9. MCS51的串行口

CompanyLOGOCompanyLOGO第7章MCS-51的串行口课程任务单片机串口通信入门单片机原理与应用2明确几个概念并行传输和串行传输单工、半双工和全双工通信比特率和波特率单片机原理与应用@bykeane3全双工的异步通讯串行口（UniversalAsynchronousReceiver-Transmitter）(UART)4种工作方式,波特率由片内定时器/计数器控制。使用串口中断：每发送或接收一帧数据，均可发出中断请求。应用：串口通信、单片机并行IO扩展单片机原理与应用@bykeane474LS164和74LS165单片机原理与应用@bykeane5单片机原理与应用@bykeane6并行数据转串行数据单片机原理与应用@bykeane7一、串行口的结构两个物理上独立地接收和发送缓冲器，可同时收、发数据。两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址：SBUF（99H）。单片机原理与应用@bykeane81.串行口控制寄存器SCON（SerialPortControlRegister）字节地址98H，可位寻址。控制寄存器共两个：特殊功能寄存器SCON和PCON。（1）SM0、SM1——设定串行端口的模式SM0SM1方式功能说明000同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口）0118位异步收发，波特率可变（由定时器控制）1029位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/321139位异步收发，波特率可变（由定时器控制）（2）SM2——多机通信控制位mode0时，SM2=0。mode1时，若SM2=1，且收到有效的停止位，则RI=1（产生RI中断），否则RI=0。mode2和3，SM2=1，且收到第9位为1，则RI=1（产生RI中断），若第9位为0，则RI=0。SM2=0时，都置RI。（3）REN——允许串行接收位由软件置“1”或清“0”。REN=1允许串行口接收数据。REN=0禁止串行口接收数据。（4）TB8——发送的第9位数据方式2和3时，TB8是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验位使用，也可作为地址帧或数据帧的标志。=1为地址帧,=0为数据帧，可由软件设定与清除。（5）RB8——接收到的第9位数据方式2和3时，RB8存放接收到的第9位数据。方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。方式0，不使用RB8。（6）TI——发送中断标志位方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”，其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置“1”。TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。CPU响应中断后,向SBUF写入要发送的下一帧数据。TI必须由软件清0。（7）RI——接收中断标志位方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。其它工作方式，串行接收到停止位时，该位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断,CPU从接收SBUF取走数据。该位状态也可软件查询。RI必须由软件清“0”。单片机原理与应用@bykeane122.特殊功能寄存器PCON字节地址为87H，没有位寻址功能。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。二、串行口的4种工作方式1.方式0同步移位寄存器输入/输出方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口。8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。波特率固定为fosc/12。（1）方式0发送当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，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。单片机原理与应用@bykeane16（2）方式0接收REN=1，接收数据，REN=0，禁止接收。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，接收器也以fosc/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当收到8位数据时置“1”RI。表示一帧数据接收完单片机原理与应用@bykeane18方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中断。TI或RI须由用户软件清“0”，可用如下指令：CLRTI；TI位清“0”CLRRI；RI位清“0”方式0时，SM2位必须为0。2.方式1：SM0、SM1=01方式1一帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停止位（1），先发送或接收最低位。方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率SMOD为PCON寄存器的最高位的值（0或1）。方式1发送方式1接收：RXD（P3.0）检测到起始位的负跳变时，开始接收数据。单片机原理与应用@bykeane223.方式29位异步通信接口。每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位（先低位），1位可程控的第9位数据和1位停止位。