行），而CPU是以字节形式（并行）从SBUF中读入。

  8. 8-2-1 串行口寄存器结构

  9. 串行接收的双缓冲结构 移位寄存器 数据缓冲器SBUF 一帧数据接收完，由移位寄存器装入SBUF，立即接收下一帧。要求主机应立即（在该帧接收结束之前）将SBUF中数据取走。否则前一帧数据将丢失。 发送由CPU操纵，不会发生帧重叠错误。将数据写入SBUF，通过移位脉冲一位一位地发送出去。

  10. 8-2-2 串行通信控制寄存器 与串行通信有关的寄存器共有三个。 1）串行控制寄存器SCON 字节地址：98H

  11. 各位功能说明： 1）SM0、SM1—串行口工作方式选择位

  12. 2）REN—允许接收位 控制串行数据的接收。 REN=0：禁止接收； REN=1：允许接收 通过软件置位、复位 3）TB8 在方式2、方式3下，要发送的第9位数据（格式信息），在多机通信中，通过TB8状态，来表示主机发送的是地址帧（1）还是数据帧（0）。 通过软件置位、复位。

  13. 4）RB8 接收数据的第9位。 在方式2、方式3时，存放接收到的第9位数据，代表接收数据的某些特征。

  14. 5）SM2—多机通信控制位 当串行口在方式2或方式3下进行数据接收时，如果SM2=1（允许多机通信），REN=1，则从机处于只有接收到RB8=1（地址帧）时，激发中断请求标志位RI，否则将接收到的前8位数据丢弃。 被确认的从机，复位SM2=0，接收RB8=0的数据帧。 RB8=1：地址帧 RB8=0：数据帧 SM2=1：多机通信方式 SM2=0：直通方式

  15. 6）TI—发送中断标志 方式0时，发送第8位数据后，硬件置位； 其他方式下，于发送停止位之前硬件置位。 TI=1，表示帧发送结束。其状态可软件查询，也可 申请中断。软件清零。 7）RI—接收中断标志 方式0时，接收完第8位数据后，硬件置位； 其他方式下，接收到停止位时，硬件置位。 RI=1，表示帧接收结束。其状态可软件查询，也可 申请中断。软件清零。

  16. 2) 电源控制寄存器PCON （波特率倍增控制寄存器） 字节地址：87H SMOD=1，串行口波特率加倍； SMOD=0，波特率正常。 系统复位时，SMOD=0。 PCON不可以进行位寻址。

  17. 中断允许控制寄存器（IE） 字节地址A8H ES：串行口中断允许位 ES=0：禁止串行口中断； ES=1：允许串行口中断。

  18. 8-3 MCS-51串行通信工作方式 4种工作方式

  19. 8-3-1 串行工作方式0 移位寄存器方式 RXD（P3.0）：数据移位的入口和出口； TXD（P3.1）：移位脉冲输入端 移位数据：一帧8位。低位在前，高位在后，没有起始位、 停止位

  20. 使用方式0，进行数据移位输入、输出时， 是将串行口作为并行口使用 是一种并行口扩展应用 数据发送：实现数据发送，须有串进并出移位 寄存器配合使用。

  21. 数据接收：须有并进串出移位寄存器配合使用 数据发送：当8位数据全部移出后，TI被自动置位 数据接收：当REN=1（允许接收），接收到8位数据 时，RI被自动置位。

  22. 方式0时，移位操作的波特率固定，为单片机 晶振频率1/12。 晶振fosc=6MHz，波特率为500K/秒，2s移位一次； 晶振fosc=12MHz，波特率为1M/秒，1s移位一次；

  23. 应用举例：（P180） 使用CD4094的并行输出端接8只发光二极管，将二极管从左至右依次点亮，并反复循环。 发光二极管共阴极连接

  24. 程序清单： MOV SCON，#00 ；方式0 CLS ES ；禁止串行中断 MOV A，#80H ；发光管左边亮起 DELR： CLR P1.0；关闭并行输出 MOV SBUF，A ；串行输出 JNB TI，$ ；状态查询 SETB P1.0；启动并行输出 ACALL DELAY ；状态维持 CLR TI ；清标志 RR A ；发光管右移 AJMP DELR ；继续

  25. 数据帧10位，起始位1位（低）、停止位1位（高）、数据帧10位，起始位1位（低）、停止位1位（高）、 数据位8位。 8-3-2 串行工作方式1 数据发送：写SBUF开始，通过串行口自动加入起始位、停止位（格式信息），形成完整帧格式。在移位脉冲作用下，由TXD端串行输出。一个字符帧发送完后，TXD端维持“1”状态，TI置1。通知CPU。

  26. 数据接收：REN=1，串行口采样RXD端，当采样到由1到0跳变时，认定接收到起始位。在移位脉冲作用下，把接收到的数据位移入接收寄存器中，直至将停止位移入RB8中，置位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的字符。数据接收：REN=1，串行口采样RXD端，当采样到由1到0跳变时，认定接收到起始位。在移位脉冲作用下，把接收到的数据位移入接收寄存器中，直至将停止位移入RB8中，置位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的字符。

  27. 8-3-3 串行工作方式2、3 11位UART方式 字符帧11位：起始位（低）1位、数据位8位、可程控 第9位数据、停止位（高）1位。 发送时第9位数据由SCON中TB8位提供，软件设置。 SETB TB8 CLR TB8 接收时第9位数据装入SCON中RB8位，系统自动装入。

