1、KMU FWJ第第 9 章章 MCS-51单片机的串行接口单片机的串行接口串行通信基础串行通信基础MCS-51MCS-51单片机的串行口单片机的串行口MCS-51MCS-51串行口的应用串行口的应用单片机的多机通信单片机的多机通信1 1KMU FWJ设备设备1 1计算机计算机A ACPUCPU网络设备网络设备A A.信息交换称为通信信息交换称为通信设备设备2 2计算机计算机B BI/OI/O设备设备网络设备网络设备B B.两个或多个实体之间两个或多个实体之间的信息交换称为通信。的信息交换称为通信。在计算机中在计算机中基本的通信方式可分为并行通信与串行通信两种基本的通信方式可分为并行通信与串行通
2、信两种：并行通信是指利用多根传输线将多位数据同时进行传送和接收。并行通信是指利用多根传输线将多位数据同时进行传送和接收。串行通信是指利用一条传输线将数据一位一位地按顺序分别传输。串行通信是指利用一条传输线将数据一位一位地按顺序分别传输。并行传输并行传输串行传输串行传输9.1 串行通信基础串行通信基础2 2KMU FWJ为保证通信能顺利进行，发送方和接收方必须要共同遵守一些为保证通信能顺利进行，发送方和接收方必须要共同遵守一些基本通信规程。这些规程包括：收发双方的同步方式、传输控制基本通信规程。这些规程包括：收发双方的同步方式、传输控制步骤、差错检验方式、数据编码、数据传输速度、通信报文格式步骤
3、、差错检验方式、数据编码、数据传输速度、通信报文格式及控制字符的定义等。通信规程在计算机网络中称为协议及控制字符的定义等。通信规程在计算机网络中称为协议（Protocol）。）。在串行通通信中按串行数据的同步方式，串行通信规程有两类：在串行通通信中按串行数据的同步方式，串行通信规程有两类：同步（同步（SYNC）通信）通信：使用同步字符同步：使用同步字符同步异步（异步（ASYNC）通信）通信：利用字符的再同步：利用字符的再同步9.1.1 串行通信规程串行通信规程3 3KMU FWJ在异步通信中，数据通常是以字符（或字节）为单位组成字符帧传送的。在异步通信中，数据通常是以字符（或字节）为单位组成字
4、符帧传送的。发送端和接收端依靠字符帧格式和波特率来协调数据的发送和接收，发送端和接收端依靠字符帧格式和波特率来协调数据的发送和接收，字符帧（字符帧（Character Frame）：）：字符帧由起始位、数据位、奇偶校验位、停止位和空闲位等五部分组成。字符帧由起始位、数据位、奇偶校验位、停止位和空闲位等五部分组成。波特率波特率（band rate）:波特率的定义为每秒钟传送二进制数码的位数（也称比特数），单位通常波特率的定义为每秒钟传送二进制数码的位数（也称比特数），单位通常为为bpsbps（bit per secondbit per second），即位），即位/秒。秒。无空闲位字符帧无空闲位
5、字符帧有空闲位字符帧有空闲位字符帧1异步通信（异步通信（Asynchronous Communication）规程）规程4 4KMU FWJ2同步通信（同步通信（Synchronous Communication）规程）规程同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，以帧为传输单位，一次通同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，以帧为传输单位，一次通信只传送一帧信息。根据控制规程分为：面向字符及面向比特两种。信只传送一帧信息。根据控制规程分为：面向字符及面向比特两种。面向字符型的数据格式面向字符型的数据格式双同步双同步单同步单同步外同步外同步外同步：外同步：专用同步线路同步专用同步线路同步内同
