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第 7 章 MCS － 51 串行口

第 7 章 MCS － 51 串行口. 7.1 串口通讯的基本方式. 7.2 串口控制. 7.3 串行接口的工作方式. 7.4 串口的应用. 起始位. D 0. D 2. D 3. D 4. D 6. D 7. D 5. D 1. 停止位. 7.1 串口通讯的基本方式. ( 一 ). 异步通讯 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. 异步通讯的双方需要两项约定： 1. 字符格式 一帧字符位数的规定：数据位，校验位，起始位和停止位。.

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第 7 章 MCS － 51 串行口

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  1. 第7章 MCS－51串行口 7.1 串口通讯的基本方式 7.2 串口控制 7.3 串行接口的工作方式 7.4 串口的应用

  2. 起始位 D0 D2 D3 D4 D6 D7 D5 D1 停止位 7.1 串口通讯的基本方式 (一).异步通讯 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 异步通讯的双方需要两项约定： 1.字符格式 一帧字符位数的规定：数据位，校验位，起始位和停止位。 2.波特率(位/秒)对传送速率的规定 例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。 解： B=120×10=1200波特 每位0.83ms 数据位传输率=120×8=960位/秒 (二).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。

  3. 发送器 接收器 接收器 发送器 二.串行接口功能 1.发送器：并串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧发送结束，设置结束标志，申请中断。 2.接收器：串并数据格式转换，检查错误，去掉标识位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。 3.控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同步/异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与同步时钟比例等。 三.串行数据传送方向 单工通讯：数据单向传送。 半双工通讯：数据可分时双向传送。 全双工通讯：可同时进行发送和接收。

  4. 起始位 D0 D2 D3 D4 D6 D7 D5 D1 停止位 起始位 D8 D7 D6 D5 D0 D1 D2 D3 D4 停止位 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 7.2 MCS-51串行控制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：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

  5. 串行接口控制 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： MOV SBUF，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 2.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 3.节电控制寄存器PCON SMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。 SMOD=1，波特率加倍， SMOD=0，则不加倍。

  6. 7.3 串行接口的工作方式由SM0，SM1选择四种工作方式。 (1) 方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。 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1s。 4.发送过程：串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器（ SBUF）时，立即启动发送，将8位数据以fos/12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。 5.接收过程：当串行口以方式0接收时，先置位允许接收控制位REN。此时，RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当（RI）=0和（REN）=1同时满足时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

  7. TXD 发送时序 写入 SBUF (a) D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 RXD输出 TI 接收时序 (b) 写REN=1 RI=0 RXD输入 RI 方式0发送和接收过程时序

  8. 移位寄存器方式 • 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

  9. 下面两图分别是方式0扩展输出和输入的接线图下面两图分别是方式0扩展输出和输入的接线图

  10. (2) 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：当CPU执行MOV A，SBUF指令将数据写入发送缓冲SBUF时，就启动发送。串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。 接收：REN=1，允许接收。串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。只有当RI=0且停止位为1或者（SM2）=0时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则丢弃接收数据，不置位RI。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。 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。

  11. 写入 SBUF 起始位 TXD 数据输出 D0 D2 D3 D4 D6 D7 D1 D5 停止位 TI （a） 发送时序图 检测 负跳变 RXD 输入数据 起始位 D3 D6 D7 D0 D2 D4 D5 D1 停止位 采样 RI （b） 接收时序图 串行方式1发送和接收时序图

  12. (3)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：发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，第9位附加数据来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址/数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。 5.接收：REN=1，允许接收。串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当（RI）=0或者（SM2）=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。且不置位RI。再过一位时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测RXD上从1到0的跳变。

  13. 写入 SBUF 发 送 时 序 起始位 D6 D5 D0 D1 D2 D3 D4 D7 TB8 停止位 TXD输出 TI 检测 负跳变 接 收 时 序 起始位 D6 RB8 D0 D1 D2 D3 D4 D7 D5 停止位 RXD输入 RI 串行方式2、3发送和接收时序图

  14. （4）波特率的计算 在串行通讯中，收发双方的数据传送率（波特率）要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。 方式0为固定波特率：B=fosc/12 方式2可选两种波特率： B=(2SMOD /64)×fosc 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。 B=(2SMOD/32)×T1溢出率 T1为方式2的时间常数： X = 28 - t/T 溢出时间： t= (28 -X)T = (28 -X)×12/ fosc T1溢出率=1/t= fosc /[12×(2n -X)] 波特率B=(2SMOD /32)×fosc/[12×(28-X)] 串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算时间常数。 T1选方式2： TH1=X= 28-fosc/12×2SMOD/(32×B) T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。

