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第 7 章 串行口及串行通信技术

第 7 章 串行口及串行通信技术. 串行通信基本知识 89C51 串口及其应用 两个单片机之间的通信 单片机与 PC 机之间的通信. 发送. 计算机 1 GND. 计算机 2 GND. 计算机 1 GND. 计算机 2 GND. 接收. 并行通信. 串行通信. 什么是串行通信？. 串行通信和并行通信. 快、多 （数据线）、 近. 并行通信：数据的各位 同时 传送；. 串行通信：数据 一位一位 顺序传送。. 慢、少、远.

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第 7 章 串行口及串行通信技术

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  1. 第7章 串行口及串行通信技术 • 串行通信基本知识 • 89C51串口及其应用 • 两个单片机之间的通信 • 单片机与PC机之间的通信

  2. 发送 计算机1 GND 计算机2 GND 计算机1 GND 计算机2 GND 接收 并行通信 串行通信 什么是串行通信？ • 串行通信和并行通信 • 快、多（数据线）、近 并行通信：数据的各位同时传送； 串行通信：数据一位一位顺序传送。 慢、少、远

  3. A站 B站 单工通信 发送器 接收器 ( a ) 发 发 发 收 收 收 收 发 A站 B站 A站 B站 ( b ) ( c ) 串行通信制式：单工(a)、半双工(b)和全双工(c) (simplex half duplex full duplex)

  4. 串行通信的分类：异步(Asynchronous Communication) 同步(Synchronous Communication) • 异步通信，ASYNC (Asynchronous Data Communication)：帧格式传送,信息量不大 • 1个起始位，0 • 5～8个数据位 • 奇偶校验位 • 1～2个停止位，0

  5. …… 数据 数据 同步字符2 同步字符1 …… 数据 数据 数据 同步字符 • 同步通信，SYNC(Synchronous Data Communication)：严格同步,发送同步字符,数据连续,信息量大,速度较高 • 按数据块传送——把要传送的字符顺序连接起来 数据块前有同步字符，后有检验字符 同步字符可由通信双方约定，也可采用ASCII码中规定的SYNC代码，即16H。 同步传送时，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。

  6. 波特率（Band rate） 通信线上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间，每一位的信号持续时间都由数据传送速度确定。 • 数据传送速率：每秒传送的二进制代码的位数。 • 波特率反映了串行通信的速率，也反映了对于传输通道的要求。波特率越高，要求传输通道的频率越宽，一般异步通信的波特率在50b/s~19200b/s之间。 • 相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特率，否则无法成功地完成串行数据通信。

  7. 举例 • 假如在1秒内，89C51串口把100个FFH的数据发送出去，问波特率是多少？假若每个字符是包含一个起始位、一个终止位和8个数据位。

  8. 串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送。串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送。 根据串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平……等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。 常见的有： ☞通用异步收发器(UART)——本课程介绍的串口 ☞通用串行总线（USB） ☞I2C总线 ☞CAN总线 ☞SPI总线 ☞RS-485，RS-232C，RS422A标准……等等

  9. 串行口及串行通信技术 • 串行通信基本知识 • 89C51串口及其应用 • 两个单片机之间的通信 • 单片机与PC机之间的通信

  10. 89C51的串行接口 • 概述 • 有一个可编程全双工异步串行通信接口（UART) (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) • 管脚：TXD（P3.1）、RXD（P3.0） • 可同时发送、接收数据(Transmit/Receive) • 有四种工作方式，帧格式有8、10、11位。 • 波特率(Baud rate)可设置 波特率：每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比特数，单位为b/s，即位/秒。

  11. 图7-7 return

  12. 串行口结构 引脚RXD (P3.0串行数据接收端) 引脚TXD (P3.1串行数据发送端) MOV SBUF, A ：发送数据到串口引脚 MOV A , SBUF ：接收数据 RI ：从串口上接收数据到SBUF RI=1 TI ：数据从SBUF向外发送完 TI=1