6、步：内同步：数据帧内同步字符同步数据帧内同步字符同步5 5KMU FWJ面向比特型的数据格式面向比特型的数据格式根据同步数据链路控制规程（根据同步数据链路控制规程（SDLC），面向比特型的数据一），面向比特型的数据一帧为单位传输，每帧由六个部分组成。帧为单位传输，每帧由六个部分组成。第一部分：开始标志第一部分：开始标志7EH；第二部分：一个字节的地址场；第二部分：一个字节的地址场；第三部分：一个字节的控制场；第三部分：一个字节的控制场；第四部分：需要传送的数据，数据都是位（第四部分：需要传送的数据，数据都是位（bit）的集合；）的集合；第五部分：两个字节的循环校验码第五部分：两个字节的循环校验
7、码CRC；第六部分：结束标志第六部分：结束标志7EH。面向比特型同步通信数据格式面向比特型同步通信数据格式6 6KMU FWJ1 异步接收异步接收/发送器（发送器（UART）具有异步通信功能的串行接口硬件，称之为异步接收具有异步通信功能的串行接口硬件，称之为异步接收/发送器，发送器，简称为简称为UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）。）。2 串行通信的制式串行通信的制式1）单工（）单工（Simplex）方式：）方式：单向传输单向传输2）半双工（）半双工（Half Duplex）：）：分时双向传输分时双向传输3）全双工（）全双工（Ful
8、l Duplex）方式：）方式：同时时双向传输同时时双向传输9.1.2 串行通信的制式串行通信的制式7 7KMU FWJ调制与解调调制与解调9.1.3 串行通信中的调制解调器串行通信中的调制解调器可远距离传输可远距离传输无法进行远距离传输无法进行远距离传输8 8KMU FWJ各种调制方法各种调制方法9 9KMU FWJMCS-51内部有一个的可编程全双工串行通信接口，具有内部有一个的可编程全双工串行通信接口，具有UART的全部功能。的全部功能。9.2 MCS-51单片机的串行口单片机的串行口9.2.1 串行口的结构串行口的结构1 发送和接收电路发送和接收电路1010KMU FWJ2 串行口控制
9、寄存器串行口控制寄存器 SCON 和和PCON串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON .SM0、SM1：为串行口方式选择位，用于控制串行口的工作方式。为串行口方式选择位，用于控制串行口的工作方式。0 0 方式方式0：8位移位寄存器位移位寄存器I/O，波特率固定为，波特率固定为 fosc/12 0 1 方式方式1：8位位UART(1+8+1位位)，波特率可变波特率可变,按公式计算按公式计算 1 0 方式方式2：9位位UART(1+8+1+1位位)，波特率固定，波特率固定=fosc/32或或fosc/64 1 1 方式方式3：9位位UART(1+8+1+1位位)，波特率可变，按公式计算，波特率可
10、变，按公式计算1111KMU FWJ.SM2：允许方式允许方式2和方式和方式3进行多机通信控制位。进行多机通信控制位。在方式在方式0或方式或方式1下，下，SM2不用，应设置为不用，应设置为0。在方式在方式2或方式或方式3下，下，若若SM2=0，串行口以单机发送或接收方式工作，串行口以单机发送或接收方式工作，TI和和RI以正常方式被以正常方式被激活，但不会引起中断请求；激活，但不会引起中断请求；若若SM2=1，接收到第，接收到第9位数据位数据(RB8)为为1时激活时激活RI，并向，并向CPU请求中断。请求中断。.REN：允许串行接收控制位。允许串行接收控制位。REN=0，禁止接收；，禁止接收；R
11、EN=1，允许接收。，允许接收。.TB8：是工作在方式是工作在方式2和方式和方式3时要发送数据的第时要发送数据的第9位。位。.RB8：是工作在方式是工作在方式2和方式和方式3时，接收到的第时，接收到的第9位数据位数据.TI：发送结束中断标志位，用于指示一帧数据发送完否发送结束中断标志位，用于指示一帧数据发送完否，CPU置位，用置位，用户复位。户复位。.RI：接收中断标志位，用于指示一帧信息是否接收完。接收中断标志位，用于指示一帧信息是否接收完。CPU置位，用户复置位，用户复位。位。1212KMU FWJ电源控制寄存器电源控制寄存器PCON.SMOD：串行口波特系数控制位。在方式串行口波特系数控