  28. 波特率设定 方式0：波特率固定 方式1：波特率可变； 方式2：波特率为 方式3：波特率可变

  29. 对于可变波特率（方式1、3），其计算公式： Smod为PCON寄存器最高位值 定时器溢出率：单位时间定时器溢出的次数； 溢出率为溢出周期的倒数。 溢出周期：定时器溢出一次所需要的时间。

  30. 当定时器1作为波特率发生器时，通常选用定时工作方式2（8位自动加载）。当定时器1作为波特率发生器时，通常选用定时工作方式2（8位自动加载）。 设X为计数初值，则：

  31. 通常，是知道波特率，求计数初值X 实际使用时， 首先确定波特率； 再计算定时器1的计数初值； 然后进行定时器的初始化。 SMOD值可以通过 MOV PCON，#00H或 MOV PCON，#80H 设定

  32. 例题：假设晶振6M，波特率1200，计算定时器1计数初值。串行口工作方式1，写出相应的初始化程序。Smod=0，波特率不倍增。例题：假设晶振6M，波特率1200，计算定时器1计数初值。串行口工作方式1，写出相应的初始化程序。Smod=0，波特率不倍增。 T1工作方式2（8位寄存器自动加载）

  33. 初始化程序： MOV TMOD，#20H ；设置T1工作方式2 MOV TL1，#F3H ；计数初值 MOV TH1，#F3H ； SETB EA ；中断允许 CLR ES ；禁止串行中断 MOV PCON，#00H ；波特率不倍增 MOV SCON，#50H ；串行方式1，REN=1 SETB TR1 ；启动定时器1

  34. 8-4 单片机多机通信 多机通信：一台主机和多台从机之间的通信。 主从式多机通信

  35. 8-4-1 MCS-51单片机多机通信机制 数据的传递 主机发送信息，可以传送到各个从机或指定从机，各从机发送的信息只能被主机接收。 多机通信： 主机发送：地址帧，数据帧通过第9位数据确定。 TB8=1，地址帧 TB8=0，数据帧

  36. 从机接收 串行口工作在方式2，方式3下； 多机通信标志SM2（SCON.5）=1 检查接收到的第9位RB8（SCON2），当： RB8=1：地址帧，将数据装入SBUF，置位RI，发出接收中断请求； RB8=0：数据帧，在SM2=1，RB8=0时，接收数据丢弃 SM2=0：直通方式，不论RB8是0还是1，都将接收到的数据送SBUF，并发出中断请求。

  37. 对于所有从机，由于SM2=1，RB8=1，各自发出 中断请求。判断主机发送地址是否与本机相符， 若相符，则将从机SM2清0（变成直通方式），准备接收其后传送来的数据。 地址相符，SM2清0 多机通信：关键是地址帧的识别

  38. 多机通信过程 1）全部从机串行口工作方式初始化为2或3，置位SM2，允许中断； 2）主机置位TB8，发送要寻址的从机地址； 3）所有从机均接收主机发送的地址，进入中断进行地址比较； 4）确认寻址从机，自身SM2清0，向主机返回地址供主机核对； 5）核对无误，主机向被寻址从机发送命令，通知从机进行一对一数据通信

  39. 8-4-2 RS232串行通信总线标准 美国电子工业协会公布的串行通信总线标准（EIA） RS232（电压型总线标准）电平逻辑：负逻辑 带负载时：逻辑1：-5V~-12V； 逻辑0：+5V~+12V 不带负载：输出电平，-25V~+25V 输入电压，-25V~+25V

  40. RS232串行信息格式 MCS-51串行通信采用TTL正逻辑 逻辑1：2.4V 逻辑0：0.4V

  41. MCS-51的串行口和RS-232接口时必须进行电平转换 电平转换常用芯片： 传输驱动器：MC1488 传输接收器：MC1489 MC1488： 供电电压：12V，输入TTL电平，输出RS-232电平 MC1489： 供电电压：+5V，输入RS-232电平，输出TTL 电平

  42. RS232接口常用信号：

  43. RS232总线连接短距离通信：15米以内

  44. RS-232总线连接长距离通信

  45. MCS-51与RS-232串行通信硬件接口 最简单RS-232连接

  46. 硬件接口

  47. 课程设计 某MCS-51单片机（8031）应用系统，实现如下功能： 16路开关量输入； 8路模拟量输入； 8路开关量输出； 1路D/A输出。 系统扩展8k*8位EPROM（2764），8k*8位RAM（6264），扩展一个4*8非编码键盘，用6位LED显示器进行显示，通过RS-232串行通信总线和PC机相连。 画出硬件原理图，给出ROM和RAM的地址范围以及各接口芯片的口地址。写出相应的初始化程序。

  48. 单片机系统可靠性技术 1、接地技术 接地类型 外壳接地：仪器外壳接地，和大地实实在在连接。接地电阻要尽可能小，也就是说：接地要完全、充分。 工作接地：通常是零电位参考点。

  49. 接地系统 在一个较大的单片机应用系统中，根据信号电压、电流的大小，以及电源的类别来设计接地系统。 通常有三种情况： 弱信号地（工作地）：系统中小信号部分，以及相应的直流电源； 功率地：系统中继电器、电磁阀以及它们的驱动电路以及相应的驱动电源构成功率地；（功率大、易对弱信号产生干扰） 机壳地（安全地）。

  50. 相互独立的接地系统 伞状接地系统

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