方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc方式2发送发送前，先根据通讯协议由软件设置TB8（例如，双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位）。方式2发送数据波形如图所示。例方式2发送在双机通讯中的应用。下面的发送中断服务程序，是在双机通讯中，以TB8作为奇偶校验位，处理方法为数据写入SBUF之前，先将数据的奇偶校验位写入TB8，以保证采用偶校验发送。PIPTI：PUSHPSW；现场保护PUSHAccSETBRS1；选择第2组工作寄存器区CLRRS0CLRTI；发送中断标志清“0”MOVA，@R0；取数据MOVC,P；校验位送TB8,采用偶校验MOVTB8,CMOVSBUF,A；启动发送INCR0；数据指针加1POPAcc；恢复现场POPPSWRETI；中断返回方式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。单片机原理与应用@bykeane27例：方式2接收在双机通讯中的应用。本例与上例相对应。若第9位数据为校验位，在接收程序中作偶校验处理，设1组寄存器区的R0为数据缓冲器指针。PIRI:PUSHPSWPUSHAccSETBRS0；选择1组寄存器区CLRRS1CLRRIMOVA,SBUF；收到数据送AMOVC,PJNCL1；C＝0。跳L1JNBRB8,ERP；ERP为出错处理程序AJMPL2L1:JBRB8,ERP；RB8＝1，跳ERPL2:MOV@R0,AINCR0POPAccPOPPSWERP:………；出错处理程序段………RETI4.方式3SM0、SM1=11，串口为方式3。波特率可变的9位异步通讯方式，除波特率外，方式3和方式2相同。方式3波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率单片机原理与应用@bykeane31单片机原理与应用@bykeane32三、多机通讯要保证主机与所选择的从机实现可靠地通讯，必须保证串口具有识别功能。SCON中的SM2位就是满足这一条件而设置的多机通讯控制位。原理：在串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2=1，表示置多机通讯功能位，这时有两种可能：（1）接收到的第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并置中断标志RI=1向CPU发出中断请求；（2）接收到的第9位数据为0时，则不产生中断标志，信息将抛弃。若SM2=0，则接收的第9位数据不论是0还是1，都产生RI=1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。应用上述特性，便可实现MCS-51的多机通讯。设多机系统中有一主机和3个8031从机，如下图。主机的RXD与从机的TXD相连，主机TXD与从机的RXD端相连。从机地址分别为00H、01H、02H。多机通讯工作过程：（1）从机串行口编程为方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使从机只处于多机通讯且接收地址帧的状态。（2）主机先将从机地址（即准备接收数据的从机）发给各从机,主机发出的地址信息的第9位为1，各从机接收到的第9位信息RB8为1，且由于SM2=1，则置“1”RI，各从机响应中断，执行中断程序。在中断服务子程序中，判主机送来的地址是否和本机地址相符合，相符则该从机清“0”SM2位，准备接收主机的数据或命令；若不符，则保持SM2=1状态。（3）接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到的RB8=0，只有地址相符合的从机系统（即已清“0”SM2位的从机）才能激活RI，从而进入中断，在中断程序中接收主机的数据（或命令）；其它的从机因SM2＝1，又RB8=0不激活中断标志RI，不能进入中断，接收的数据丢失。前图所示的多机系统是主从式，由主机控制多机之间的通讯，从机和从机的通讯只能经主机才能实现。四、波特率的制定方法方式0、方式2的波特率是固定的；方式1、方式3波特率由定时器T1的溢出率来确定。（1）方式0波特率＝时钟频率fosc×1/12，不受SMOD位的值的影响。若fosc=12MHz，波特率为fosc/12即1Mb/s。（2）方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc若fosc=12MHz:SMOD=0波特率=187.5kb/s；SMOD=1波特率=375kb/s单片机原理与应用@bykeane37（3）方式1或方式3时，波特率为：波特率=（2SMOD/64）×T1的溢出率实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时（自动装初值）实际使用时，为避免烦杂的初值计算，常用的波特率和初值X间的关系列成表7-2(P148)，以供查用。单片机原理与应用@bykeane38表7-2有两点需要注意：(1)时钟振荡频率为12MHz或6MHz时，表中初值X和相应的波特率之间有一定误差。例如，FDH的对应的理论值是10416波特（时钟6MHz）。与9600波特相差。(2)消除误差可以调整时钟振荡频率fosc实现。例如采用的时钟振荡频率为11.0592MHz。也可用公式：波特率=(2SMOD/32)*(OSC/12*(256-TH1))(2)如果串行通讯选用很低的波特率，例如，波特率选为55，可将定时器T1设置为方式1定时。但在这种情况下，T1溢出时，需用在中断服务程序中重新装入初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的方法加以调整。例7-3若8031单片机的时钟振荡频率为11.0592MHz，选用T1为方式2定时作为波特率发生器，波特率为2400b/s，求初值。上述结果可直接从表7-2中查到。这里时钟振荡频率选为11.0592MHz，就可使初值为整数，从而产生精确的波特率。五、串行口的编程和应用自学CompanyLOGOCompanyLOGO