12、制位。在方式1、2和和3时下，当时下，当SMOD=1时，通时，通信波特率可以提高一倍。信波特率可以提高一倍。GF1，GF0：用户可自行定义使用的通用标志位用户可自行定义使用的通用标志位PD：掉电控制位掉电控制位 0：常规方式；：常规方式；1：掉电方式。：掉电方式。振荡器停振；片内振荡器停振；片内RAM和和SRF不变；程序停止；只有复位能退出掉电状态。不变；程序停止；只有复位能退出掉电状态。IDL：待机控制位待机控制位 0：常规方式；：常规方式；1：待机方式。：待机方式。振荡器继续振荡；中断，定时器，串口有效；片内振荡器继续振荡；中断，定时器，串口有效；片内RAM和和SRF不变；程序不变；程序停
13、顿。停顿。中断或复位能退出待机，继续执行程序。中断或复位能退出待机，继续执行程序。1313KMU FWJ9.2.2 串行口的工作方式串行口的工作方式1 方式方式0（SM1=SM0=0）8位移位寄存器位移位寄存器I/O接收：接收：串行数据由串行数据由RXDRXD逐位移入逐位移入SBUFSBUF中中,高位高位先进先进；TXDTXD输出移位时钟，频率输出移位时钟，频率=fosc/12=fosc/12；每接收每接收 8 8位数据位数据RIRI就自动置就自动置1 1；需要用户复位需要用户复位RI。编程：编程：JNB RIJNB RI，$CLR RI CLR RI MOV A,SBUFMOV A,SBUF
14、接收前接收前,务必先置位务必先置位 REN=1 REN=1 允许接收数据。允许接收数据。发送：发送：SBUFSBUF中的串行数据由中的串行数据由RXDRXD逐位移出；逐位移出；TXDTXD输出移位时钟，频率输出移位时钟，频率=fosc/12=fosc/12；每送出每送出8 8位数据位数据 TITI就自动置就自动置1 1；需要用户复位；需要用户复位TITI。编程：编程：MOV SBUFMOV SBUF，A A JNB TI JNB TI，$CLR TI CLR TI1414KMU FWJ2 方式方式1（SM0=0，SM1=1）8位异步通信接口位异步通信接口接收：接收：置置REN=1REN=1后，
15、当确认起始位有效后，开始接收本帧其余后，当确认起始位有效后，开始接收本帧其余数据。在接收到第数据。在接收到第9 9数据位数据位(即停止位即停止位)时，必须同时满足两个条时，必须同时满足两个条件：件：RI=0RI=0和和SM2=0SM2=0或接收到的停止位为或接收到的停止位为1 1，才能把接收到的，才能把接收到的8 8位字位字符存入符存入SBUFSBUF中，把停止位送入中，把停止位送入RB8RB8中，并使中，并使RI=1RI=1，若上述条件不，若上述条件不满足，则这次收到的数据就被丢弃，不装入满足，则这次收到的数据就被丢弃，不装入SBUFSBUF中。中。接收中断标志接收中断标志RIRI必须由用户
16、清零。必须由用户清零。条件条件1 1：RI=0RI=0，SM2=0SM2=0，应保证，应保证SBUFSBUF为空为空条件条件2 2：SM2=0SM2=0或接收到的停止位为或接收到的停止位为1 1，保证接收到保证接收到一帧一帧数据数据1位起始位，位起始位，8位数据位，位数据位，1位停止位。位停止位。波特率可变。波特率可变。发送：发送：CPUCPU执行一条执行一条SBUFSBUF写入写入指令指令MOV SBUF,AMOV SBUF,A后，启动串行口后，启动串行口开始发送数据。波特率由定时器开始发送数据。波特率由定时器T1T1控制，发送完一帧数据时，发控制，发送完一帧数据时，发送完一帧信息后，发送电
