8051串行口及串行通信技术

74LS164
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74LS164
51单片机
共阳LED 数码管
+5V
74LS164是串入并出芯片；74LS165是并入串出芯片
《单片微机原理及应用》教学课件
共阳LED数码管 公共端(字位) 接高电平， 笔划(字段) 置为低电平 就被点亮了 ☞比如要显示“0” 须令a b c d e f 为“0” 电平，g h为“1”电平。
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·TI－发送中断标志。在方式0中，当发送完第8 位后由硬件将该位置位。而在其它工作方式中， 则在开始发送停止位时将TI位， 但必须由软件清0。 TI＝1，表示发送SBUF空；TI＝0，CPU正在发 送数据。 ·RI－接收中断标志。在方式0中，当接收完第8 位数据后由硬件将该位置位。而在其它工作方 式中，在接收到停止位时，由硬件将RI置位 （其它的规定见SM2控制位）。 该位须由软件清0。 RI＝1，表示一帧数据接收结束，并已装入接 收SBUF；RI＝0，接收SBUF空。
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三、串行口工作方式
方式0为移位寄存器方式，也称为同步 方式。它通过RXD端（P3.0）串行发送或接 收数据，而用TXD端（P3.1）输出移位脉冲， 作为外接部件的同步信号。数据的传送以8 位为一帧。无论是发送或接收，都是最低有 效位LSB居先，传送的波特率固定为振荡频 率的12分之一。
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工作方式0：8位移位寄存器I/O方式
☞发送：SBUF中的串行数据由RxD逐位移出； TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12； 每送出8位数据 TI就自动置1； 需要用软件清零 TI。 ☞接收：串行数据由RxD逐位移入SBUF中； TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12； 每接收 8位数据RI就自动置1； 需要用软件清零 RI。
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工作方式0：8位移位寄存器I/O方式(续)
☞经常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用扩展接口（第六章）。 ☞方式0工作时，多用查询方式编程： 发送：MOV SBUF，A 接收：JNB RI，$ JNB TI，$ CLR RI CLR TI MOV A, SBUF ☞复位时,SCON 已经被清零,缺省值: 方式0。 ☞接收前,务必先置位 REN=1 允许接收数据。
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串行口内部有两个物理上独立的接收、发送缓 冲器SBUF，它们占用同一地址99H，可同时发送、接 收数据。 串行口内的接收器采用的是双缓冲结构，它能 够在接收支的第一个字节从接收寄存器读走之前就 开始接收第二个字节（当然，如果第二个字节接收 完毕，而第一个字节仍然没有被读走，第二个字节 将被丢掉）。
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方式1为标准异步通信方式，它通过TXD端发送数 据，RXD端接收数据，通信格式为每帧10位，其中包 括有8个数据位（先低位后高位），一个起始位（0）， 一个停止位（1）。波特率可调：在8051中，波特率 由T1溢出率决定；在8052中，波特率由T1或T2的溢出 率决定。 ①方式1的发送 方式1的发送是由CPU向SBUF写入一个数据开始的。 当发出“写SBUF”信号时，启动发送器开始发送。当 SEND有效时，发送开始，首先将起始位送出TXD端； 此后每经过一个TX时钟周期，产生一个移位脉冲，并 由TXD输出一个数据位；8位数据全部发送完后，置位 TI，并申请置TXD为1作为停止位，再经一个TX时钟周 期， SEND无效。
2、电源控制寄存器 PCON（97H） ——特殊功能寄存器PCON不能按位寻址
PCON
SMOD
—
—
—
GF1
GF0
PD
1DL
☞ SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中， 是波特率加倍位 =1 时，波特率加倍 =0 时，波特率不加倍。 (在PCON中只有这一个位与串口有关)
☞ GF1,GF0：用户可自行定义使用的通用标志位 PD（PCON.1）：掉电方式位。当PD＝1时，激活 8051掉电工作方式。 IDL（PCON.0）：空闲方式位。当IDL＝1时，激 活8051空闲工作方式。
