华中科技大学微机原理第9九章串行通信

§9.2 MCS-51的串行口
§9.2.1串行口的组成
串口控制/状态寄存器SCON
控制位
设定串行口的工作方式
状态位
查询串行口的工作状态
定时/计数器T1
串行口的波特率发生器，由可控分频电路决定 数据传送的波特率。
数据缓冲器SBUF
发送
写SBUF
接收
读SBUF
串行口的发送和接收是以SBUF的名义进行读或写， 它们共用一个地址99H。
第九章串行通信及其接口
了解串行通信原理 了解MCS51串行通信方式 了解MCS51串行通信的使用
§9.1概述 §9.1.1串行通信的基本概念
一、并行通信和串行通信
P1.0
并行通信：
P1.1

定义：数据各位同时传送
P1.2

特点：速度快、效率高、数据线较多， P1.3
成本高，适用于通信距离较短。
去掉起始位、停止位 转换成并行数据接收数据缓冲器CPU
读取。
控制器
接收CPU编程命令，按指定方式控制串 行口。
主要控制
传送波特率、数据格式等 状态信号、中断信号等
发送过程
并串
串口逻辑部件框图
接收过程
并串
§9.1概述 §9.1.1串行通信的基本概念
四、波特率
波特率：数据传送速率，即每秒钟传送二进制代码的位数。 单位：位/秒(bit/s)或波特。
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.2串行口的工作方式
工作方式2 特点： 9位异步通信 数据结构11位：
1位起始位+8位数据位+1位附加位+1位停止位
1.方式2发送 ：附加位（TB8）由软件控制，发送完 毕置位TI 2.方式2接收 ：接收条件RI=0、 SM2=0；SM2=1时, 则需接收到的第9位为1 ；接收完毕置位RI 波特率： 2SMOD/64 X focs
SMOD：波特率倍增位
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.1串行口的组成
串行口的工作方式：由SM0、SM1定义
UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步 收发器
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.2串行口的工作方式
工作方式0 特点：移位寄存器方式 由RXD输入或输出数据（8位） 由TXD输出同步位移脉冲 主要用于扩展I/O口。
SM0、SM1：工作方式控制位 SM2：方式2、3多机通信控制位； REN：允许接收控制位； TB8：方式2、3中要发送的第9位 RB8：方式2、3中接收到的第9位
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.1串行口的组成
二、特殊功能寄存器PCON(POWER CONTRAL REGISTER) 位地址87H
发送：执行写命令MOV SBUF，A指令，发送完后使 中断标志TI置“1”。
接收：当RI=0时，置“1”允许接收位时，即启动接收， 并使RI=1。执行读命令MOV A，SBUF时，即可从接 收SBUF取出信息并由内部总线送CPU。
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.1串行口的组成
一、控制状态寄存器SCON，位地址98H
定时/计数器 T1
C/T
方式
初值
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
2
FFH
0
2
FDH
0
2
FDH
0
2
FAH
0
2
F4H
0
2
E8H
0
2
1DH
Байду номын сангаас
0
2
72H
0
1
FEEBH
波特率计算的注意事项
波特率的相对误差不大于2.5% 注意SMOD位对波特率的影响
例如：通讯波特率设为2400，晶振频率为6MHz，计算 T1的计时常数。
MOV R7, #10H ;数据长度
WAIT: JBC RI, NEXT ;查询RI标志，等待串行口接收结束
SJMP WAIT
IE
EA
位地址 AF
ES ET1 EX1 ET0 EX0
AC AB AA A9 A8 00000000 00100000
§9.2 MCS-51的串行口 例
ORG 0000H ;复位入口
AJMP MAIN ORG 0023H ;串行口中断入口
AJMP L1 ORG 0100H ;主程序入口
MAIN: MOV SCON, #0D0H ;串行口方式3允许接收，RI=0
各自的发送和接收程序可以不同
设定波特率
设定串行口的工作方式
设计中断服务程序或查询程序
注意对TI、RI的处理(硬件置位、软件清零)
RXD TXD
2#机
GND
§9.2 MCS-51的串行口 例
要求 待发送的16个字节存放在片内RAM中，地址为50H~5FH 串行口波特率为2400波特率发生器，T1工作于方式2；晶振为 11.0592MHz；串行口工作于方式3，第9位发送奇偶校验位，中断方 式管理。 计算得到TL1的初值为F4H。
T1用于产生波特率时，通常工作于定时模式2，为8位自动重装定时器，且禁止 T1中断。
溢出周期=（256-N）X 12/ focs； 溢出率 =1/溢出周期
T1溢出率=
12