17、路自动维持送完一帧信息后，发送电路自动维持TXDTXD为高电平，发送中断标为高电平，发送中断标志志TITI由硬件在发送停止位时置位。由硬件在发送停止位时置位。发送中断标志发送中断标志TITI必须由用户清零。必须由用户清零。1515KMU FWJ3 方式方式2和方式和方式3 9位异步通信接口位异步通信接口接收：接收：第第9 9位有效数据位存放在位有效数据位存放在SCONSCON中的中的TB8TB8中。满足接收有效中。满足接收有效字符的条件为：字符的条件为：RI=0RI=0和和SM2=0SM2=0或收到的或收到的第第9 9数据位为数据位为1 1，只有两个，只有两个条件同时满足，接收数据有效，接收到
18、的字符才能送入条件同时满足，接收数据有效，接收到的字符才能送入SBUF(SBUF(接接收收)，第，第9 9数据位才能装入数据位才能装入RB8RB8中，并使中，并使RI=1RI=1；否则，这次收到的；否则，这次收到的数据无效，接收的信息将丢失，数据无效，接收的信息将丢失，RIRI也不置位，在一位时间后，也不置位，在一位时间后，0/10/1检测器检测到检测器检测到RXDRXD引脚的负跳变，准备接收下一帧数据。引脚的负跳变，准备接收下一帧数据。条件条件1 1：RI=0RI=0，应应保证保证SBUFSBUF为空为空,用户预先读走用户预先读走SBUFSBUF中信息中信息 条件条件2 2：SM2=0SM2
19、=0或收到的第或收到的第9 9数据位为数据位为1 1，用于多机通信用于多机通信1位起始位，位起始位，9位数据位，位数据位，1位停止位。位停止位。波特率可变。波特率可变。发送：发送：第第9 9位有效数据位存放在位有效数据位存放在SCONSCON中的中的TB8TB8中，执行中，执行MOV MOV SBUF,ASBUF,A指令启动发送前，应把第指令启动发送前，应把第9 9数据位预先装入数据位预先装入SCONSCON的的TB8TB8中。中。第第9 9数据位装入指令：数据位装入指令：SETB TB8SETB TB8；TB8=1TB8=1 CLR TB8 CLR TB8；TB8=0TB8=01616KMU
20、 FWJ串行口的通信波特率反映了串行传输数据的速率。串行口的通信波特率反映了串行传输数据的速率。收发双收发双收发双收发双方的波特率必须一致方的波特率必须一致方的波特率必须一致方的波特率必须一致。MCS51单片机串行口有单片机串行口有4种工作方式，方式种工作方式，方式0和方式和方式2的的波特率固定不变，方式波特率固定不变，方式1和方式和方式3的波特率可以变化，由定时器的波特率可以变化，由定时器T1的溢出率决定。的溢出率决定。1 1方式方式0 0的波特率的波特率方式方式0 0的波特率固定不变，为振荡频率的的波特率固定不变，为振荡频率的1/121/12。方式方式0 0的波特率的波特率fosc/12f
21、osc/12不受不受PCONPCON寄存器中寄存器中SMODSMOD的影响。的影响。2 2方式方式2 2的波特率的波特率工作方式工作方式2 2，波特率与，波特率与PCONPCON寄存器中的寄存器中的SMODSMOD位的值有关。位的值有关。SMOD=0 fosc/64SMOD=1 fosc/329.2.3 串行口的通信波特率串行口的通信波特率1717KMU FWJ3 3 方式方式1 1或方式或方式3 3的波特率的波特率这两种方式下，波特率由定时器这两种方式下，波特率由定时器T1的溢出率和的溢出率和SMOD决定。决定。当给出波特率后，当给出波特率后，T1T1定时工作时的初始值计算公式为：定时工作时
22、的初始值计算公式为：定时器定时器T1T1作波特率发生器时，作波特率发生器时，T1T1的溢出率为：的溢出率为：n n由定时器由定时器T1T1的工作方式决定：的工作方式决定：方式方式0 0：n=13n=13；方式；方式1 1：n=16n=16；方式；方式2 2：n=8n=8；通常使用方式通常使用方式2 21818KMU FWJ串行口串行口工作方式工作方式波特率波特率（b/s）Fosc(MHz)SMOD定时器定时器T1G/T方式方式时间常数时间常数方式方式0100000012方式方式2375000121方式方式1、362500121020FFH1920011.05921020FDH960011.05
