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《单片机原理及应用》第七章 89C51串行口及串行通信技术

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89C51单片机硬件结构和原理

89C51单片机硬件结构和原理

目 录第一章 微机基础知识 第 章 89C51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理 第 章 89C51指 系统 指 第四章 汇编语言程序 计知识 第五章 中断系统 第六章 定时器及应用 第七章 89C51串行口及通信技术 串行口及通信技术 第八章 单片机小系统片外扩展 附录A 89C51指 系统表 附录 指 参考资料第2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8章 MCS-51单片机的结构和原理 单片机的结构和原理MCS-51单片机的结构 单片机的结构 MCS-51单片机引脚及 单片机引脚及 89C51 储器配置 能CPU时时序 时时序 复 及复 电路 89C51单片机的 单片机的 输出/输入端口结构 输出 输入端口结构 思考题 题 耗工 方式MCS-5令单片机的结构 该.令 MCS-5令单片机的结构该.令.令 MCS-5令单片机概述 MCS-5令单片机 单片机概 MCS-5令单片机内部结构 该.令.该 MCS-5令单片机内部结构MCS-5令单片机概述 该.令.令 MCS-5令单片机概述一组成MCS-51系列单片机简介 系列单片机简 系列单片机89C51单片机结构框图 如图 所示 单片机结构框图 如图2-1所示外部时钟源 外部 件计数振荡器和时序 OSC程序 储器 4KBROM数据 储器 256B RAM/SFR2×16 × 定时器/计数器 定时器 计数器89C51 CPU 64KB 总线 扩展控制器可编程I/O 可编程可编程全双工 串行口内中断 外中断 控制 并行口 串行通信2.1.180C51系列简介 80C51系列简介MCS-51系列 一 MCS-51系列 是Intel公司生产的一个单片 1 MCS-51是Intel公司生产的一个单片 机系列名称 属于这一系列的单片机有多 种，如 ﹡8051/8751/8031 ﹡8052/8752/8032 ﹡80C51/87C51/80C31 ﹡80C52/87C52/80C32等 等2系列生产工艺有两种一是HMOS工艺 高密度短沟道 工艺 高密度短沟道MOS工 一是 工 是CHMOS工艺 互补金属氧化物 艺 是 工艺 的HMOS工艺 工艺 CHMOS是 CMOS和 HMOS的结合 既保 是 和 的结合 持了HMOS高速度和高密度的特点 持了 高速度和高密度的特点 有 CMOS的 的 耗的特点 在产品型号中凡带有母 “ C” 的 即CHMOS 芯 片TTL电平兼容 电平兼容 又CHMOS芯片的电平既 芯片的电平既 CMOS电平兼容 电平兼容3 在 能 和增 型两大类系列单片机有基本型基本型 8051/8751/8031 80C51/87C51/80C31 增 型 8052/8752/8032 80C52/87C52/80C324 在片内程序 储器的配置 系列单片机有 种形式 即掩膜 ROM EPROM 和 ROMLess( 无 片 内 储器) 程序 储器 如 节的掩膜ROM ﹡80C51有4K 节的掩膜 有 节的EPROM 有 ﹡87C51有4K 节的 ﹡80C31在芯片内无程序 储器 在芯片内无程序80C5令型产品资源配置单片机的要能·8 CPU ·4kbytes 程序 储器 储器(ROM) (52 8K) ·256bytes的数据 储器 的数据 储器(RAM) 52有384bytes的RAM 有 的 ·32条I/O口线 条 口线 ·111条指 条指 大部分 单 节指 ·21个专用寄 器 个专用寄定时/计数器 ● 2个可编程定时 计数器 个可编程定时● 5个中断源 个中断源2个优先级 个优先级52有6个 有 个 ●一个全双工串行通信口 ●外部数据 储器寻址空间 ●外部程序 储器寻址空间 ●逻辑操 寻址 能 双列直插40PinDIP封装 ●双列直插 封装 单一+5V电源供电 ●单一 电源供电64kB 64kB●5个中断源的中断控制系统 个中断源的中断控制系统 个全双工UART 通用异步接收发 个全双工 ●1个全双工 的串行I/O口 送器 的串行 口 用于实现单片 机之间或单片机 微机之间的串行 通信 ●片内振荡器和时钟产生电路 石英 晶体和微调电容需要外接◆ CPU 由运算和控制逻辑组成 时 包括 中断系统和部分外部特殊 能寄 器 ◆ RAM 用 放可 读写的数据 如运算的 中间结果 最终结果 及欲显示的数据 ◆ ROM 用 放程序 一些原始数据和表格 并行I/O口 ◆ I/O口 四个 口 四个8 并行 口 既可用 