單片機(jī)串行數(shù)據(jù)通信

1、第八章 單片機(jī)串行數(shù)據(jù)通信,8.1 串行通信的基礎(chǔ)知識(shí) 串行數(shù)據(jù)通信要解決兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，一個(gè)是數(shù)據(jù)傳送，另一個(gè)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。所謂數(shù)據(jù)傳送就是指數(shù)據(jù)以什么形式進(jìn)行傳送。所謂數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是指單片機(jī)在接受數(shù)據(jù)時(shí)，如何把接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，單片機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如何把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。,8.1.1 數(shù)據(jù)傳送 單片機(jī)的串行通信使用的是異步串行通信，所謂異步就是指發(fā)送端和接收端使用的不是同一個(gè)時(shí)鐘。

2、異步串行通信通常以字符（或者字節(jié)）為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地傳送，接收端通過傳輸線一幀一幀地接收。 1. 字符幀的幀格式 字符幀由四部分組成，分別是起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位。如圖8.1所示： 1） 起始位：位于字符幀的開頭，只占一位，始終位邏輯低電平，表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。 2） 數(shù)據(jù)位：緊跟起始位后，可取5、6、7、8位，

3、低位在前，高位在后。,3）奇偶校驗(yàn)位：占一位，用于對(duì)字符傳送作正確性檢查，因此奇偶校驗(yàn)位是可選擇的，共有三種可能，即奇偶校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無校驗(yàn)，由用戶根據(jù)需要選定。4）停止位：末尾，為邏輯“1”高電平，可取1、1.5、2位，表示一幀字符傳送完畢。,圖8.1 字符幀格式,2. 傳送的速率 串行通信的速率用波特率來表示，所謂波特率就是指一秒鐘傳送數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)。每秒鐘傳送一個(gè)數(shù)據(jù)位就是1波特。即：1波特＝1bps（位/

4、秒） 。 在串行通信中，數(shù)據(jù)位的發(fā)送和接收分別由發(fā)送時(shí)鐘脈沖和接收時(shí)鐘脈沖進(jìn)行定時(shí)控制。時(shí)鐘頻率高，則波特率高，通信速度就快；反之，時(shí)鐘頻率低，波特率就低，通信速度就慢。,8.1.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 串行接口電路為用戶提供了兩個(gè)串行口緩沖寄存器（SBUF），一個(gè)稱為發(fā)送緩存器，它的用途是接收片內(nèi)總線送來的數(shù)據(jù)，即發(fā)送緩沖器只能寫不能讀。發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)通過TXD引腳向外傳送。另一個(gè)稱為接收緩沖器，它的用途是向片

5、內(nèi)總線發(fā)送數(shù)據(jù)，即接收緩沖器只能讀不能寫。接收緩沖器通過RXD引腳接收數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@兩個(gè)緩沖器一個(gè)只能寫，一個(gè)只能讀，所以共用一個(gè)地址99H。串行接口電路如圖8.2所示。,圖8.2 MCS-51串行口寄存器結(jié)構(gòu),,8.2 MCS-51單片機(jī)串行通信的控制寄存器1. 串行口控制寄存器（SCON） SCON是MCS-51單片機(jī)的一個(gè)可位尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制。單元地址為98H，位地址為98H～

6、9FH。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下：,各位的說明如下：1）  SM0 、SM1——串行口工作方式選擇位 其狀態(tài)組合和對(duì)應(yīng)工作方式為： SM0 SM1 工作方式 0         0

7、 方式0 0      1 方式1,1        0 方式2 1    

8、1 方式32） M2——允許方式2、3的多機(jī)通信控制位 在方式2和3中，若SM2＝1且接收到的第九位數(shù)據(jù)（RB8）為1，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入接收SBUF 中，并置位RI產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；否則丟棄前8位數(shù)據(jù)。若 SM2＝0，則不論第九位數(shù)據(jù)（RB8）為1還是為0,都將 前8位送入接收SBUF中，并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 方式0時(shí)，SM2必須置0。