23、920020FDH480011.05920020FAH240011.05920020F4H120011.05920020E8H137.511.9860021DH110600227H110120010FEEBH 常用的波特率表常用的波特率表1919KMU FWJ9.3 MCS-51串行口的应用串行口的应用9.3.1 串行口在方式串行口在方式0下的应用下的应用方式方式0下的下的MCS-51的串行口，是一个移位寄存器，可实现并行的串行口，是一个移位寄存器，可实现并行输入串行输出和串行输入并行输出的转换。常用于输入串行输出和串行输入并行输出的转换。常用于I/O接口的扩接口的扩展。展。【例例9-5】利用
24、串行口扩展一个利用串行口扩展一个6位位LED静态显示器。静态显示器。2020KMU FWJORG1000HDispBufEQU40HDISP：MOVSCON，#00H；设置串行口为工作方式；设置串行口为工作方式0MOVR2，#06H；设置循环次数；设置循环次数MOVR0，#DispBuf+5；设置指针指向最后一个数；设置指针指向最后一个数MOVDPTR，#TAB；DPTR指向字形表首址指向字形表首址LOOP0：MOVA，R0；取显示数；取显示数MOVCA,A+DPTR；查表得到字形码；查表得到字形码MOVSBUF,A；送到串行口；送到串行口WAIT：JNBTI，WAIT；等待发送结束；等待发送
25、结束CLRTI；清除发送结束标志；清除发送结束标志DECR0；调整指针；调整指针DJNZR2，LOOP0；是否显示完了，未完继续；是否显示完了，未完继续RET；子程序返回；子程序返回TABDB 0C0H，0F9H，0A4H；字形表；字形表 03DB 0B0H，99H，92H；46 DB 82H，0F8H，80H,90H；79 END程序设计：程序设计：假设：欲显示的假设：欲显示的6 6位数字位数字(0(09)9)顺序存放在内部顺序存放在内部RAM RAM 40H40H开始的单元中，编写一个子程序开始的单元中，编写一个子程序DISPDISP完成完成6 6位数字的显示。位数字的显示。2121KMU
26、 FWJ9.3.2 串行口在其他方式下的应用串行口在其他方式下的应用【例例9-6】甲乙两台甲乙两台8031单片机进行串行通信。设甲乙两机的晶振频率均为单片机进行串行通信。设甲乙两机的晶振频率均为12MHz。（。（1）确定串行口在方式）确定串行口在方式2下，可用的波特率；（下，可用的波特率；（2）在方式）在方式2下，采下，采用查询控制方式，将甲机片内用查询控制方式，将甲机片内RAM40H5FH单元的数据，串行发送到乙机片单元的数据，串行发送到乙机片内内RAM607FH单元中。单元中。解：（解：（1）fosc=12MHz，MCS-51的串行口在方式的串行口在方式2下，波特率有两种：下，波特率有两种
27、：波特率波特率1=fosc/32=12MHz/32=375000bps（SMOD=1）；）；波特率波特率2=fosc/64=12MHz/64=187500bps（SMOD=0）；）；（2）由于方式）由于方式2是是10位的异步串行通信方式，数据位只有位的异步串行通信方式，数据位只有8位，如果传输的位，如果传输的数据也是数据也是8位，则不能进行校验。此处选择位，则不能进行校验。此处选择375000bps的波特率。的波特率。TxDTxDRxDRxDTxDTxDRxDRxDGNDGNDGNDGND甲机甲机乙机乙机硬件连接硬件连接2222KMU FWJ程序流程图程序流程图2323KMU FWJORG10
28、00H TX：MOV SCON,#40H ；设定工作方式；设定工作方式2 MOV PCON,#00H；SMOD=0，波特率为，波特率为fosc/32 CLREA；关；关CPU中断中断 MOV R0,#40H ；设发送数据的地址指针；设发送数据的地址指针 MOV R2,#20H ；设发送数据的长度；设发送数据的长度 LOOP：MOV A,R0 ；取发送数据送；取发送数据送A CLRTI；清；清TI MOV SBUF,A ；启动发送；启动发送 WAIT：JNB TI,WAIT ；判发送中断标志；判发送中断标志 INC R0；数据块指针加；数据块指针加1 DJNZ R2,LOOP；数据块未发送完，转