输入 可用 输出 两个定时/记数器 ◆ T/C 两个定时 记数器 既可 工 在定时模 式 可 工 在记数模式2.1.2 MCS-51单片机内部结构 单片机内部结构一 结构图 结构组成一 结构图●由 中央处理单元 CPU 储器 ROM及RAM 和I/O接口组成 接口组成 及 接口 ● MCS-51单片机内部结构如 图2-2 MCS-51单片机内部结构如 所示89C5令单片机内部 89C5令单片机内部 结构图RAM地 地 址寄 器 128B RAMP0.0-P0.7 P0驱 器 驱P2.0-P2.7P2驱 器 驱P0锁 器 锁P2锁 器 锁4KB Flash ROM程序地址 寄 器 B寄 器 寄 器1 暂 器 器2 暂 器 ACC SP 缓冲器 ALU 中断 串行口和定时器 PSEN ALE EA RST 定 时 控 制 指 译 码 器 OSC XTAL1 XTAL2 指 PSW 寄 器 P1锁 器 锁 P1驱 器 驱 P1.0-P1.7 P3锁 器 锁 P3驱 器 驱 P3.0-P3.7 PC DPTR PC增1 增结构组成一 中央处理单元 储器 I/O接口 接口 CPU一● 1 ● 2中央处理单元 CPU运算器 控制器11 2 3 4 5 6运算器8 的 的ALU 8 累 器 器ACC A 8 程序状态寄 器 器PSW 8 寄 器 器B 布尔处理器 2个8 暂 器 个1 运算器令 8 的 的AL栈AL栈AL栈●可对可对44 8 令6令6 数据进行操 数据进行操 数据进行操1 运算器2 8 累 器ACC A它 常 一个运算数 暂 器该它 常 一个运算数 暂 器该进入进入AL栈AL栈的输入端的输入端 另一个来自暂 器 另一个来自暂 器令令的运算数进行运算数进行运算 运算结果又送回运算结果又送回ACC ACC ACC1 运算器3 8 程序状态寄 器PSW指示指 执行 的状态信息供程序查询和判别用和判别用1 运算器4 8 寄 器B在乘除运算时在乘除运算时 用来 放一个操 数 用来 放运算 的一部分结果数 用来 放运算 的一部分结果 如 能做乘除运算时如 能做乘除运算时 通用寄 器1 运算器布尔处理器5 布尔处理器中PS上中专门用于处理 操 的 PS上专门用于处理 操 的的C 累 器累 器1 运算器暂 器6 2个8 暂 器的两个入口处 AL栈的两个入口处AL栈的两个入口处1 程序计数器PC 16 ●由两个由两个88 计数器 计数器PC寻PC寻PC寻 PCL PCL组成组成组成 ●PC PC是程序的 节地址计数器是程序的 节地址计数器是程序的 节地址计数器，，PC PC内容 将要执行的指 地址内容 将要执行的指 地址内容 将要执行的指 地址 ●改变改变PC PC PC内容内容内容，，改变执行的流向改变执行的流向 ●PC PC可可对64KB 64KB的的ROM ROM直接 址直接 址，也可对可对89C5令89C5令89C5令片内片内片内RAM RAM RAM 址 址2 指 寄 器IR 及指 译码器ID ●由PC PC中的内容指定中的内容指定中的内容指定ROM ROM ROM地址地址，取出来的指 指 寄 器 指 寄 器导R 导R 导R送至送至送至导D 导D ，由导D 对指 译码产生一定序列的控制信号， 执行指 所规定的操作 执行指 所规定的操作3 振荡器和定时电路●89C51单片机片内有振荡电路单片机片内有振荡电路，，只需外接石英晶体和频率微调电容 2个30pF 右 右 ， ， ，其频率范围 其频率范围1.2MHz~24MHz 该信号作 89C51 作的基本节拍即时间的最小单 时间的最小单储器储器程序 储器 ROM 1 程序 储器数据 储器 RAM 2 数据 储器1 程序 储器程序 储器 ROM开始◆地址从0000H开始◆用于 放程序和表格常数用于 放程序和表格常数2 数据 储器数据 储器 RAM ◆片外64kB 0000H ～FFFFH 片内片内256 节 0000H ～00FFH◆ 中00H ～7FH 用于 放运算的中间结果用于 放运算的中间结果 数据暂 及数据缓冲等数据暂 及数据缓冲等 ◆ 128B 的RAM 中有32个 节单元可指定 工 寄 器个 节单元可指定 工 寄 器 ◆片内 有21个特殊 能寄 器个特殊 能寄 器 SFR 它它们 128 节RAM 统一编址统一编址 地址 80H ～FFH 面 细介绍 面 细介绍I/O 接口◆89C5令89C5令有四个有四个有四个88 并行 并行导/O 导/O 导/O接口接口接口P0P0～P左P左 ◆它们都是它们都是((准) 向端口 向端口，， 个端口各有8各有8条导/O 导/O线线◆P0P0--P左P左口四个锁 器同口四个锁 器同口四个锁 器同RAM RAM RAM统一编址统一编址统一编址，，可作 可作 SFR SFR SFR来 址来 址来 址2.2MCS-51单片机引脚及 能2.2.1 MCS-51单片机引脚2.2.2 MCS-51单片机引脚 能2.2.189C51单片机引脚所示89C5令单片机引脚如•89C5令单片机引脚如图该-详所示单片机引脚图89C5189C51单片机引脚图2.2.2 89C51单片机引脚 能电源引脚 Vcc和Vss•一 电源引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2• 时钟电路引脚• 控制信号引脚RST ALE PSEN和EA •四 I/O端口P0 P1 P2和P3一 电源引脚Vcc和Vss电源引脚•令．