一、51单片机的串行口结构
SBUF （发） A 累 加 器 波 特 率 发 生 器
T1
引脚 (门)移位寄存器 TxD 发送控制器 TI
CPU
内 部
1
接收控制器 RI
去申请中断
SBUF （收）
引脚 移位寄存器
RxD
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串行口的结构 ☞两个同名的接收/发送缓冲寄存器SBUF 指令 MOV SBUF，A 启动一次数据发送,可向SBUF 再发送下一个数 指令 MOV A，SBUF 完成一次数据接收,SBUF可再 接收下一个数 ☞接收/发送数据,无论是否采用中断方式 工作,每接收/发送一个数据都必须用指 令对 RI/TI 清0，以备下一次收/发。 ☞串行口相关的SFR(SCON,PCON)
例1：利用串行口工作方式0扩展出8位并行I/O口， 驱动共阳LED数码管显示0—9。
+5V
VCC TxD RxD
A B
CLK
CLR
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共阳LED 数码管
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根据上图编写的通过串行口和 74LS164 驱动共阳LED数码管 (查表)显示0-9数字的子程序：
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串行口方式0的扩展应用——经常用到 串行口常用工作方式0扩展出并行I/O口， 工作方式1、2、3则常用于串行通信
VCC TxD RxD
+5V
A B A B A B CLK CLK CLK
CLR
CLR
CLR
h g f e d c b a
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h g f e d c b a
PCON
SMOD
—
—
—
GF1
GF0
PD
1DL
☞ PD：掉电控制位 =0：常规方式。 =1：掉电方式: 振荡器停振 片内RAM和SRF不变 P0—P3口维持原状 程序停止 只有复位能退出掉电
☞ IDL：待机控制位 =0：常规方式。 =1：待机方式： 振荡器继续振荡 中断,定时器,串口有效 片内RAM和SRF不变 CPU状态,P0—P3维持原状 程序停顿。 中断和复位能退出待机,继 续后面的程序。
h g f e d c b a
a
f
e
g d
共阳极
b
c h
累加器 A h g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 0C0H = “0” 1 0 1 1 0 0 0 0
☞再比如要显示“3” 须令a b c d g 为“0” 电平，e f h为“1”电平。
0B0H = “3”
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7．2
串行口及应用
8051单片机内部的串行口是一个全双工的串行 通信接口，即能同时进行串行发送和接收数据。它 可以作UART（通用异步接收和发送器）用，也可以 作同步移位寄存器用。
7．2．1
8051串行口
8051有一个可编程的全双工串行通信接口，可 用作UART，也可用作同步移位寄存器。
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第七章
8051串行口及串行通信技术
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串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送 串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速 率、数据块格式、信号电平……等）不同，形成 了多种串行通信的协议与接口标准。 常见的有： ☞通用异步收发器(UART)——本课程介绍的串口 ☞通用串行总线（USB） ☞I2C总线 ☞CAN总线 ☞SPI总线 ☞RS-485，RS-232C，RS422A标准……等等
二、串行口控制字及控制寄存器
通过特殊功能寄存器SCON和电源控制寄存器 PCON设置工作方式和波特率。
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串行口控制寄存器SCON(98H)
SCON
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
R1
☞ SM0，SM1：串行口4种工作方式的选择位。
0 0
1 1