29、到数据块未发送完，转到LOOP继续发送继续发送 SJMP$；停止发送；停止发送 甲机发送程序：甲机发送程序：2424KMU FWJORG2000H TX：MOV SCON,#40H；设定工作方式；设定工作方式2 MOV PCON,#00H；SMOD=0，波特率为，波特率为fosc/32 CLREA；关；关CPU中断中断 MOV R0,#60H；设接收数据的地址指针；设接收数据的地址指针 MOV R2,#20H；设接收数据的长度；设接收数据的长度 LOOP：CLRRI；清；清RI JNB RI,$；等待接收数据；等待接收数据 MOV A,SBUF ；读入一帧数据；读入一帧数据 WAIT：MOV
30、R0,A；保存接收数据；保存接收数据 INC R0；数据块指针加；数据块指针加1 DJNZR2,LOOP；数据块未接收完，转到数据块未接收完，转到LOOP继续接收继续接收 SJMP$；停止接收；停止接收 乙机接收程序：乙机接收程序：2525KMU FWJ9.4 单片机的多机通信单片机的多机通信单片机多机通信是指由两台以上单片机组成的网络，通过串行单片机多机通信是指由两台以上单片机组成的网络，通过串行通信方式实现对某一过程的控制。通常可分为星形结构、环形结通信方式实现对某一过程的控制。通常可分为星形结构、环形结构、串行总线结构和主从式多机结构四种。在此我们仅介绍主从构、串行总线结构和主从式多机结
31、构四种。在此我们仅介绍主从式多机结构。式多机结构。星型星型环型环型串行总线型串行总线型2626KMU FWJ主从式多机结构是一种分散形网络结构，具有接口简单和使用主从式多机结构是一种分散形网络结构，具有接口简单和使用灵活等优点。灵活等优点。单片机多机通信应用的关键是确定多机通信协议和根据多机通单片机多机通信应用的关键是确定多机通信协议和根据多机通信协议进行软件编程。信协议进行软件编程。主从式多机型主从式多机型接口必须加驱动和隔离，不能简单地线对线连接。接口必须加驱动和隔离，不能简单地线对线连接。2727KMU FWJ9.4.1 MCS-51多机通信原理多机通信原理主从式单片机多机通信系统中，只
32、有一台主机，可有多台从机。主从式单片机多机通信系统中，只有一台主机，可有多台从机。主机可以发送信息到任一台从机；主机可以发送信息到任一台从机；从机只能发送信息到主机，从机之间不能通讯。从机只能发送信息到主机，从机之间不能通讯。主机的主机的SM2=0；所有从机的；所有从机的SM2=1，以便接收主机发来的地址。，以便接收主机发来的地址。主机给从机发送地址时，第主机给从机发送地址时，第9数据位应设置数据位应设置1，指示从机接收这个地址。，指示从机接收这个地址。所有从机在所有从机在SM2=1、RB8=1和和RI=0时，接收主机发来的从机地址，并与时，接收主机发来的从机地址，并与本机地址相比较，确认是否
33、为被寻址从机。本机地址相比较，确认是否为被寻址从机。被寻址从机通过指令清除被寻址从机通过指令清除SM2，以便正常接收数据，并向主机发回接收，以便正常接收数据，并向主机发回接收到的从机地址，供主机核对。未被寻址的从机保持到的从机地址，供主机核对。未被寻址的从机保持SM2=1，并退出各自，并退出各自中断服务程序。中断服务程序。完成主机和被寻址从机之间的数据通信，被寻址从机在通信完成后重新完成主机和被寻址从机之间的数据通信，被寻址从机在通信完成后重新使使SM2=1，并退出中断服务程序，等待下次通信。，并退出中断服务程序，等待下次通信。多机通信原理多机通信原理9.4.2 多机通信应用举例多机通信应用举例（见教材）（见教材）2828KMU FWJ2929
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