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作者简介：张小波，男，硕士，讲师。研究领域为单片机应用技术和嵌入式系统应用设计
基于MCS—51单片机的串行通信技术
张小波 徐航
（江西环境工程职业学院 江西 赣州 341000）
摘要：本文主要介绍了MCS—51单片机串行口的内部结构，工作原理，及与串口通信有关的特殊功能寄存器的格式功能，最后详细阐述了串口通信技术的具体应用。
关键字：波特率、数据缓冲器SBUF、串行控制寄存器（SCON）
串行通信是CPU与外界交换信息的一种基本通信方式。通信时仅需一到两根传输线，且每次只能传送一位，适用于长距离传输，但速度较慢。MCS—51串行口是一个可编程的全双工串行通信接口，其对应的引脚为P3.0（10脚）和P3.1（11脚），分别为RXD和TXD，通过软件编程它可以作通用异步收发器用，也可以做同步移位寄存器使用，其帧格式有8位、10位和11位3种，并能设置各种波特率。MCS—51串行口有两个独立的缓冲器，即发送缓冲器和接收缓冲器，且共用一个地址99H（SBUF）。同时，MSC—51串行口可以用软件设置成4种不同的工作方式。
1．串行口的工作原理
通过对特殊功能寄存器—串行口控制寄存器中SM0、SM1两位的操作，MCS—51单片机串口通信工作方式有4种，与串行口有关的特殊功能寄存器有串行口控制寄存器SCON、电源控制寄存器PCON和定时器T1，主要确定了串口通信的工作方式和波特率的计算方法。
（1）串行口数据缓冲器SBUF
SBUF是两个在物理上相互独立的接收，发送缓冲器，可同时发送，接收数据，两个缓冲器共用一个字节地址，为99H，可字节寻址，不可位寻址，复位值为00H。可通过编程对SBUF的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作。CPU写SBUF，就是修改发送缓冲器； CPU读SBUF，就是读接收缓冲器，在硬件结构上，串行口对外有两条独立的收发信号线RXD和TXD，因此可以同时发送，接收数据，实现全双工传送。
《微机接口技术》
大作业
作业要求：
设计一外部设备监控系统，采用CPU为51系列单片机，用C51或ASM51编写软件，给出SCH原理图和软件清单（要求有功能注释），系统要求如下：
①系统带有电子时钟，2路模拟量和8路数字量的检测；
②4个按键，分别为设置、+、-、->可以可以完成相应的设置过程（包括时间设置和外部监控值的上下限设置）；
③采用I2C 8583时钟芯片（可以查相关资料）；
④8个8段LED显示（可以采用SPI总线芯片7219）以辅助完成设置，显示内容：时-分-秒； 南京航空航天大学 微机接口技术
- 1 - ⑤8个按键分别可以模拟外部8个故障点；
⑥2路电位器可以模拟外部模拟信号；
⑦EEPROM（I2C总线芯片24c256）保存最近100个外部故障数据（包含故障点和故障时间）；
⑧RS485上位机接口。
系统软件完成的功能：
①上电时电子钟方式显示当前时间；
②设置按键进入设置状态，可以重新设置新时间值和外部监控值的上下限，结果写入8583。设置完成后电子钟方式显示当前时间；
③实时监测外部8个数字故障点和模拟数字，一旦故障记录其故障数据、故障发生时间和恢复时间；
④上位机传来命令字0xaa向上位机发送所保存的外部故障数据，发送完成后清除保存数据。（自定义通讯协议）。 南京航空航天大学 微机接口技术
- 2 - 一、元器件选择
芯 片 名 称 型 号 接口类型 线数 其 它
AD转换芯片 TLC1549 SPI 3 2块
共阴极数码管显示驱动器 MAX7219 SPI 3
时钟芯片 PCF8583 I2C 2
EPROM 24WC256 I2C 2
LCD1602与MCS-51单片机的接口
液晶显示器（LCD）具有工作电压低、微功耗、显示信息量大和接口方便等优点，现在已被广泛应用于计算机和数字式仪表等领域，成为测量结果显示和人机对话的重要工具。液晶显示器按其功能可分为三类：笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果，其应用越来越广泛。本节将以RT-1602C液晶显示模块为例，介绍液晶显示器的结构和功能，讨论其与MCS-51单片机的硬件接口电路及软件编程方法。
7.1.1 LCD1602概述
LCD1602是216字符型液晶显示模块，可以显示两行，每行16个字符，采用5×7点阵显示，工作电压4.5～5.5V，工作电流2.0mA(5.0V)，其控制器采用HD44780液晶芯片（市面上字符液晶显示器的控制器绝大多数都是基于HD44780液晶芯片，它们的控制原理是完全相同的）。LCD1602可采用标准的14引脚接口或16引脚接口，多出来的2条引脚是背光源正极BLA(15脚)和背光源负极BLK(16脚)，其外观形状如图7.1所示。
(a) 正面
(b) 背面
图7.1 RT-1602C的外观
(a)图是LCD1602的正面，(b)图LCD1602的背面。标准的16引脚接口如下：
第1脚：VSS，电源地。
第2脚：VDD，+5V电源。
第3脚：VEE，液晶显示对比度调整输入端。接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高。使用时通常通过一个10K的电位器来调整对比度。
第4脚：RS，数据/命令选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。
第5脚：R/W，读/写选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时，可以写入指令或者显示地址；当RS为低电平、R/W为高电平时，可以读忙信号；当RS为高电平、R/W为低电平时，可以写入数据。
单片机的串行通信
1
2 单片机多机通信的形式较多，以下属于多机通信的形式有（ ）。
A. 星型
B. 环型
C. 串行总线型
D. 主从式多机型
3 MCS-51串行口能实现多机通信的工作方式有（ ）。
A. 方式0
B. 方式1
C. 方式2
D. 方式3
4 MCS-51串行口工作在方式0下，若将其设置成并入串出的输出口，则需要外接一片8位串行输入和并行输出的同步移位寄存器，它可以选取（ ）。
A. 74LS164
B. 74LS165
C. CD4014
D. CD4094
5 MCS-51在采用方式1串行通信时，串行口设置为10位异步通信方式，字符帧中除了8位数据位外，还可以有1位（ ）。
A. 起始位
B. 校验位
C. 应答位
D. 停止位
6 MCS-51采用11位异步通信方式的应工作在（ ）。
A. 方式0
B. 方式1
C. 方式2
D. 方式3
7 按照数据传输的方向来分，串行通信的制式有（ ）。
A. 单工
B. 多工
C. 半双工
D. 全双工 8 在多机通信中为了增加通信距离，通常可以利用的标准总线接口有（ ）。
A. RS-232
B. RS-485
C. RS-422
D. I2C
9 判断下列说法正确的有（ ）。
A. 串行口通讯的第9数据位的功能可由用户定义。
B. 发送数据的第9数据位的内容在SCON寄存器的TB8位中预先准备好的。
C. 串行通讯帧发送时，指令把TB8位的状态送入发送SBUF中。
D. 串行通讯接收到的第9位数据送SCON寄存器的RB8中保存。
10 下面有关波特率的说法正确的是（ ）。
A. 波特率是串行通信的重要指标；
B. 波特率越高，字符的实际传输速率也越高；
C. 波特率越高，信道频带越窄；
D. 波特率不同于发送时钟和接收时钟，常是时钟频率的1/16或1/64。
11 80C51有一个全双工的串行口，下列功能中该串行口能完成有（ ）。
