单片机原理及应用(C语言版)7.

单片机原理及应用（C语言版）第7章MCS-51单片机串行口第7章MCS-51单片机串行口目录7.1串行通信基本知识7.2串行口结构及控制7.3串行口工作方式7.4串行口应用举例7.5单片机与PC机通信接口电路本章要点本章主要讲述MCS-51单片机串行口的结构、工作原理以及应用。主要内容包括串行通信基本知识、MCS-51单片机串行口结构、串行口工作方式以及单片机与PC机通信的接口电路。7.1串行通信基本知识主要内容7.1.1数据通信7.1.2异步通信和同步通信7.1.3波特率7.1.4通信方向7.1.5串行通信接口种类7.1.1数据通信计算机与外界的信息交换称为通信。基本的通信方式有并行通信和串行通信两种。1．并行通信单位信息（通常指一个字节）的各位数据同时传送的通信方法称为并行通信。2．串行通信单位信息的各位数据被分时一位一位依次顺序传送的通信方式称为串行通信。P1.0P1.1P1.2P1.389C52P1.4P1.5P1.6P1.7GNDD0D1D2D3D4D5D6D7GND外部设备7.1.1数据通信图7-1并行通信示意图两种通信特点：并行通信连线多，速度快，适合近距离通信；串行通信连线少，速度慢，适合远距离通信。图7-1并行通信示意图图7-2串行通信示意图RXDTXD89C52GNDTXDRXDGND外部设备1．异步通信（时钟不同，甚至频率不同）异步通信中，传送的数据可以是一个字符代码或一个字节数据，数据以帧的形式一帧一帧传送。7.1.2异步通信和同步通信图7-3异步通信的一帧数据格式…10/10/10/100/10/10/10/10/10/118位数据第n帧00/1..空闲位或停止位起始位停止位校验位空闲位起始位2．同步通信（用同一个时钟）在同步通信中，每一数据块发送开始时，先发送一个或两个同步字符，使发送与接收取得同步，然后再顺序发送数据。数据块的各个字符间取消起始位和停止位，所以通信速度得以提高。7.1.2异步通信和同步通信数据数据…同步字符1同步字符2数据流图7-4同步通信数据帧格式7.1.3波特率在串行通信中，对数据传送速度有一定要求。波特率表示每秒传送的位数，单位为b/s（记作波特）。例如：数据传送速率为每秒钟10个字符，若每个字符的一帧为11位，则传送波持率为：11b/字符×10字符/s＝110b/s异步通信的传送速率一般在50~19200b/s之间。7.1.4通信方向单工方式：一对传输线只允许单方向传送数据；半双工方式：一对传输线允许向两个方向中的任一方向传送数据，但不能同时进行；全双工方式：用两对传输线连接在发送器和接收器上，发送和接收能同时进行。7.1.4通信方向图7-5串行通信传输方式发送器发送器数据流（b）半双工方式接收器接收器接收器发送器发送器发送器数据流（a）单工方式（c）全双工方式接收器接收器7.1.5串行通信接口种类根据串行通信格式及约定（如同步方式、通信速率、数据块格式等）不同，形成了许多串行通信接口标准，如常见的：UART（通用异步串行通信接口）USB（通用串行总线接口）I2C（集成电路间的串行总线）SPI（同步串行外设总线）485总线、CAN总线接口等7.2串行口结构及控制主要内容7.2.1MCS-51串行口结构7.2.2特殊功能寄存器7.2.3波特率设计7.2.1MCS-51串行口结构图7-6串行口方式1、3内部结构示意简图分为三个部分：时钟、发送部分、接收部分÷16发送SBUF(99H)÷16输入移位寄存器TXD写SBUF:发送(程序)读SBUF:接收(程序)RITI移位时钟RXD装载SBUF(自动)÷12TH1TL1fosc÷2SMOD=1SMOD=0T1溢出率接收SBUF(99H)(P3.0)(P3.1)÷2TH2TL2foscT2溢出率7.2.2与串行口有关的特殊功能寄存器1．控制状态寄存器SCON功能：设置串行口的工作方式和标识串行口状态。字节地址：98H，可位寻址。复位值：00000000B。格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0和SM1（SCON.7、SCON.6）：串行口工作方式选择位。