9、3） REN——允許接收位 REN＝0 禁止接收數(shù)據(jù) REN＝1 允許接收數(shù)據(jù)4） TB8——發(fā)送數(shù)據(jù)位8 在方式2、3時(shí)，TB8的內(nèi)容是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù),其值由用戶通過軟件來設(shè)置。,5） RB8——接收數(shù)據(jù)位8 在方式2、3時(shí)，RB8是接收的第9位數(shù)據(jù)。 在方式1時(shí)，RB8是接收的停止位 在方式0時(shí)，不使用RB

10、86） TI——發(fā)送中斷標(biāo)志位 在方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。 在其它方式下，于發(fā)送停止位之前，由硬件置位。 因此，TI＝1表示幀發(fā)送結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可請(qǐng)求中斷。 TI由軟件清“0”。7） RI——接收中斷標(biāo)志位 在方式0時(shí)，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。 在其它方式下，于接收到停止位之前，該

11、位由硬件置位。 因此，RI＝1表示幀接收結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用， 也可請(qǐng)求中斷。 RI由軟件清“0”。,2. 電源控制寄存器（PCON） PCON不可位尋址，字節(jié)地址為87H。它主要是為CHMOS型單片機(jī)80C51的電源控制而設(shè)置的專用寄存器。其內(nèi)容如下：,與串行通信有關(guān)的只有D7位（SMOD），該位為波特率倍增位，當(dāng)SMOD=1時(shí)，串行口波特率增加一倍，當(dāng)SMOD=0時(shí)，串

12、行口波特率為設(shè)定值。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SMOD=0。,,8.3 MCS-51單片機(jī)串行通信工作方式 串行口的工作方式由SM0和SM1確定，編碼和功能如表8-1所示。,方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由T1的溢出率決定。,,表8-1 串行口工作方式,8.3.1 串行工作方式01. 數(shù)據(jù)輸出（發(fā)送） 當(dāng)數(shù)據(jù)寫入SBUF后，數(shù)據(jù)從RXD端在移位脈沖（TXD）的 控制下，逐位

13、移入74LS164，74LS164能完成數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換。當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部移出后，TI由硬件置位，發(fā)生中斷請(qǐng)求。若CPU響應(yīng)中斷，則從0023H單元開始執(zhí)行串行口中斷服務(wù)程序，數(shù)據(jù)由74LS164并行輸出。其接口邏輯如圖8.3所示。,圖8.3接口邏輯,2. 數(shù)據(jù)輸入（接收） 要實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)，必須首先把SCON中的允許接收位REN設(shè)置為1。當(dāng)REN設(shè)置為1時(shí)，數(shù)據(jù)就在移位脈沖的控制下，從RXD端輸入。當(dāng)接收到8位數(shù)據(jù)時(shí)，

14、置位接收中斷標(biāo)志位RI，發(fā)生中斷請(qǐng)求。其接口邏輯如圖8.4所示。由邏輯圖可知，通過外接74LS165，串行口能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入。,圖8.4 外接移位寄存器輸入,【例8-1】使用74LS164的并行輸出端接8支發(fā)光二極管，利用它的串入并出功能，把發(fā)光二極管從左到右依次點(diǎn)亮，并反復(fù)循環(huán)。假定發(fā)光二極管為共陰極接法。,圖8.5 電路設(shè)計(jì),解：電路如圖8.5。軟件部分如下： ORG0000H

15、LJMPMAIN ORG1000HMAIN：MOVSCON，#00H ；串行口工作在方式0 CLRES ；禁止串行中斷 MOVA， #80H ；發(fā)光二極管從左邊亮起DELR：CLRP1.0 ；關(guān)閉并行輸出 MOVSBUF， A ；串行輸出WAINT：JNBTI， W

16、AIT ；狀態(tài)查詢 SETBP1.0 ；開啟并行輸出 ACALLDELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序 CLRTI ；清發(fā)送中斷標(biāo)志 RRA ；發(fā)光右移 AJMPDELR ；繼續(xù) EDN,8.3.2 串行工作

17、方式1 方式1為10位為一幀的異步串行通信方式。其幀格式為1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。如圖8.6所示。,圖8.6 方式1的幀格式,1. 數(shù)據(jù)輸出（發(fā)送） 數(shù)據(jù)寫入SBUF后，開始發(fā)送，此時(shí)由硬件加入起始位和 停止位，構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)，由TXD串行輸出。輸出一幀數(shù)據(jù)后，TXD保持在高電平狀態(tài)下，并將TI置位，通知CPU可以進(jìn)行下一個(gè)字符的發(fā)送。,2. 數(shù)據(jù)輸入（接收）

