第6章80C51单片机的串行口

单片机原理与接口技术2020/1/301南阳师范学院第6章80C51单片机的串行口第6章80C51单片机的串行口2020/1/302计算机串行通信基础6.180C51单片机的串行口6.280C51单片机的串行口应用6.36.1计算机串行通信基础并行通信2020/1/303通信：并行通信与串行通信T0T1T2T3T4T5T6时钟D0D1D5D6D7:::10110T7接收设备发送设备选通状态0110110101101101特点：传送控制简单、速度快，但传输线较多，成本高。2020/1/304串行通信T0T1T2T3T4T5T6时钟D71T71111000D6D5D4D3D2D1D0数据线发送设备接收设备D7D6D5D4D3D2D1D001D0D1D2(1)01101101TXDRXD特点：传送控制复杂、速度慢，传输线少，成本低异步通信与同步通信2020/1/305收、发设备时钟独立，以字符(帧)为单位传输6.1.1串行通信的基本概念11100110110100100010100100101110011010以“0”作为起始以“1”作为停止各帧间隔时间任意发送设备接收设备TXDRXD异步通信异步通信帧格式2020/1/306停止位数据位校验位起始位D0D7空闲下一字符起始位空闲一个字符帧起始位（１位）；数据位（８位）；奇偶校验位（１位，可无校验位）；停止位（１位）。特点易于实现效率不高同步通信（发、收时钟直接连接，效率高。板内元件间的SPI接口）串行通信的传输方向2020/1/307单工接收发送半双工时间1时间2发送接收发送接收全双工发送接收发送接收80C51有1个全双工串行口信号的调制与解调2020/1/308DCEDTE电话网DCEDTERS-232CRS-232CDTE：数据终端设备DCE：数据通信设备调制解调器调制解调串行通信的错误校验2020/1/309奇偶校验发送字符时，数据位尾随1位奇偶校验位（1或0）。奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。2020/1/3010代码和校验发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生的校验和字节附加到数据块的末尾。接收方在接收数据时要对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得的结果与收到的“校验和”进行比较，相符则无差错，否则就认为传送过程出现了差错。传输速率与传输距离2020/1/3011传输速率比特率：每秒钟传送的信息量。单位：位／秒（bps）波特率：每秒钟传送码元数目，单位：波特（Baud）基带传输（每个码元带有“1”或“0”这1bit信息，传码率与传信率相同），波特率和比特率是相同的。常用波特率为：2400、4800、9600、14.4K、19.2K等传输距离与传输速率的关系传输距离随波特率的增加而减小。机械特性2020/1/30126.1.2串行通信接口标准RS-232C定义的是DTE与DCE间的接口标准。96512514131DB-25（阳头）连接器DB-9（阳头）连接器阳头通常用于计算机侧，阴头用于连接线侧功能特性2020/1/3013插针序号信号名称功能信号方向1PGND保护接地2（3）TXD发送数据（串行输出）DTE→DCE3（2）RXD接收数据（串行输入）DTE←DCE4（7）RTS请求发送DTE→DCE5（8）CTS允许发送DTE←DCE6（6）DSRDCE就绪（数据建立就绪）DTE←DCE7（5）SGND信号接地8（1）DCD载波检测DTE←DCE20（4）DTRDTE就绪（数据终端准备就绪）DTE→DCE22（9）RI振铃指示DTE←DCE电气特性2020/1/3014RS-232C采用负逻辑电平，规定（-3～-25V）为逻辑“1”，（+3～+25V）为逻辑“0”。-3V～+3V是未定义的过渡区。试比较：+25+3-3-25Vt010101+520.80Vt101010RS232电平TTL电平电平转换电路（如MAX232）。过程特性2020/1/3015远程通信，需要调制解调器计算机MODEMMODEMTXDRXDRTSTXDRTSDSR电话线DSRRXD计算机2020/1/3016近程通信，不需要调制解调器计算机乙计算机甲TXDTXDRXDRXD计算机乙计算机甲TXDTXDRXDRXD4562045620无联络线方式联络线短接（伪连接）方式RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路2020/1/3017早期常用MC1488、MC1489近期常用MAXM232：片内带有自升压电路仅需+5V电源内含2个发送器，2个接收器2020/1/3018采用RS-232C接口存在的问题2020/1/3019传输距离短、速率低通常不超过15米，速率20Kbps有电平偏移RS-232收发共地，地电流会使电平偏移出现逻辑错误。抗干扰能力差RS-232常用单端输入，易混入干扰。（故用大摆幅）新标准RS-485改善了传输特性，应用广泛！2020/1/30206.280C51单片机的串行口6.2.180C51串行口的结构1个全双工串口：通信或接口扩展≥1SBUF发送控制器接收控制器移位寄存器控制门TIRITXDRXD去中断逻辑SMOD01TH1TL1÷2÷16SBUFT1溢出率写SBUF读SBUF99H99H接收发送缓冲器逻辑同名、物理分开；接收双缓冲。MCS-5l单片机有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF(属于特殊功能寄存器)：一个用作发送；一个用作接收。