7.2.2与串行口有关的特殊功能寄存器SM0SM1工作方式功能说明波特率00方式0同步移位寄存器fosc/1201方式110位异步通信可变，T1或T2提供10方式211位UART、可多机fosc/64或fosc/3211方式311位UART、可多机可变，T1或T2提供SM2（SCON.5）：多机通信控制位，在方式2或3中使用。REN（SCON.4）：允许接收控制位。设置1，允许接收；清0：禁止接收。TB8（SCON.3）：发送数据的第9位。RB8（SCON.2）：接收数据的第9位。TI（SCON.1）：发送中断标志。RI（SCON.0）：接收中断标志。7.2.2与串行口有关的特殊功能寄存器关于TI和RI：串行发送中断标志TI和接收中断RI是同一个中断源，CPU不知道是发送中断标志TI还是接收中断标志RI产生的中断请求，所以，在全双工通信时，必须由软件来判别。多机通信实现的原理：各个从机的SM2设置为1；主机TB8发送1表明是地址，选择接收机；主机TB8发送0为数据。（1）实现的条件：各个从机的SM2设置为1。当SM2=1时：RB8=1，则保留接收到的数据；RB8=0则丢弃。（2）实现的方法①主机先发送从机地址，并且TB8为1。这时各个从机均可接收此地址，目标从机，则对自己的SM2清0；其它从机保留SM2=1。②主机再发送数据，并且TB8为0这时目标从机正常接收数据，其它从机均丢弃。7.2.2与串行口有关的特殊功能寄存器地址2．电源控制寄存器PCON电源控制寄存器PCON(地址为87H)中只有SMOD位与串行口工作有关。D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD---------GF1GF0PDIDL7.2.2与串行口有关的特殊功能寄存器SMOD（PCON.7）：波特率倍增位。串行口工作于方式1、方式2和方式3时，SMOD＝1，串行口波特率加倍。复位值：00000000B。不能进行位寻址。7.2.3波特率设计方式0和方式2的波特率是固定的，方式1和方式3的波特率是由定时器T1的溢出率来决定的。在增强型单片机中，也可以使用T2作波特率发生器。1．方式0的波特率方式0为同步移位寄存器方式。固定为振荡频率的1/12。并不受PCON寄存器中SMOD位的影响。方式0的波特率=fosc/122．方式2的波特率方式2是波特率只有两种（fosc/64或fosc/32）、11位的异步通信，可多机通信。时钟：接收与发送的时钟直接来自振荡频率fosc，是fosc/2，并且还与PCON中SMOD位有关。其波特率为：当SMOD=0时，波特率为fosc的1/64；若SMOD=1，则波特率为fosc的1/32。即方式2的波特率=2SMOD×fosc/647.2.3波特率设计3．方式1和方式3的波特率（1）T1作波特率发生器在最典型应用中，定时器T1选用模式2定时，此时n=8，设定时器的初值为X：于是，X=256-322SMOD12fosc322SMOD波特率SMODfosc×+×3841）（方式1、3的波特率=×（T1溢出速率）即波特率=××/（2n-初值）7.2.3波特率设计（2）T2作波特率发生器设寄存器T2CON的位TCLK=1和（或）RCLK=1时，允许串行口从T2获得发送和（或）接收的波特率。串行口方式1、3的波特率=T2溢出率/16定时器2作波特率发生器时，计数在每个状态周期递增。这样：方式1、3的波特率fb=∴(RCAP2H、RCAP2L)=65536-fosc/fb/32控制字、模式字：T2CON=00110100B=34HT2MOD=00HRCAP2L))RCAP2H,(-6553632（振荡频率×7.2.3波特率设计主要内容7.3.1串行口方式07.3.2串行口方式17.3.3串行口方式2和方式37.3串行口工作方式7.3.1串行口方式0方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展I/O口。RXD为数据输入或输出，TXD输出移位时钟，作为外接部件的同步信号。