18、 當(dāng)REN=1且接收到起始位后，在移位脈沖的控制下，把接收到的數(shù)據(jù)移入接收緩沖寄存器（SBUF）中，停止位到來后，把停止位送入RB8中，并置位RI，通知CPU接收到一個(gè)字符。3. 波特率的設(shè)定 工作在方式1時(shí)，其波特率是可變的，波特率的計(jì)算公式為：,其中，SMOD為PCON寄存器最高位的值，其值為1 或0。,當(dāng)定時(shí)器1作波特率發(fā)生器使用時(shí)，選用工作方式2（即自動(dòng)加載定時(shí)初值方式）。選擇方式2可以避免通過

19、程序反復(fù)裝入定時(shí)初值所引起的定時(shí)誤差，使波特率更加穩(wěn)定。假定計(jì)數(shù)初值為X，則計(jì)數(shù)溢出周期為：,溢出率為溢出周期的倒數(shù)。則波特率的計(jì)算公式為：,實(shí)際使用中，波特率是已知的。因此需要根據(jù)波特率的計(jì)算公式求定時(shí)初值X。用戶只需要把定時(shí)初值設(shè)置到定時(shí)器1，就能得到所要求的波特率。,4. 應(yīng)用舉例（用方式1實(shí)現(xiàn)雙機(jī)串行通信）（1）通信雙方的硬件連接 作為應(yīng)用系統(tǒng)首先要研究通信雙方如何連接。一種辦法是把兩片8051的串行口

20、直接相連，一片8051的TXD與另一片的RXD相連，RXD與另一片的TXD相連，地與地連通。由于8051串行口的輸出是TTL電平，兩片相連所允許的距離極短。（2）通信雙方的軟件約定 為實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，我們規(guī)定如下： 假定A機(jī)為發(fā)送機(jī)，B機(jī)為接收機(jī)。 當(dāng)A機(jī)發(fā)送時(shí)，先送一個(gè)“AA”信號(hào)，B機(jī)收到后回答一個(gè)“BB” 信號(hào)，表示同意接收。 當(dāng)A機(jī)接收到“BB”后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一

21、次求一次“檢 查和”，假定數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)16個(gè)字節(jié)，起始地址為30H，一個(gè)數(shù)據(jù)塊發(fā)送完后再發(fā)出“檢查和”。,B機(jī)接收的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)區(qū)，起始地址也為30H，同時(shí)每接收一次也計(jì)算一次“檢查和”，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)塊收齊后，再接收A機(jī)發(fā)來的“檢查和”，并將它與B機(jī)的“檢查和”進(jìn)行比較。若兩者相等，說明接收正確，B機(jī)回答一個(gè)00；若兩者不相等，說明接收不正確，B機(jī)回答一個(gè)FF，請(qǐng)求重發(fā)。 A機(jī)收到00的答復(fù)后，結(jié)束發(fā)送。若收到的答復(fù)非0，則重

22、新將數(shù)據(jù)發(fā)送一次。 雙方均以1200波特的速率傳送。假設(shè)晶振頻率為6MHz ，計(jì)算定時(shí)器1的計(jì)數(shù)初值：,為使波特率不倍增，設(shè)定PCON寄存器的SMOD=0，則 PCON＝00H ..（3）基本的通信程序 設(shè)計(jì)程序框圖如圖8.7所示。,,圖8.7 雙機(jī)通信程序結(jié)構(gòu)圖,根據(jù)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)出下述通信程序：A機(jī)通信程序：ASTART:MOV TMOD，#20H ；設(shè)定定時(shí)器1工作

23、方式2 MOV TL1，#0F2H ；設(shè)定計(jì)數(shù)初值 MOV TH1，#0F2H ；計(jì)數(shù)重裝值 MOV PCON，#00H ；波特率不倍增 SETB TR1；啟動(dòng)T1