  13. MCS-51串行接口寄存器 • SBUF——串行口数据缓冲器 • SCON——串行口控制寄存器 • PCON——电源及波特率选择寄存器

  14. SM0 9FH SM1 9EH SM2 9DH 9CH REN TB8 9BH RB8 9AH TI 99H RI 98H 接收中断标志 工作方式选择 发送中断标志 多机通信控制位 允许串行接收位 接收数据的第9位 发送数据的第9位 控制寄存器SCON • SM2置1，多机通信，用于方式2和方式3 • D8＝1，地址帧 • D8＝0，数据帧 • SM2置0，不属于多机通信

  15. SM0 SM1 工作方式 功能 波特率 0 0 方式0 8位同步移位寄存器 fosc/12 0 1 方式1 10位UART 可变 1 0 方式2 11位UART fosc/64或fosc/32 1 1 方式3 11位UART 可变 串行方式的定义 例：设串行口工作在方式1，允许接收，则指令为： MOV SCON,#01010000B

  16. SMOD × × × GF1 GF0 PD IDL 电源及波特率选择寄存器PCON 87H 串行通信只用该位，为1时，波特率×2；为0时不变。

  17. 串行口四种工作方式应用比较 波特率的设定可参见表7.2，实际无需计算。 • 方式的选择由SM1、SM0实现。 表

  18. 方式0 在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为fosc/12。串行数据从RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。这种方式常用于扩展I/O口。 方式0用于扩展I/O口输出

  19. 方式0用于扩展I/O口输入

  20. 方式1 串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART。每发送或接收的一帧信息中，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1。 10位的帧格式

  21. 方式2 串行口为11位UART，传送波特率与SMOD有关。发送或接收的一帧数据中包括1位起始位0，8位数据位，1位可编程位(用于奇偶校验)和1位停止位1。 11位的帧格式

  22. 方式3 方式3为波特率可变的11位UART通信方式，除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。

  23. 在方式2中，波特率取决于PCON中的SMOD值： • 当SMOD=0时，波特率为fosc/64； • 当SMOD=1时，波特率为fosc/32. • 即波特率 = 。 SMOD 2 f osc 64 MCS-51串行口的波特率 1.方式0和方式2的波特率是固定的 • 在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变 图

  24. 波特率/(b/s) fosc/MHz SMOD 定时器1 C/ 模式 初始值 方式0：1 M 方式2：375 k 方式1、3：62.5 k 19.2 k 9.6 k 4.8 k 2.4 k 1.2 k 137.5 k 110 110 12 12 12 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 11.986 6 12 × 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 × × 0 0 0 0 0 0 0 0 0 × × 2 2 2 2 2 2 2 2 1 × × FFH FDH FDH FAH F4H E8H 1DH 72H FEEBH T 波特率= 2. 方式1和方式3的波特率可变，由定时器1的溢出率决定 return RETURN

  25. 常用波特率及其产生条件 常用波特率通常按规范取1200、2400、4800、9600、…，若采用晶振12MHz和6MHz，则计算得出的T1定时初值将不是一个整数，产生波特率误差而影响串行通信的同步性能。 解决的方法只有调整单片机的时钟频率fosc，通常采用11.0592MHz晶振。

  26. 四种工作方式应用举例

  27. 串行口的应用 • 编程注意事项 • 设置串行口工作方式 • 设置波特率（SMOD，若是方式1、3，设置TI初值） • 若串行口接收数据，REN必须赋值为1 • TI和RI标志，须由软件清0 • 第9位

  28. 串行口工作方式0 用于扩展I/O口，外接74HC164（串入并出）或165（并入串出）。RXD作为数据输入/输出端，TXD作为同步时钟信号，接至时钟端。 8位数据为1帧，由低位到高位，无起始位和停止位。 波特率： fosc/12

  29. 89C51 RXD TXD P1.0 DATA CD4049 CLK STB 例 • 用89C51串行口外接CD4049或164串入-并出移位寄存器扩展8位并行口；8位并行口的每位都接一个发光二极管，要求发光二极管从左到右以一定延迟轮流显示，并不断循环。设发光二极管为共阴极接法。如图所示。