0 方式0：8位同步移位寄存器I/O,波特率固定为 fosc/12 1 方式1：10位UART（1+8+1位）， 波特率可变,按公式计算 0 方式2：11位UART（1+8+1+1位）， 波特率固定=fosc x1/32或1/64 1 方式3：11位UART（1+8+1+1位）， 波特率可变，按公式计算
DSPLY:MOV DPTR, #TABLE MOVC A, @A+DPTR MOV SBUF, A JNB TI, $ CLR TI RET TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H DB 0B0H,99H,92H DB 82H,0F8H,80H,90H
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☞ SM2：串行口多机通信控制位 （作为方式2、方式3的附加控制位）
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·SM2－允许方式2和方式3的多机通信控制位， 如SM2＝1，则接收到的第9位数据位（RB8）为0时不 激活RI。对于方式1，如SM2＝1，则只有收到有效的停 止位时才会激活RI，对方式0，SM2应为0。 ·REN－串行接收允许位。由软件置位以允许接收，由 软件清0来禁止接收。 ·TB8－在方式2和方式3中要发送的第9数据位。由软件 置位或清0。 ·RB8－方式2和方式3中接收到的第9位数据。在方式1 中，如果SM2＝0，RB8是接收到的停止位。 对于方式0，该位没有被使用。 TB8 和RB8可用作奇偶校验位，也可在多机通信中作 为发送地址或数据帧的标志位。
② 方式1的接收 方式1接收时，数据从引脚RXD输入。接收是在 SCON寄存器中的标志位REN控制的，当REN＝1时，允 许接收器接收，接收的操作是从检测到RXD端上的输 入电平发生负跳变时开始的，而对RXD端的采样是以 16倍于波特率的速度进行，当检测到负跳信号时，立 即将内部的16分频计数器复位。16分频计数器的计数 脉冲是按接收的位时间来定义的，计数器的16个状态 将传送的每一个位时间分成16等分。并在每个位时间 的第7、第8、第9个状态时对RXD端进行采样，当采样 到的三个值中至少有二个相同时，这个值就被接收， 这样处理可以防止干扰。如果在第一个位时间接收到 的值不为0，则超始位无效，接收电路被复位，重新 开始搜索输入端上的负跳变。如果接收到的超始位有 效，则将其移入接收移位寄存器，并开始接收本帧的 其余部分信息。
a f g d
共阳极
b
e
c
h
累加器 A h g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 0C0H = “0” 1 0 1 1 0 0 0 0
0B0H = “3”
工作方式1:11位UART(1+8+1位)波特率可变
☞常用于串行通讯。除发/收8位数据外，还 在D0位前有一个起始位“0”； 在D7位后有一个停止位“1”。 ☞方式1工作时： 发送端自动添加一个起始位和一个停止位； 接收端自动去掉一个起始位和一个停止位。 ☞波特率可变 ——用定时器T1作波特率发生器： 公式：波特率 =（2SMOD/32）T1的溢出率
《单片微机原理及应用》教学课件
7．1 串行通信基本知识
7．1．1 数据通信
◆ 通信：信息交换。计算机的CPU与外部设备之间进行信息 交 换，一台计算机与其它计算机之间进行信息交换。 ◆ 通信方式：并行通信和串行通信。根据信息传送的距离决 定通信方式。 一般地，如果距离小于30m，可采用并行通信方式；距离大于30m， 则采用串行通信方式。 ◆ 并行通信：指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的 通信方式。 ◇ 优点：传送速度快； ◇ 缺点：传送距离短，连接线多，还要有应答信号线。 ◆ 串行通信：指数据是一位一位按顺序传送（发送或接收） 的通信方式。 ◇ 优点：传送距离长，连接线少，大大降低了传送成本； ◇ 缺点：传送速度慢。
7.1.2
串行通信的传输方式
7.1.3
7.1.4
异步通信和同步通信
串行通信的过程及通信协议
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串行通信协议
通信协议：对数据传送方式的规定，包括数据格 式定义和数据位定义等。 1、起始位 起始位逻辑低电平（“0”信号），它的 作用就是设备同步。 2、数据位 数据位的个数可以是5，6，7或8位。在字 符数据传送过程中，数据位从最低位开始发送， 依次顺序在接收设备中被转换为并行数据。 3、奇偶校验位 奇校验、偶校验或不校验。也可用这 一位（1/0）来确定这一帧中的字符所代表信息的 性质（地址/数据等）。 4、停止位 一个字符数据的结束标志，可以是1位， 1.5位或2位的高电平。 5、波特率设置 每一位的信号持续时间，以每秒多 少个二进制位来衡量。 6、握手信号约定