三cc(40脚) 电源端， +5三 •工．三ss(工0脚) 接地端 图该-详时钟电路引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2•XTAL2 18脚 接外部晶体和微调电容的一端容的一端 在89C51 片内它是振荡电路 向放大器的输出端 向放大器的输出端，，振荡电路的频率就是晶体固有频率就是晶体固有频率 若需采用外部时钟电路时电路时，，该引脚悬空该引脚悬空 89C51/8031 常 作时 作时，，该引脚应有脉冲信号输出该引脚应有脉冲信号输出•XTAL1 令9令9脚脚 接外部晶体和微调电容的另一端 时钟电路引脚时钟电路引脚 XTAL1和XTAL2容的另一端 在片内它是振荡电路 向放大器的输入端放大器的输入端，，在采用外部时钟时在采用外部时钟时，，该引脚输入外部时钟脉冲该引脚输入外部时钟脉冲控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA•RS标/三PD 9脚RST RST 复 信号输入端复 信号输入端，，高电平有效高电平有效 当 输入端保持两个机器周期的高电平时，就可 完成复 操作就可 完成复 操作•RS标/三PD 9脚三 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAPD RST RST引脚的第二功能引脚的第二功能引脚的第二功能，，备用电源输入端入端 当 电源当 电源三cc 三cc 三cc 发生故障发生故障发生故障，，降 到 电平规定值时到 电平规定值时，，将+5三+5三电源自动接电源自动接入该引脚入该引脚，， RAM RAM提供备用电源提供备用电源提供备用电源，， 保证RAM RAM中的信息不丢失中的信息不丢失中的信息不丢失，，使得复 后能继续 常运行继续 常运行•ALE/PROG ALE/PROG 详0详0脚脚ALE 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAALE 地址锁 允许信号端地址锁 允许信号端 常 作时，该引脚 振荡频率的该引脚 振荡频率的令/6令/6令/6固定输出固定输出 脉冲 脉冲 CPU CPU访问片外 储器时访问片外 储器时访问片外 储器时，，该引脚输出信号作 锁 脚输出信号作 锁 88 地址的控制信号信号 它的负载能力 它的负载能力 88个LS LS型型TTL TTL负负载•ALE/PROG ALE/PROG 详0详0脚脚PROG 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EAPROG 是对片内带有是对片内带有4KB EPROM 4KB EPROM 4KB EPROM的的875令编程写入时的编程脉冲输入端编程写入时的编程脉冲输入端•PSEN 29脚控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA▲程序 储器允许信号输出端程序 储器允许信号输出端▲在访问片外ROM 时，定时输出负脉冲作 读片外作 读片外ROM ROM ROM的选通信号的选通信号的选通信号，，接片外ROM 的OE 端▲它的负载能力 它的负载能力 88个LS 型标标L 负载负载•EA/V pp 31脚EA 外部程序 储器地址允许输入端外部程序 储器地址允许输入端 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA当该引脚接高电平时当该引脚接高电平时，，CPU 访问片内EPROM/ROM 并执行片内程序 储器中的指 ，但当PC 值超过0FFFH 片内ROM 4KB 时，将自动转向执行片外ROM 中的程序中的程序 当该引脚接 电平时当该引脚接 电平时，，CPU 只访问片外EPROM/ROM 并执行外部程序 储器中的程序•EA/V pp 31脚 三 控制信号引脚控制信号引脚RST ALE PSEN 和EA pp 对875令875令片内片内EPROM 固化编程时固化编程时，，编程电压输入端编程电压输入端 令工令工--工令三工令三四 I/O I/O端口端口端口P0P0P0 P令P令 P该P该和和P详•令 准双向•该 P0P0口口•详 P 令口•4 P 该口•5 P 详口1 准双向当导/O 导/O口作 输入时口作 输入时口作 输入时，，应先向 口锁 器写入全令锁 器写入全令， 时该口引脚浮空浮空，，可作高阻抗输入可作高阻抗输入。