  15. 常用波特率 Fosc(MHZ) SMOD TH1初值 19200 11.0592 1 FDH 9600 11.0592 0 FDH 4800 11.0592 0 FAH 2400 11.0592 0 F4H 1200 11.0592 0 E8H 当时钟频率选用11.0592MHZ时，易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个晶振。下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

  16. 7.4 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)

  17. 发送程序：先发送一个字符，等待TI=1后再发送下一个字符。发送程序：先发送一个字符，等待TI=1后再发送下一个字符。 1.查询方式： TRAM： MOV A，@R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送一个字符 WAIT： JBC TI，NEXT ；等待发送结束 SJMP WAIT NEXT： INC R0 ；准备下一次发送 SJMP TRAM 2.中断方式： ORG 0023H ；串行口中断入口 AJMP SINT MAIN： …；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 R0 MOV A，@R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送下一个字符 RETI

  18. 接收程序：REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。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： JBC RI，NEXT ；查询等待 SJMP WAIT NEXT： MOV A，SBUF ；读取接收数据 MOV @R0，A ；保存数据 INC R0 ；准备下一次接收 SJMP WAIT 2.中断方式： ORG 0023H AJMP RINT MAIN： … ；初始化编程 H： SJMP H ；其它任务 RINT： CLR RI ；清中断标志 MOV A，SBUF ；读取接收数据 MOV @R0，A ；保存数据 INC R0 RETI

  19. （一）串行口方式0用于扩展单片机的并行I/O接口。（一）串行口方式0用于扩展单片机的并行I/O接口。 编程 8051单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接一个串入并出的移位寄存器，就可以扩展一个并行口。

  20. 例：用8051串行口外接CD4094扩展8位并行输出口，如图所示，8位并行口的各位都接一个发光二极管，要求发光管呈流水灯状态。 串行口方式0的数据传送可采用中断方式，也可采用查询方式，无论哪种方式，都要借助于TI或RI标志。串行发送时，可以靠TI置位（发完一帧数据后）引起中断申请，在中断服务程序中发送下一帧数据，或者通过查询TI的状态，只要TI为0就继续查询，TI为1就结束查询，发送下一帧数据。在串行接收时，则由RI引起中断或对RI查询来确定何时接收下一帧数据。无论采用什么方式，在开始通讯之前，都要先对控制寄存器SCON进行初始化。在方式0中将，将00H送SCON就可以了。 下面给出应用程序：

  21. ORG 2000H START: MOV SCON,#00H ;置串行口工作方式0 MOV A,#80H ;最高位灯先亮 CLR P1.0 ;关闭并行输出（避象传输过程中，各LED的“暗红”现象） OUT0: MOV SBUF,A ;开始串行输出 OUT1: JNB TI,OUT1 ;输出完否 CLR TI ;完了，清TI标志，以备下次发送 SETB P1.0 ;打开并行口输出 ACALL DELAY ;延时一段时间 RR A ;循环右移 CLR P1.0 ;关闭并行输出 JMP OUT0 ;循环 说明：DELAY延时子程序前面已经讲过，这里就不给出了。

  22. (二)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 SETB EA SETB ES ；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，C MOV SBUF，A ；启动一次发送 HERE： SJMP HERE ；CPU执行其它任务

  23. ORG 0023H ；串行口中断入口 AJMP TRANI TRANI： PUSH A ；保护现场 PUSH PSW CLR 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 TEND NEXT： 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，C MOV SBUF，A ；发送一个字符 POP PSW ；恢复现场 POP A TEND： RETI  ；中断返回

  24. 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，#0F4H SETB TR1  ；启动T1 MOV 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 WAIT NEXT: 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

  25. 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，#0F4H SETB TR1  ；启动T1 MOV 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 WAIT NEXT: MOV A，SBUF ；取一个接收字符 JNB P，COMP ；奇偶校验 JNB RB8，ERR ；P≠RB8，数据出错 SJMP RIGHT ；P=RB8，数据正确 COMP: JB RB8，ERR RIGHT: 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

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