第7章串行输入输出接口

接收：监视引脚RXD，一旦出现起始位“0”， 就将外围设备送来的一定格式的串行数 据转换成并行数据，等待CPU读入。
串行口数据缓冲器SBUF
发送数据缓冲器:只能写入,不能读出； 接受数据缓冲器:只能读出,不能写入。 两者共用一个符号—SBUF，共用一个地址—99H。
CPU执行一条写SBUF的指令（如MOV SBUF,A）就启 动了发送过程。
（1）若RI=1，接收数据丢失。 （2）若SM2=1且第九位数据为0，接收数据丢失 （3）其它情况下，8位数据装入SBUF，第九位数
据装入RB8，并置RI=1。
方式2、3的接收时序
7.2.3 多机通讯
TXD
RXD
主机
TXD RXD
8031 0#从机
TXD RXD
TXD RXD
8031
…
8031
1#从机
MOV R0 ，#40H ；发送数据区首址
MOV R7 ，#10H ；发送字节数
SETB TR1
；启动定时器1
WAIT：JNB RI ，WAIT ；等接收完毕
MOV A，SBUF ；取接收到的字节到A
MOV C，P
；取奇偶标志
JC ERROR
；发现有错,转出错处理程序
ANL A，#7FH ；未出错，去奇偶效验位
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7.2.4 波特率计算
方式0：固定为 fosc /12 方式2：
SMOD=0时为 fosc / 32 SMOD=1时为 fosc / 64 方式1和方式3： 2SMOD 定时器/ 计数器1溢出速率/ 32
例：设串行口工作于方式3，SMOD=0，fosc=11.059MHz，
定时/计数器1工作于定时器方式2(自动重装载方式),
方式1接收时序
方式2及方式3 9位异步通信接口：
➢1帧信息由11位组成。 ➢串行口用于多机通信时必须使用方式2或方 式3。 ➢方式2与方式3仅波特率不同：
方式2波特率固定(SMOD=0时为fosc/64，
SMOD=1时为fosc/32)。
方式3波特率由定时器/计数器1或2的溢出
速率以及SMOD确定。
2)单片机B接收由上题中单片机A发送的ASCII码数据 块，并将接受数据存放在片内RAM 30H-3FH单元。如 果接收的数据奇偶效验有错，置F0标志为1。已知单 片机fosc=6MHz。
各从机CPU响应中断后，通过软件判断主 机送来的是不是本机地址。如果是(01#机)， 就使SM2=0；如果不是(除01#机外的所有从机)， 保持SM2=1。
接着主机发送数据帧(RB8=0)，只有地址 相符的从机(01#机)SM2=0，能接收；其它从机 因SM2=1，数据将丢失。
这样，就实现了主机与指定从机间的一对 一通信。
常用的波特率及计算器初值
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7.3 单片机串行口的应用
一、 串行口方式0用作扩展并行I/O口
输出1个数据的相关程序
MOV SCON, #00H ；串行口方式0初始化
MOV A, #0FFH
；假设输出数据为FFH
CLR P1.0
；关闭并行输出
MOV SBUF, A
；开始串行输出
LOOP: JNB TI, LOOP
之间的远距离通信。
波特率 每秒转送的数据位数。
二、串行通信的两种方式 异步传送方式
空闲
停止位
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 X 起始位
异步通信典型数据格式
同步传送方式
开始
同步字符 同步字符
数据块
CRC字符#1 CRC字符#2
同步通信的格式
三、数据传送的方向
➢ 单工方式 ➢ 半双工 ➢ 全双工
7.2 MCS-51单片机的串行口
•7.2.1 串行口的功能与结构 •7.2.2 串行口的工作方式 •7.2.3 多机通信 •7.2.4 波特率的计算
7.2.1 串行口功能与结构
MCS-51串行口的基本功能
发送：将CPU送来的并行数据转换成一定格 式的串行数据， 从引脚TXD上按规定的波特率逐位输 出；