第7章AT89C51单片机的串行口

第7章AT89C51单片机的串行口

RETI
；中断返回
2．方式2接收
SM0、SM1=10，且REN=1。数据由RXD端输入，接收11位信息。当 位检测到RXD从1到0的负跳变，并判断起始位有效后，开始收 一帧信息。在接收器完第9位数据后，需满足两个条件，才能 将接收到的数据送入SBUF。
（1）RI=0，意味着接收缓冲器为空。 （2）SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1时。 当上述两个条件满足时，接收到的数据送入SBUF（接收缓冲
正脉冲，串行口即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特 率从RXD引脚串行输出，低位在先,TXD引脚输出同步移位脉冲， 发送完8位数据置“1”中断标志位TI。时序如图7-5所示。 2．方式0接收 REN=1，接收数据，REN=0，禁止接收。
图7-5
REN=1，允许接收。向串口的SCON写入控制字（置为方式0，并 置“1”REN位，同时RI=0）时，产生一个正脉冲，串行口即 开始接收数据。RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出 端，
图7-3 （1）SMOD—波特率选择位
例如：方式1的波特率的计算公式为：
方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率
也称SMOD位为波特率倍增位。
（2）GF1、GF0—通用标志位 这两个标志位可供用户使用，可用软件置1或清0。两个标志位
用户应充分利用。 （3）PD—掉电方式位 若PD=1，单片机进入掉电工作方式。
图7-9 时采样）进行表决以确认是否是真正的起始位（负跳变）的开始。 当一帧数据接收完，须同时满足两个条件，接收才真正有效。 ⑴ RI=0，即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已被
响应，SBUF中的数据已被取走，说明“接收SBUF”已空。 ⑵ SM2=0或收到的停止位=1（方式1时，停止位已进入RB8），

串行通信7章改

串行通信7章改

;查询结束，清RI
MOV A ,SBUF
;读数据到累加器
ACALL LOGSIM
;进行逻辑模拟
SJMP START
;准备下一次模拟
2.串行口方式1的应用
例3：在8051片内RAM30~4FH单元中有32个字节的数
据，若采用方式1进行串行通信，波特率为1200bit/s，
fosc=6MHz(SMOD=0)，用查询和中断两种方式编写发
HERE:JNB TI,HERE CLR TI INC R0 DJNZ R7,LOOP SJMP $ END
查询方式
接收：
MAIN:
HERE:
ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0030H MOV TMOD,#20H MOV TL1,#0F3H MOV TH1,#0F3H SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV PCON,#00H MOV R0,#30H MOV R7,#20H JNB RI,HERE CLR RI
MAIN: MOV SP,#60H
HERE: AJMP HERE
MOV TMOD,#20H SER: CLR TI
MOV TH1,#0F3H
INC R0
MOV TL1,#0F3H
MOV A,@R0
SETB TR1
MOV SBUF,A
MOV SCON,#40H
DJNZ R7,HE
MOV R0,#30H
HERE: AJMP HERE
MOV TMOD,#20H SER: CLR RI
MOV TH1,#0F3H
MOV A,SBUF
同步通信数据格式
异步通信数据格式
四、通信数据的差错检测
（1）奇偶校验 在数据位后附加一个奇偶校验位，该位可为“0”

单片机原理及接口技术课后答案第七章

单片机原理及接口技术课后答案第七章

第七章1、什么是串行异步通信，它有哪些作用？答：在异步串行通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一字节数据）传送的，每一帧的数据格式参考书。

通信采用帧格式，无需同步字符。

存在空闲位也是异步通信的特征之一。

2、89C51单片机的串行口由哪些功能部件组成？各有什么作用？答：89C51单片机的串行接口由发送缓冲期SBUF，接收缓冲期SBUF、输入移位寄存器、串行接口控制器SCON、定时器T1构成的波特率发生器等部件组成。

由发送缓冲期SBUF发送数据，接收缓冲期SBUF接收数据。

串行接口通信的工作方式选择、接收和发送控制及状态等均由串行接口控制寄存器SCON控制和指示。

定时器T1产生串行通信所需的波特率。

3、简述串行口接收和发送数据的过程。

答：串行接口的接收和发送是对同一地址（99H）两个物理空间的特殊功能寄存器SBUF进行读和写的。

当向SBUF发“写”命令时（执行“MOV SBUF,A”），即向缓冲期SBUF装载并开始TXD引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断标志位TI=1。