fosc (28
TH1)
§9.2 MCS-51的串行口
§9.2.3波特率的设定
T1产生的常用波特率
串口方式
0 2
1(3)
(2)起始位之后，可以确定是数据位 (3)将接收到的数据按事先约定好的格式，去掉停止位， 进行奇偶校验并无错误，则确认接收到一个字符。 (4)下一个字符起始位的检测,回到(1) (5)所有数据传送完毕
§9.1概述 §9.1.1串行通信的基本概念
2.同步通信
同步——发送设备时钟与接收
设备时钟严格一致。
;允许串行口中断
MOV R0, #50H ;设数据指针
MOV R7, #10H ;数据长度
MOV A, @R0
;取一个字符
MOV C, P
;加奇偶校验
MOV TB8, C
MOV SBUF, A
;发送一个字符
SJMP $
;CPU原地循环，等待发送结束
§9.2 MCS-51的串行口 例
L1: CLR TI ;中断服务程序，发送结束标志位清0
发
接
所有字符以帧的形式传送
送
收
接收端通过搜索开始和结束标 志建立帧的同步。
设 备
设 备
标志之间为地址场、控制场、 信息场和帧校验场。
三、串行通信数据传送方向
单向传送： 简称单工传送，数据只向一个方向传送
半双向传送： 简称半双工传送 特点： 数据双向传送 传送线只有一根，既作输入 又作输出，但不能同时收发 软件控制传送方向
如果数据数据传送速率位200字符/ 秒，每个字符包含 10个代码位，则传送的波特率是 200字符/秒×10位/字符=2000波特=2000bps
§9.1概述 §9.1.2串行通信的接口标准
最常用的通信接口：RS-232、RS-485等
RS-232C的接口信号特点 RS-485的接口信号特点
1.信号线的电压均为负逻辑 1.以两线间的电压差正向逻辑
§9.2 MCS-51的串行口 例
要求 接收到的16个字节存放在片内RAM中，地址为50H~5FH 串行口波特率为2400波特率发生器，T1工作于方式2；晶振为 11.0592MHz；串行口工作于方式3，奇偶校验方式判断接收数据是 否出错。查询方式管理。 计算得到TL1的初值为F4H。
11010000
1）起始位：一个字符开始的标志，是一位低电平 2）数据位：低位在前高位在后，5~8位。 3）奇偶效验位：用于检查字符传送的正确性，占一位。 分为奇校验、偶校验和无校验三种。 4）停止位：一个字符结束的标志，是一位或两位高电平
§9.1概述 §9.1.1串行通信的基本概念
数据传送过程
(1)接收设备不断检测传送线，确定是否有起始位到来。 在一系列的“1”（停止位和空闲位）之后检测到一个下降沿， 并确定该低电平有一位数据的宽度，既确认是一个起始位。
波特率/ (b/s)
1M 375k 187.5k 62.5k 19.2k 9.6k 4.8k 2.4k 1.2k 137.5k 110 110
fosc/ (MHz)
12 12 12 12 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 6 12
SMOD
X 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
串行通信：
单片机

定义：数据按位顺序传送
RXD

特点：线路简单，最多一对传输线
传送时数据格式有要求
信息逻辑定义与TTL电平不兼容， TXD 需要进行电平转换。
0 11 10 010 11
1010
1000
外设1 外设2
§9.1概述 §9.1.1串行通信的基本概念
二、异步通信和同步通信
1.异步通信：一个字符一个字符地传送。 数据格式：
11000000
IE
EA
位地址 AF
ES ET1 EX1 ET0 EX0
AC AB AA A9 A8 10010000 00100000
§9.2 MCS-51的串行口 例
MAIN: LOOP:
ORG 0000H
;复位入口
AJMP MAIN ORG 0023H
;串行口中断入口
AJMP L1
ORG 0100H
;主程序入口
MOV SCON, #0C0H;串行口初始化，用方式3发送，TI=0
MOV PCON, #00H ;SMOD=0
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
SETB EA
SETB ES
1.方式0发送 ：发送完毕置位TI 2.方式0接收 ：接收条件REN=1、RI=0；接收完毕 置位RI 波特率：focs/12
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.2串行口的工作方式
工作方式1 特点：波特率可变的8位异步通信； 数据结构10位： 1位起始位+8位数据位+1位停止位
1.方式1发送 ：发送完毕置位TI 2.方式1接收 ：接收条件RI=0、SM2=0；接收完毕 置位RI 波特率：2SMOD/32 X T1溢出率
MOV PCON, #00H ;SMOD=0
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
LCALL AAAA
SJMP $
§9.2 MCS-51的串行口 例
AAAA: MOV R0, #50H ;设数据指针
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.2串行口的工作方式
工作方式3 同工作方式2
波特率：2SMOD/32 X T1溢出率
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.3波特率的设定
波特率的设定：
方式0： 1/12 focs 方式2： 2SMOD/64 focs 方式1、3：
2SMOD/32T1溢出率
波特率为20Kbps。
5.最大传输距离：50米
§9.1概述 §9.1.2串行通信的接口标准
RS-232C的接口信号
§9.2 MCS-51的串行口 §9.2.1串行口的组成
MCS-51串行口特点
全双工串行口 4种工作方式 可编程（软件设定波特率） 两个独立的接收、发送数据缓冲器SBUF 控制寄存器SCON和PCON
关系；
判别，1:+(2~6),0：- (2~6);
2.接口的信号电平与TTL 电 2. 接口的信号电平与TTL 电平
平不兼容，需电平转换； 兼容，电平值低；
3.接口的信号电平值较高， 3.最高传输速率为10Mbps ；
易损坏接口电路的芯片； 4.抗噪声干扰性好；
4.传输速率：在异步传输时， 5.最大传输距离：3000米
当SMOD=0时，计时常数约为249，相对误差7%。 当SMOD=1时，计时常数约为243，相对误差0.16%。
§9.2 MCS-51的串行口 例
物理连线
收/发交叉
RXD
地线相连
TXD
波特率
双机一致
1#机
工作方式
双机一致
编程
GND
分别设计中断服务程序或查询程序
全双向传送： 简称全双工传送 特点： 数据双向传送 两根数据传送线，通信双 方可同时进行接收和发送。
单工方式
半双工方式 全双工方式
串行口的基本结构
发送器
来自CPU的并行数据发送移位寄存器
转换成串行行数据逐位发送 自动添加起始位、停止位和奇偶校验位
接收器
接收移位寄存器将接收到的串行数据
DJNZ R7, NEXT ;发送完全部字符?
CLR ES
;已发送完，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 ;再次发送一个字符
TEND: RETI
;中断返回主程序