#该寄存器地址为98H，可位寻址。
接收中断标志 发送中断标志
接收数据第9位 发送数据第9位
接收控制 0：禁止接收 1：允许接收
多机通信 0：单机对单机 1：多机通信
电源控制寄存器PCON
D7
D6
D5
D0
SMOD — —
ຫໍສະໝຸດ Baidu
D4
D3
D2
D1
— GF1 GF0 PD
IDL
SMOD为波特率系数控制位： SMOD=1时，波特率增大一倍。 复位时，SMOD=0。 PCON的其它各位与串行口无关。
设待接收的数据块共10个字节，接收后拟 存储与片内RAM40-4FH单元；单片机晶振频率、 SMOD位的值、波特率等均同上题。
相应程序：
MOV TMOD，#20H ；定时器1设为方式2
MOV TL1， #0FDH ；定时器初值
MOV TH1， #0FDH ；8位重装值
MOV SCON，#50H ；串行口设为方式1
➢1帧信号发送完毕，发送控制器置发送中断 标志TI=1。
方式1发送时序
接收
➢ 允许接收位REN置1后，跳变检测器开始采
样RXD引脚上的电平。当采样到负跳变， 启动接收控制器接收数据。 ➢ 如果起始位接收到的值不为0，则起始位 无效，复位接收电路。
➢如果起始位为0，则开始接收本帧其它各位 数据。控制器将RXD上的数据逐位移入移位 寄存器，当本帧（8位数据和停止位）全部 移入后： （1）若RI=0,SM2=0，8位数据装入SBUF，停 止位装入RB8，并置RI=1。 （2）若RI=0,SM2=1，只有停止位为1才发生 上述动作。 （3）若RI=0,SM2=1，且停止位为0，接收数 据丢失。 （4）若RI=1，接收数据丢失。
MOV C，P
；取奇偶标志
MOV A.7，C ；加偶效验位
MOV SBUF，A ；启动串行口发送
WAIT：JNB TI ，WAIT ；等发送完毕
CLR TI
；清TI标志
INC R0
；指向下一待发字节地址
DJNZ R7，LOOP ；如拟发字节数未发完，
；继续
RET
例:由串行接口接收带偶效验位的ASCII码数 据块。
INC R0
；指向下一放接收字节地址
DJNZ R7， WAIT ；如拟接收字节数未完，继续
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作业:
1.单片机A由串行接口发送带奇效验位的ASCII码数据 块。设需发送的数据在片内RAM 30H-3FH单元中, 单 片机fosc=12MHz，发送波特率为1200位/秒。为提高 CPU效率，发送过程中要求采用中断。
#其字节地址为87H，没有位寻址功能。
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7.2.2 串行口的工作方式
有4种工作方式，由SCON中的SM0、SM1确定：
SM0 0 0 1 1
SM1 0 1 0 1
方式 方式0 方式1 方式2 方式3
功能 移位寄存器方式(并行I/O扩展)
8位通用异步接收/发送器 9位通用异步接收/发送器 9位通用异步接收/发送器
；等待串行输出完成
SETB P1.0
；启动并行输出
CLR TI
；清发送中断标志
SETB P1.0
；关闭并行输出
• 点对点的异步通讯
例: 由串行接口发送带偶效验位的ASCII码数 据块。
设拟发送的是片内RAM30-3FH单元的ASCII 码数据,单片机fosc=11.059MHz，设置SMOD=0， 定时器1工作于方式2，发送的波特率为9600位/ 秒，因此TL1、TH1的初值为FDH。
•1帧信息由10位组成（起始位、8位数据、停止 位) •RXD为接收端，TXD为发送端。 •波特率可变，由定时器/计数器1或2的溢出速率以 及SMOD确定；发送和接收波特率可以不同。
发送
➢CPU执行“写SBUF”指令，将并行数据送入 SBUF，启动发送控制器，通过输出控制门 从TXD上逐位输出1帧信号。
波特率 fosc/12 可变 fosc/32或fosc/64 可变
方式0
串行寄存器方式：