发送缓冲器只能写入不能读出，写入的数据存储在SBUF发送缓冲器，用于串行发送；接收缓冲器只能读出不能写入，接收缓冲器只能读出不能写入。两者共用一个字节地址(99H)。通过对SBUF的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线RXD(P3.0)、TXD(P3.1)来实现的。因此可以同时发送、接收数据，实现全双工。在发送时，CPU由一条写发送缓冲器的指令把数据(字符)写入串行口的发送缓冲器SBUF(发)中，然后从TXD端一位位地向外发送。与此同时，接收端RXD也可一位位的接收数据，直到收到一个完整的字符数据后通知CPU，再用一条指令把接收缓冲器SBUF(收)的内容读入累加器。可见，在整个串行收发过程中，CPU的操作时间很短，使得CPU还可以从事其它的各种操作(指工作在中断方式下)，从而大大提高了CPU的效率。SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)SM0、SMl：串行口工作方式选择位SM0SM1工作方式功能说明001101010123同步移位寄存器输入/输出，波特率为fOSC/128位UART，波特率可变（TI溢出率/n，n=16或32）9位UART，波特率为fosc/n，n=32或64）9位UART，波特率可变（TI溢出率/n，n=16或32）6.2.280C51串行口的控制寄存器串行口控制寄存器SCON位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)SM2：多机通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3处于接收方式时若SM2=1，表示置多机通信功能。若SM2=0，不论接收到的第9位RB8是0还是l，TI、RI都以正常方式被激活，接收到的数据装入SBUF。在方式1，若SM2=1，则只有收到有效的停止位后，RI=1。在方式0中，SM2=0。SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)REN：允许串行接收控制位。REN=l时，允许接收；REN=0时，禁止接收。SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)TB8：发送数据的第9位。在方式2和方式3中，TB8是第9位发送数据，可做奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定发送地址帧时，TB8为1，发送数据帧时，TB8为0。TB8由软件置位或复位；SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)RB8：接收数据的第9位。在方式2和方式3中，接收第9位数据。在方式1下，若SM2=0，则RB8用于存放接收到的停止位方式；方式0下，不使用RB8；SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)TI：发送中断标志位，用于指示一帧数据发送完否。当TI=l时，向CPU申请串行中断，响应中断后，必须由软件清除TI。就是说：TI在发送前必须由软件复位，发送完一帧后由硬件置位。因此，CPU查询TI状态便可知一帧信息是否已发送完毕。SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）位76543210功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON(98H)RI：接收中断标志位。用于指示一帧信息是否接收完。在方式1中，接收到第8位数据时由硬件置位；在其它方式中在接收停止位的中间点由硬件置位。接收完一帧数据RI=l，向CPU申请中断，供CPU查询。RI由软件复位。SCON寄存器用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H。它可以位寻址。在复位时所有位被清零。SCON的格式如下所示：SCON（98H）PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，没有位寻址功能。字节地址为87H。在HMOS的8051单片机中，PCON只有最高位被定义，其它位都是虚设的。位76543210功能SMODSSSSSSSSGF11GF00PPDDIDLLPCON的最高位SMOD为串行口波特率的倍增位。在方式1、2和3时，串行通信的波特率与SMOD有关。当SMOD=l时，通信波特率加倍，当SMOD=0时，波特率不变。其它各位为掉电方式控制位。电源控制寄存器PCON2020/1/30316.2.380C51串行口的工作方式方式0：同步移位寄存器，用于扩展并行口RXD：输入或输出引脚TXD：移位脉冲输出接收和方式都是8位波特率固定为：fosc/122020/1/3032D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUFRXD（数据）TXD（移位脉冲）TI（中断标志）TCY数据输出：74LS164RXDTXDP1.080C51CRCPABGNDCLR用于对74LS164清02020/1/3033数据输入：REN=1RXD（数据输入）TXD（移位脉冲）RI=0D0D1D2D3D4D5D6D774LS165RXDTXDP1.080C51S/LCPQGNDINHS/L负脉冲将并行数据装入，高电平时启动单片机进行数据输入。2020/1/3034方式1：10位帧，用于双机通信停止位数据位8位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共10位起始位：1位数据位：8位停止