在满足串行接口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下，置允许接收位REN （SCON.4）=1,就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到接收SBUF中，同时使RI=1。

当发读SBUF命令时（执行“MOV A, SBUF”），便由接收缓冲期SBUF 取出信息通过89C51内部总线送CPU。

4、89C51串行口有几种工作方式？有几种帧格式？各工作方式的波特率如何确定？答：89C51串行口有4种工作方式：方式0（8位同步移位寄存器），方式1（10位异步收发），方式2（11位异步收发），方式3（11位异步收发）。

有2种帧格式：10位，11位方式0：方式0的波特率≌fosc/12(波特率固定为振荡频率1/12)方式2：方式2波特率≌2SMOD/64×fosc方式1和方式3：方式1和方式3波特率≌2SMOD/32×(T1溢出速率)如果T1采用模式2则：5、若异步通信接口按方式3传送，已知其每分钟传送3600个字符，其波特率是多少？答：已知每分钟传送3600个字符，方式3每个字符11位，则：波特率=（11b/字符）×（3600字符/60s）=660b/s6、89C51中SCON的SM2，TB8，RB8有何作用？答：89c51SCON的SM2是多机通信控制位，主要用于方式2和方式3.若置SM2=1，则允许多机通信。

单片机原理及应用(李桂林)章 (7)

单片机原理及应用(李桂林)章 (7)

第 7 章 单片机并行扩展技术 图 7－1 8031 最小应用系统
第 7 章 单片机并行扩展技术
8031 芯片本身的连接除了 EA 必 须 接地 地外(选择外 部存储器),其他与 80C51 / 89C51 最小应用系统一样,也必须 有复位及时钟电路。
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 2 总线扩展及编址方法
第 7 章 单片机并行扩展技术
7. 1 单片机的最小系统
最小应用系统,是指能维持单片机运行的最简单配置的系 统。这种系统成本低廉、结构简单,常用来构成简单的控制系 统,如开关状态的输入/输出控制等。对于片内有ROM / EPROM 的单片机,其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的 单个单片机。对于片内无 ROM / EPROM 的单片机,其最小系统 除了外部配置晶振、复位电路和电源外,还应当外接 EPROM 或 E2 PROM作为程序存储器使用。
第 7 章 单片机并行扩展技术
图 7－3 所示为线选法应用实例。图中所扩展的芯片地址 范围如表 7 －1 所示,其中 ×可以取“0 ”,也可以取 “ 1 ”,用十六进制数表示的地址如下:
2764 ( 1 ): 4000H~5FFFH ,或 C000H~DFFFH ,有地址重 叠现象。
2764 ( 2 ): 2000H~3FFFH ,或 A000H~BFFFH ,有地址重 叠现象。
第 7 章 单片机并行扩展技术
当然,最小系统有可能无法满足应用系统的功能要求。比 如,有时即使有内部程序存储器,但由于程序很长,程序存储器 容量可能不够;对一些数据采集系统,内部数据存储器容量也可 能不够等,这就需要根据情况扩展 EPROM 、 RAM 、 I / O 口 及其他所需的外围芯片。
第 7 章 单片机并行扩展技术

89C51串口通信的四种方式及特点

89C51串口通信的四种方式及特点

1、89C51串口通信的四种方式及特点通过设置SCON可以设置串行口的工作方式，相应设置位是SM0，SM1，共有四种方式方式0：为同步移位寄存器的输入输出方式，一般用于扩展I/O口，数据位为8位，无起始停止位方式1：波特率可调的异步通信方式，数据位为10位，1位起始位，8位数据位，1位停止位方式2：波特率固定的11位异步通信方式，数据位为11位，1位起始位，8位数据位，1位停止位，1位可编程的第9位，一般用于多机通讯。

方式3：与方式2功能相同，只是波特率可调。

2、51单片机的时钟周期，状态周期，机器周期如何定义的时钟周期也叫振荡周期或晶振周期，即晶振的单位时间发出的脉冲数，一般有外部的振晶产生，发出一个脉冲的时间就是时钟周期，也就是1/12微秒。

通常也叫做系统时钟周期。

是计算机中最基本的、最小的时间单位。

在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示）在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。

例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。

完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期（状态周期）组成。

3、程序状态字寄存器PSW的格式及各位功能1. CY(Carry)：CY表示加法运算中的进位和减法运算中的借位，加法运算中有进位或减法运算中有借位则CY位置1，否则为0。