•数据从RXD引脚发送或接收；同步移位脉冲从TXD 引脚输出。 • 一帧数据由8位数据组成，低位在前，高位在后,无 起始位和停止位。 • 波特率固定，为fosc/12。 • 主要用于扩展并行I/O口。 • CPU响应TI或RI中断请求时，不会清除TI或RI标志， 必须由用户用软件清0。
当串行口接收到1帧信息后，将数据存入接受数据 缓冲器中。这时，CPU通过执行读SBUF指令（如 MOV A,SBUF），就可获得串行口接收到的数据。
串行口控制寄存器SCON
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
确定串行口 工作方式
串行口的其它工作方式也一样。
发送
✓当1个数据写入发送寄存器SBUF，串行口即 把8位数据以fosc/12的波特率从RXD端送 出（低位在前），同时从TXD上发送同步 移位脉冲。
✓发送完毕停止发送移位脉冲，并置发送中 断标志TI为1。
方式0发送时序
接收
✓REN=0时，禁止接收。 ✓当置REN=1时，从TXD上发送同步移位脉
发送
➢CPU执行“写SBUF”指令，将并行数据送入 SBUF，启动发送控制器，通过输出控制门从 TXD上逐位输出1帧信号，信号的第九位数据 由SCON中的TB8提供。 ➢1帧信号发送完毕，发送控制器置发送中断 标志TI=1。
方式2、3发送时序
接收
➢REN置1后，当跳变检测器采样到RXD引脚上的负跳 变，就启动接收控制器接收数据。 ➢ 如果起始位为0，则开始接收本帧其它各位数据。 控制器将RXD上的数据逐位移入移位寄存器，当本帧 （9位数据和停止位）全部移入后：
冲，该脉冲控制外接芯片逐位输入数据到 RXD端，波特率为fosc/12。 ✓RXD上的串行输入数据逐位移入移位寄存 器。 ✓当8位数据全部移入后， 8位数据从移位寄 存器送入接收数据缓冲器SBUF保存；同时 停止输出移位脉冲，并置接收中断标志 RI=1。
方式0接收时序
方式1
8位异步通信接口方式：
本章内容
7.1 串行通信的基本概念 7.2 MCS-51单片机的串行口 7.3 串行口的应用
学习目的
加深对串行通信基本概念的理解 掌握51单片机串行口的结构、工作方式 了解串行口的应用 掌握串行口初始化编程 掌握发送程序和接收程序的编制
7.1 串行通信的基本概念
一、基本概念
串行通信 是将数据的各位一位一位地依次传送。 适合于计算机之间、计算机与外部设备
n#从机
多机通讯连接示意图
★方式2、3与多机通信
➢ 串行口控制寄存器SCON中的SM2为多机通信接口 控制位。
➢ 串行口以方式2或3接收时，若SM2为1，则仅当 接收到的第9位数据RB8为1时，数据才装入SBUF， 置位RI，请求CPU对数据进行处理；
➢ 当SM2为0时，则接收到一个数据后，不管第9位 数据RB8是0还是1，都将数据装入接收缓冲器 SBUF并置位中断标志RI，请求CPU处理。
根据这个特性，实现主机与多个从机之间的通信。
主机：主导通信。发送的信息有数据帧和地址 帧。地址帧第九位数据TB8=1；数据帧第九位 数据TB8=0。
各从机：通信前初始化SM2=1。
通信：
在主机与某一(如01#)从机通信前，先 发送该从机的地址（01H，TB8=1）。
各从机SM2=1，接收到的地址帧RB8=1， 接收数据有效，置RI=1，向CPU提中断。
TL1、TH1的初值为FDH，试计算波特率。
解：定时器/计数器1定时时间为 TC (256 253) 12/(11.059106)
其溢出速率为 1/TC 11.059106 /(256 253) 12 307194.4
波特率为 20 307194.4 / 32 9599.83 9600(位/ 秒)
相应程序：
MOV TMOD，#20H ；定时器1设为方式2
MOV TL1，#0FDH ；定时器初值
MOV TH1，#0FDH ；8位重装值
MOV SCON，#40H ；串行口设为方式1
MOV R0 ，#30H ；发送数据区首址
MOV R7 ，#10H SETB TR1
；发送字节数 ；启动定时器1
LOOP：MOV A，@R0 ；取待发送字节