方式0下，收/发的仅8位数据，无起始位、奇偶校验位及停止位，低位在前、高位在后；波特率是固定的，为fosc/12，即机器周期频率。启动发送：TI=0、写SBUF启动接收：RI=0、REN置17.3.1串行口方式0方式方式0发送方式0接收7.3.1串行口方式011621531441351261171089SH/LDCLKE并F入GH串出QGND74LS165VCC时钟禁止DC并B入A串入QH串出并入/串出11621531441351261171089Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7GND74Hc595串入/并出串入Q0DSOEST_CPSH_CPMRQ7’7.3.1串行口方式0串A入BQAQBQCQDGNDVCCQHQGQFQECLRCLK114213312411510697874LS16411621531441351261171089Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7GND74Hc595VCCQ0DSOEST_CPSH_CPMRQ7’并出串入/并出串入/并出串入89C52P3.0P3.1P1.0Q0Q7AB74HC164CLKGNDCLRRXDTXD+5V13121110654314128989C52P3.0P3.1P1.0P1.1ABCDEFGHQH74HC165CLKGNDSHIFT时钟禁止RXDTXD+5V13121114654316921581用串行口方式0扩展并行输出/输入口7.3.1串行口方式0发送电路接收电路7SH/LD扩展并行输出扩展并行输入7.3.2串行口方式1方式1真正用于串行发送或接收。TXD与RXD分别用于发送、接收数据。帧格式：1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位停止位，共10位。在接收时，停止位进入SCON的RB8此方式的波特率可调，由T1或T2控制。SCON=01010000b=0x501、方式1发送TI=0、写SBUF启动发送7.3.1串行口方式0方式方式1接收方式1发送7.3.2串行口方式12、方式1接收1）接收条件：SCON中的REN置12）接收过程：REN置1后，串行口对接收引脚RXD检测，当RXD由高变低时开始移位接收；接收完后将停止位装入RB8中。3）接收的数据有效的条件(两条)：a、RI=0；b、SM2=0，或者SM2=1并且RB8=1满足以上2条，则将8位数据装入SBUF，且RI置1。有以下情况之一则数据无效：a）RI=1；b）SM2=1并且RB8=0注意：除了方式2、3的多机通信之外，SM2应清07.3.3串行口方式2和方式3串行口工作在方式2和方式3均为每帧11位异步通信格式，由TXD和RXD发送与接收。方式2和3的操作是完全一样的，不同的只是特波率。每帧11位：即1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位可编程的第9数据位和1位停止位。发送时，第9数据位（TB8）可以设置为1或0，在校验时可将奇偶位装入TB8；接收时，第9数据位进入SCON的RB8。SCON=10010000b=0x90方式2接收SCON=11010000b=0xD0方式3接收7.4串行口应用举例主要内容7.4.1同步方式应用7.4.2异步方式应用7.4.1同步方式应用MSC-51单片机的串行口在方式0时，以同步方式操作。外接串入/并出或并入/串出器件，可实现I/O口的扩展。例7-2用89C52串行口外接74HC595串入/并出移位寄存器扩展8位并行输出口，8位并行输出口的每位都接一个发光二极管，要求8位发光二极管循环点亮。数据的输出通过RXD发送，移位时钟通过TXD送出，74HC595用于串/并转换。7.4.1同步方式应用图7-13方式0扩展输出电路89C52RXDTXDP3.6DSOE74HC595SH_CPMRQ7’ST_CP级联输出输出清0C语言程序清单：#includereg52.h#includeintrins.hsbitP3_6