2. AC（Auxiliary Carry)：与CY基本相同，不同的是AC表示的是低4位向高4位的进、借位。

3.F0：该位是用户自己管理的标志位，用户可以根据自己的需要来设定。

4. RS1、RS0：这两位用于选择当前工作寄存器区。

8051有8个8位寄存器R0~R7，它们在RAM中的地址可以根据用户需要来确定。

RS1 RS0：R0~R7的地址0 0：00H~07H 0 1：08H~0FH 1 0：10H~17H 1 1：18H~1FH5.OV：该位表示运算是否发生了溢出。

第7章串行口

串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程 IE、IP寄存器）。
一、 89C51串行口 1、结 构
图7-7 串行口内部结构示意简图
☞ 2、串行口控制字及控制寄存器
串行口控制寄存器SCON（98H）
• ①SM0和SM1（SCON.7，SCON.6）——串行
口工作方式选择位。两个选择位对应4种通信方式，
如表7-1所示。其中，fosc是振荡频率。
3、串行通信工作方式
2 SMOD f osc 16 / 2 初值 串行方式1、方式3波特率≌ 32 12


4、波特率设计
• 定时器T1用作波特率发生器时，通常选用定时器模 式2（自动重装初值定时器）比较实用。每过“28-X” 个机器周期，定时器T1就会产生一次溢出。
• T1溢出速率为 T1溢出速率≌(fosc/12)/(28-X)
移位时钟来源不同，因此，各种方式的波特率计算公式也
不同。
4、波特率设计
• （1）方式0的波特率 由图7-14可见，方式0时，发送或接收一位数据的移位 时钟脉冲由S6（即第6个状态周期，第12个节拍）给出， 即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。
因此，波特率固定为振荡频率的1/12，并不受PCON寄存
TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12；
每接收 8位数据RI就自动置1；
需要用软件清零 RI。
☞经常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用扩展接口
☞方式0工作时，多用查询方式编程： 发送：MOV SBUF，A 接收：JNB RI，$ JNB TI，$ CLR RI CLR TI MOV A, SBUF ☞复位时,SCON 已经被清零,缺省值: 方式0。 ☞接收前,务必先置位 REN=1 允许接收数据。

89C51串行通信


12
51单片机的串行口的工作方式 单片机的串行口的工作方式
数据接收的有效性：
如果RI=0、SM2=0，则接收的数据送入SBUF，停止 位送入RB8，置RI=1；向CPU申请中断。 如果RI=0、SM2=1，那么只有停止位为1才发生上述 操作。 如果RI=0、SM2=1，且停止位为0，则接收的数据丢 弃。 如果RI=1，则接收的数据在任何情况下都不装入 SBUF，即数据丢失。
单片机实训
执行校长
单片机实训(第一讲下) 单片机实训(第一讲下)
教学内容
串行通信的基本概念 51单片机的串行口的功能与结构 单片机的串行口的功能与结构 51单片机的串行口的工作方式 单片机的串行口的工作方式 51单片机的串行口的波特率设置 单片机的串行口的波特率设置 多机通信
2
重点、 重点、难点
9
51单片机的串行口的功能与结构 单片机的串行口的功能与结构
RI——接收中断标志位 RI——接收中断标志位 —— 当一帧数据接收完成后，由内部硬件使RI置位， RI置位 当一帧数据接收完成后，由内部硬件使RI置位，向 CPU请求中断 中断响应后必须用软件清0 RI也可 请求中断。 CPU请求中断。中断响应后必须用软件清0。RI也可 供查询使用。 供查询使用。
发送时：第9位数据由 位数据由SCON中的 中的TB8位提供； 位提供； 发送时： 位数据由 中的 位提供 接收时：当第9位数据进入移位寄存器后 将前8位 位数据进入移位寄存器后， 接收时：当第 位数据进入移位寄存器后，将前 位 数据送入SBUF中，第9位装入 位装入SCON中的 中的RB8。 数据送入 中 位装入 中的 。
主要由发送数据缓冲器、发送控制器、输出控制门、 接收控制器、输入移位寄存器等组成。

89C51串行口及串行通信技术


从本质上说，所有的串行接口电路都是以并行数据形式与
CPU连接，以串行数据形式与外部逻辑设备连接。它们的基 本功能是从外部逻辑设备接收串行数据，转换成并行数据后
传送给CPU，或从CPU接收并行数据，转换成串行数据后输
出到外部逻辑设备。
19
89C51具有一个全双工串行通信接口。
作用：
●作为UART使用。
也可以用作地址／数据帧的标识位，D8＝1表示该帧信息传 送的是地址，D8＝0表示传送的是数据。两帧信息之间可以
无间隔，也可以有间隔，且间隔时间可任意改变，间隔用
空闲位“1”来填充。
6
异步通信
图
异步通信数据格式
7
奇偶校验
是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传
输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或
0 1 1
1 0 1
1 2 3
9位UART，波特率可变（由T1或T2溢出率
决定）
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（3）串行通信工作方式
方式0
方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。
主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚
输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送 和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为
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●SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。当接收机
的SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否激活RI（RB8＝0时不
激活RI，收到的信息丢弃；RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并 激活RI，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。当SM2=0时，
不论收到的RB8为0和1，均可以使收到的数据进入SBUF，并激
从低位开始串行输出，数据的低位在右高位在左，在具体应用