  30. 解：设数据串行发送采用中断方式，显示延迟通过延迟程序DELAY来实现。解：设数据串行发送采用中断方式，显示延迟通过延迟程序DELAY来实现。 • 程序清单： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H AJMP SBR ORG 2000H MAIN: MOV SCON, #00H；串行口方式0初始化 MOV A, #80H；最左一位发光二极管先亮 CLR P1.0；关闭并行输出 MOV SBUF, A；开始串行输出 LOOP: SJMP $ ；等待中断 SBR: SETB P1.0；启动并行输出 ACALL DELAY；显示延迟一段时间 CLR TI；清发送中断标志 RR A；准备右移一位显示 CLR P1.0；关闭并行输出 MOV SBUF, A；再一次串行输出 RETI

  31. 串行口工作方式1 • 10位通用异步串行口UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) ，1位起始位、8位数据、1位停止位。 • 波特率可调，由定时器T1的溢出率（定时时间）决定。 • 当一帧数据接收完毕后，必须同时满足以下条件，这次接收才真正有效： • REN =1 • RI=0, SBUF为空 • SM2=0或SM2=1时，收到停止位为1，收到的数据才能装到SBUF里。

  32. 串行口工作方式1 波特率 （定时器T1的溢出速率） PCON.7波特率选择位

  33. 例 89C51串行口按双工方式收发ASCII字符，最高位用作奇校验，要求传送码率为1200b/s，fosc=11.059MHz。 • 7位ASCII码+1位奇偶校验位=8 • A中1的个数为奇数，P=1，如果最高位为为P的值，则A的1的个数编程偶数，因此，要把P的值取反以后放入ASCII码最高位，才是奇校验。 • 设发送数据区的首地址为20H，接收首地址为40H 奇偶校验位：数据位和奇偶位中1的个数 偶校验：以上1的个数为偶数 奇校验：以上1的个数为奇数

  34. ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0050H MAIN: T1为模式2 时间常数，见表7-2 重装时常 启动T1 串行口方式1，允许接收 发送数据区首址 接收数据区首址 串行口开中断 CPU开中断 发送一个字符 等待中断 MOV TMOD, #20H; MOV TL1, #0E8H; MOV TH1, #0E8H; SETB TR1; MOV SCON, #50H; MOV R0, #20H; MOV R1, #40H; SETB ES; SETB EA; LCALL SOUT; SJMP $; 表

  35. 中断服务程序 ORG 0023H LJMP SBR1 ORG 0100H PUSH ACC PUSH PSW JNB RI,SEND LCALL SIN SJMP NEXT LCALL SOUT POP PSW POP ACC RETI SBR1: SEND: NEXT:

  36. 发送子程序 SOUT: CLR TI MOV A,@R0 MOV C,P CPL C MOV ACC.7,C MOV SBUF,A INC R0 RET ；取要发送的数据 ；若奇数个1，P＝1 ；A中的ASCII码为奇校验 ；发送 ；修改发送数据区指针

  37. 接收子程序 SIN: ；读接收到的数据 CLR RI MOV A,SBUF JNB P,ER ANL A,#7FH MOV @R1,A INC R1 RET …… ；若偶数个1，出错 ；若奇数个1，ACC.7清0 ；数据存入接收区 ；修改接收数据区指针 ER: ；处理出错程序

  38. 串行口工作方式2和方式3 • 每帧11位：1位起始位，9位数据（D8～D0），1位停止位； • 第9位数据作为奇偶校验位或地址/数据标志位； • 发送时，第9位（D8）数据装入TB8；--串口自动完成 • MOV A ,DATA • MOV TB8, C • MOV SBUF, A • 接收时，第9位（D8）数据装入RB8； • D0~D7 SBUF • D8RB8 • RI =1 多机通信

  39. 串行口工作方式2和方式3 • 方式2，波特率位fosc/32或fosc/64； • 方式3，波特率可调，同方式1。

  40. 串行口初始化 地址指针R0长度 计数器R7置初值 取数据A PTB8 ASBUF TI =1? N Y 0TI,指针R0+1 N (R7)-1=0? Y 返回 用第9个数据位作奇偶校验位， 编制串行口方式2的发送程序。 • 例：设计一个发送程序，将片内RAM 50H~5FH中的数据串行发送；串行口设定为方式2状态，TB8作奇偶校验位，采用偶校验。