24、 MOV SCON，#50H；設(shè)置串行口方式1ATT1: MOV SBUF， #0AAH；發(fā)送“AA”AWAIT1: JBC TI， ARR1 ；等待一幀發(fā)送完 SJMP AWAIT1ARR1: JBC RI，ARR2 ；等待應(yīng)答信號(hào)

25、 SJMP ARR1,ARR2: MOVA， SBUF XRLA，#0BBH JNZATT1 ；判斷是否是應(yīng)答信號(hào)“00”ATT2: MOVR0， #30H MOVR7，#10 MOVR6

26、，#00HATT3: MOVSBUF， @R0 MOVA，R6 ADDA，@R0 MOVR6，A INCR0AWAIT2: JBCTI，ATT4 SJMPAWAIT2 ；發(fā)送有效數(shù)據(jù)ATT4

27、: DJNZR7， ATT3 ；判斷是否傳送完畢 MOVSBUF， R6,AWAIT3: JBCTI， ARR3 SJMPAWAIT3 ；等待ARR3: JBCRI， ARR4 SJMPARR3 ；等待

28、ARR4: MOVA， SBUF JNZATT2AEND: RETB機(jī)通信程序：BST\ART: MOVTMOD， #20H；設(shè)定定時(shí)器1工作方式2 MOVTH1，#0F2H ；設(shè)定計(jì)數(shù)初值 MOVTL1，#0F2H ；計(jì)數(shù)重裝值

29、 MOVPCON，#00H ；波特率不倍增 SETBTR1 MOVSCON，#50H,BRR1: JBC RI,BRR2 SJMP BRR1 ；等待BRR2: MOV A,SBUF

30、 ；把接收到的數(shù)據(jù)送入A XRL A,#0AAH ；判斷接收到數(shù)據(jù)是否是“AA” JNZ BRR1 ；如果不是繼續(xù)等待BTT11: MOVSBUF,0BBH ；發(fā)送應(yīng)答信號(hào)BWAIT1: JBCTI, BRR3 ；等待 SJMP

31、BWAIT1BRR3: MOVR0,#30H ；接收有效數(shù)據(jù) MOVR7,#10 MOVR6,#00HBRR4: JBCRI,BRR5 SJMPBRR4,BRR6: MOV A， SBUF XRL

32、 A，R6 JZ BEND MOV SBUF，#0FFHBWAIT3:JBC TI， BRR3 SJMP BWAIT3BEND:MOV SBUF， #00H R

33、ET,8.3.3 串行工作方式2 方式2為11位為一幀的異步串行通信方式。其幀格式為1個(gè)起始位、9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。如圖8.8所示。,圖8.8 方式2的幀格式,在方式2下，字符還是8個(gè)數(shù)據(jù)位，只不過增加了一個(gè)第9個(gè)數(shù)據(jù)位（D8）,而且其功能由用戶確定，是一個(gè)可編程位。 在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先在SCON的TB8位中把第9個(gè)數(shù)據(jù)位的內(nèi)容準(zhǔn)備好。這可使用如下指令完成： SETB

34、TB8 ；TB8位置“1” CLR TB8 ；TB8位置“0”,發(fā)送數(shù)據(jù)（D0~D7）由MOV指令向SBUF寫入，而D8位的內(nèi)容則由硬件電路從TB 8中直接送到發(fā)送移位器的第九位，并以此來啟動(dòng)串行發(fā)送。一個(gè)字符幀發(fā)送完畢后，將TI位置“1”，其他過程與方式1相同。 方式2的接收過程也于方式1基本類似，所不同的只在第9數(shù)據(jù)位上，串行口把接收到

35、的前8個(gè)數(shù)據(jù)位送入SBUF,而把第九數(shù)據(jù)位送入RB。 方式2的波特率時(shí)固定的，而且有兩種。一種是晶振頻率的三十二分之一；另一種是晶振頻率的六十四分之一。即fosc/32和fosc/64。如用公式表示則為：,由此公式可知，當(dāng)SMOD為0時(shí)，波特率為fosc/64，當(dāng)SMOD為1時(shí)，波特率為fosc/32。,8.3.4 串行工作方式3 方式3同方式2幾乎完全一樣，只不過方式3的波特率是可變的，有用戶來確定。其波特率的確定