单片机原理及接口技术-89C51串行口及串行通信技术解析59页PPT

5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
单片机原理及接口技术-89C51串行口及 串行通信技术解析
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
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IBM-PC相同。
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图7-5
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图7-6
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2）设备同步
• 进行串行通信的两台设备必须同步工作才能有效地检测通 信线路上的信号变化，从而采样传送数据的脉冲。
• 设备同步对通信双方有两个共同要求：
➢通信双方必须采用统一的编码方法；
➢通信双方必须能产生相同的传送速率。
• 采用统一的编码方法确定了一个字符二进制表示值的位发 送顺序和位串长度，当然还包括统一的逻辑电平规定，即 电平信号高低与逻辑1和逻辑0的固定对应关系。
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同步通信
• 同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字符方式， 然后是连续的数据块。同步字符可以由用户约定，也可采 用ASCII码中规定的SYNC代码，即16H。按同步方式通 信时，先发送同步字符，接收方检测到同步字符后，即准 备接收数据。
• 在同步传送时，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的 同步。为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外， 还要同时传送时钟信号。
• 在方式2或方式3中，根据发送数据的需要由软件置位或复 位。
• 在许多通信协议中可用作奇偶校验位，也可在多机通信中作 为发送地址帧或数据帧的标志位。对于后者，TB8＝1，说 明该帧数据为地址；TB8＝0，说明该帧数据为数据字节。
• 起始位（0）信号只占一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始 到达。线路上在不传送字符时应保持为1。接收端不断检测线路的状态， 若连续为1以后又测到一个0，就知道发来一个新字符，应马上准备接 收。字符的起始位还被用作同步接收端的时钟，以保证以后的接收能 正确进行。
• 起始位后面紧接着是数据位，它可以是5位（D0-D4）、6位、7位或8 位（D0-D7）。若所传字符为ASCII码，则常取7位。
• 对于发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误，一般不 需要用双缓冲器结构来保持最大传送速率。
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串行口控制字及控制寄存器
• 89C51串行口是可编程接口，对它初始化编程只用两个控 制字分别写入特殊功能寄存器SCON（98H）和电源控制 寄存器PCON（87H）中即可。
（1）SCON（98H） • 89C51串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口
• 在计算机串行发送数据之前，计算机内部的并行数据被送 入移位寄存器并一位一位地输出，将并行数据转换成串行 数据。如图7-5所示。
• 在接收数据时，来自通信线路的串行数据被压入移位寄存 器，满8位后并行送到计算机内部。如图7-6所示。
• 在串行通信控制电路中，串--并、并--串转换逻辑被集成
在串行异步通信控制器芯片中。89C51单片机的串行口和
全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具 有完整和独立的发送和接受能力。
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5
串行通信中的数据传送方式
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6
异步通信和同步通信
• 串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信。
异步通信
• 在异步通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一 字节数据）传送的。
• 在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、 奇偶校验位和停止位。首先是一个起始位（0），然后是 5~8位数据（规定：低位在前，高位在后），接下来是奇 偶校验位（可省略），最后是停止位（1）。
• 通信方式有两种，即并行通信和串行通信。
• 通常根据信息传送的距离决定采用哪种通信方式。
例如，PC机与外部设备（如打印机等）通信时，如果距 离小于30 m，可采用并行通信方式；当距离大于30 m时， 则要采用串行通信方式。89C51单片机具有并行和串行二 种基本通信方式。
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2
并行通信
• 并行通信是指数据的各 位同时进行传送（发送 或接收）的通信方式。
行发送和接收数据。 • 它可以作UART（通用异步接收和发送器）用，也可以作
同步移位寄存器用。 • 使用串行接口可以实现89C51单片机系统之间点对点的单
机通信和89C51与系统机（如IBM-PC机等）的单机或多 机通信。
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串行口结构
• 89C51通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚 TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界进行通信。有两个 物理独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址 99H，可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不 能读出；接收缓冲器只能读出，不能写入。
的状态标志等均由特殊功能寄存器SCON控制和指示。
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串行口控制寄存器SCON