  41. 程序清单 TRT: MOV SCON, #80H ；方式2设定 MOV PCON, #80H ; 波特率=fosc/32 MOV R0,#50H ;首地址R0 MOV R7, #10H ;数据长度 LOOP:MOV A,@R0 ;取数据 MOV C, PSW.0 ;PTB8 MOV TB8, C MOV SBUF, A ;数据SBUF,启动发送 WAIT: JBC TI, CONT ;判断发送中断标志 SJMP WAIT CONT: INC R0 DJNZ R7, LOOP RET

  42. 串行口及串行通信技术 • 串行通信基本知识 • 89C51串口及其应用 • 两个单片机之间的通信 • 单片机与PC机之间的通信

  43. 两个单片机之间的通信 • 通信协议：帧格式、校验方式等 • 波特率

  44. 双机通信软件编程 查询方式 1) 甲机发送 编程将甲机片外1000H～101FH单元的数据块从串行口输出。定义方式2发送，TB8为奇偶校验位。发送波特率375 kb/s，晶振为12 MHz, SMOD=1。

  45. 参考发送子程序如下： MOV SCON，#80H ；设置串行口为方式2 MOV PCON，#80H ；SMOD=1 MOV DPTR，#1000H ；设数据块指针 MOV R7，#20H ；设数据块长度 START： MOVX A，@DPTR ；取数据给A MOV C,P MOV TB8,C ；奇偶位P送给TB8 MOV SBUF,A ；数据送SBUF，启动发送 WAIT: JBC TI,CONT ；判断一帧是否发送完。若送完，清TI，取下一个数据 AJMP WAIT ；未完等待 CONT： INC DPTR ；更新数据单元 DJNZ R7,START ；循环发送至结束 RET

  46. 2) 乙机接收 编程使乙机接收甲机发送过来的数据块，并存入片内50H～6FH单元。接收过程要求判断RB8，若出错置F0标志为1，正确则置F0标志为0，然后返回。 在进行双机通信时，两机应采用相同的工作方式和波特率。

  47. 参考接收子程序如下： MOV SCON，#80H ；设置串行口为方式2 MOV PCON，#80H ；SMOD=1 MOV R0，#50H ；设置数据块指针MOV R7，#20H ；设置数据块长度SETB REN ；启动接收WAIT：JBC RI，READ ；判断是否接收完一帧。若完，清RI，读入数据AJMP WAIT ；未完等待READ：MOV A，SBUF ；读入一帧数据a JNB PSW.0,PZ ；奇偶位为0则转JNB RB8, ERR ；P=1，RB8=0，则出错 SJMP RIGHT ；二者全为1，则正确PZ: JB RB8, ERR ；P=0，RB8=1，则出错RIGHT: MOV @R0, A ；正确，存放数据INC R0 ；更新地址指针DJNZ R7, WAIT ；判断数据块是否接收完CLR PSW.5 ；接收正确，且接收完清F0标志RET ；返回ERR: SETB PSW.5 ；出错，置F0标志为1 RET ；返回

  48. 7.3 多个89C51通信 • 多机通信步骤： • 主机SM2＝0，所有从机的SM2＝1，以便接收主机发来的地址。 • 主机发送地址，其中D8＝1。 • 所有从机接收主机发来的地址，进入中断服务程序，并和本机地址比较，确认是否是被寻址从机。 • 被寻址从机清除SM2，以便接收数据，并向主机发回从机地址，供主机核对。其他从机保持SM2＝1，并退出中断服务程序。 • 数据通信完毕，被寻址从机SM2＝1，退出中断服务程序，等待下次通信。

  49. 串行口及串行通信技术 • 串行通信基本知识 • 89C51串口及其应用 • 两个单片机之间的通信 • 单片机与PC机之间的通信

  50. PC机与单片机通信 • PC机是国内目前使用应用最广泛的微机，在与单片机串行接口后，可以方便地构成主从分布式多机系统。从机（单片机）作数据采集或实时控制，主机作数据处理或中央管理等。 • 这种多机系统在过程控制、仪表生产、生产自动化和企业管理等方面都有广泛的应用。此外微机和单片机串行接口后，可以大大方便单片机的开发过程。

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