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SCON（98H）
• ①SM0和SM1（SCON.7，SCON.6）——串行口工作方 式选择位。两个选择位对应4种通信方式，如下表所示。 其中，fosc是M1 0 1 0 1
工作方式 方式0 方式1 方式2 方式3
的起始位。若停止位以后不是紧接着传送下一个字符，则使线路电平
保持为高电平（逻辑1）。
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同步通信
• 同步通信中，在数据开始传送前用同步字符来指示（常约 定1个--2个），并由时钟来实现发送端和接收端同步，即 检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据， 直到通信告一段落。
• 同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和 停止位，仅在数据块开始时用同步字符SYNC来指示。
题： 1）串←→并转换，即如何把要发送的并行数据串行化，把
接收的串行数据并行化； 2）设备同步，即发送设备与接收设备的工作节拍同步，以
确保发送数据在接收端被正确读出。
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1、串←→并转换与设备同步
1）串←→并转换
串行通信是将计算机内部的并行数据转换成串行数据，将 其通过一根通信线传送；并将接收的串行数据再转换成并 行数据送到计算机中。
• 各个从机根据收到的第9位数据（RB8中）的值来决定从机可否再接 收主机的信息。若（RB8）＝0，说明是数据帧，则使接收中断标志 位RI＝0，信息丢失；若（RB8）＝1，说明是地址帧，数据装入 SBUF并置RI＝1，中断所有从机，被寻址的目标从机清除SM2以接 收主机发来的一帧数据。其他从机仍然保持SM2＝1。
• 串行发送与接收的速率与移位时钟同步。89C51用定时器 T1作为串行通信的波特率发生器，T1溢出率经2分频（或 不分频）后又经16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。 移位脉冲的速率即是波特率。
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串行口结构
串行口内部结构示意简图
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• 从图中可看出，接收器是双缓冲结构，在前一个字节被从接收缓冲器 SBUF读出之前，第二个字节即开始被接收（串行输入至移位寄存器）， 但是，在第二个字节接收完毕而前一个字节CPU未读取时，会丢失前一个 字节。（出现溢出错误）
• 优点：传送速度快； • 缺点：数据有多少位，
就需要多少根传送线。 • 例如，右图89C51单片
机与外部设备之间的数 据传送就属于并行通信。
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3
串行通信
• 串行通信指数据是一位(bit)一位按顺序传送的通信方式。 • 优点：只需一对传输线（利用电话线就可作为传输线），
大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信； • 缺点：传送速度较低。假设并行传送N位数据所需时间为T，
• 同步传送可以提高传输速率（达56kb/s或更高），但硬件 比较复杂。
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波特率（Baud rate）
• 波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位 数，它的单位是b/s (bits per second)。
• 假设数据传送速率是120字符/s，而每个字符包含的代码位有： 1个起始位、8个数据位、1个停止位。这时，传送的波特率 为：
• 串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的。 当向SBUF发“写”命令时（执行“MOV SBUF,A”指令），即是向发送 缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送 中断标志位TI=1。
• 在满足串行口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下，置允许接收位 REN（SCON.4）=1就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到接收 SBUF中，同时使RI=1。当发读SBUF命令时（执行“MOV A,SBUF”命 令），便由接收缓冲器（SBUF）取出信息通过89C51内部总线送CPU。
第 N +1个 字 符
停起
数 据 位
校停
起
止始
验止
始
位位D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 位 位 空 闲 位 位 数 据 位
1 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 1 1 1 0 … …
(b)有空闲位
异步通信数据格式
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• 异步串行通信协议
• 奇偶校验（D8）只占一位，但在字符中也可以规定不用奇偶校验位， 则这一位可省去。也可用这一位（1/0）来确定这一帧中的字符所代表 信息的性质（地址/数据等）。
• 停止位用来表征字符的结束，它一定是高电位（逻辑1）。停止位可以
是1位、1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕，
同时，也为接收下一个字符做好准备。只要再接收到0，就是新的字符
那么串行传送的时间至少为NT，实际上总是大于NT。
接收设备
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 发送设备
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串行通信的传输方式
• 串行通信的传输方式通常有三种： ➢ 单向（或单工）方式，只允许数据向一个方向传送； ➢ 半双向（或半双工）方式，允许数据向两个方向中的任一
方向传送，但每次只能有一个站点发送； ➢ 全双向（或全双工）方式，允许同时双向传送数据，因此，
• 通信双方只有产生相同的传送速率，才能确保设备同步， 这就要求发送设备和接收设备采用相同频率的时钟。发送 设备在统一的时钟脉冲上发出数据，接收设备才能正确检 测出与时钟脉冲同步的数据信息。