单片机课件第八章

部分组成，如图8-1所示。现对各部分结构和功能分述如下：

起始位：位于字符帧开头，只占1位，始终为逻辑0低电平，用于向接收设备表示
发送端开始发送一帧信息。

数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前高 位在后。若所传数据为ASCII字符，则常取7位。 奇偶校验位：位于数据位后，仅占1位，用于表征串行通信中使用奇校验还是偶 校验，由用户根据需要决定。 停止位：位于字符帧末尾，为逻辑“1”高电平，通常可取1位、1.5位或2位，用 于向接收端表示一帧字符信息已发送完毕，也为发送下一帧字符做准备。
速度和效率较低。要改变数据信息的传输方向必须通过软件编程双方均需进
行方向切换，由方向切换所产生的延时较长，由无数次重复切换所引起的延 时积累，正是半双工串行通信效率不高的主要原因。克服上述半双工缺点的
方法是采用信道划分技术，即一方的发送端与另一方的接收端用一根专用的
信息传输线相连接，再用另一根信息传输线相反方向连接。所谓全双工方式， 就是采用两根通信传输线各自连接发送与接收端，从而实现数据信息的双向 传输。这样，可方便地同时实施接收、发送数据信息的双向传输，大大提高 了数据信息的传输速率和效率，操作简单而方便，故而得以被广泛应用。

在方式1时，如果SM2=1，则只有收到有效的停止位时才会激活RI。


在方式0时，SM2必须为0。
REN：允许串行接收位。由软件置1或清0。若REN=1，允许串行口接收数据； 若REN=0，禁止串行口接收数据。

TB8：发送的第9位数据。在方式2和3时，TB8是要发送的第9位数据。其值
由软件置1或清0。在双机通信时，TB8一般作为奇偶校验位使用；在多机通 信中用来表示主机发送的是地址帧还是数据帧，TB8=1为地址帧，TB8=0为
送端向接收端传输数据信息，而不能反过来传输。

(2)半双工方式 半双工方式的串行通信系统中设有接收器和发送器，通过控制电子模拟开关进行切换，两台 串行通信设备或计算机之间只用一根通信传输线相互连接。这样，通信双方可以相互进行数
据信息的接收或发送，但在同一时间仍只能单方向传输，不能同时进行接收和发送。由于只
3.工作方式 2
图 8-4 方式 2 帧格式 串行数据通过 TXD 发送，RXD 接收。每帧数据均为 11 位，包括 1 位起始位，8 位数 据位，1 位可程控位，即 1 或 0 的第 9 位以及 1 位停止位，如图 8-4 所示。此方式下波特 率由下式确定：
2SMOD f osc 方式 2 的波特率= 64

接收操作在RI=0和REN=1条件下进行，这点与方式0时相同。当接收电路连 续8次采样到RXD线为低电平时，相应检测器便可确认RXD线上有了起始位。 在接收到停止位时，接收电路必须同时满足以下两个条件：RI=0且SM2=0
或接收到的停止位为“1”，才能把接收到的8位字符存入“SBUF（接收）”
中，当一帧数据接收完毕后，将SCON中的RI置1，通知CPU从SBUF取走接收 到的数据。

AT89S51单片机的串行接口有4种工作模式，可通过对SCON中的SM0、
SM1位的设置选择。

1.工作方式0 在方式0下，串行口的SBUF是作为同步移位寄存器使用的。在串行口发送时，
“SBUF(发送)”相当于一个并入串出的移位寄存器，由AT89S51单片机的内
部总线并行接收8位数据，并从TXD线串行输出；在接收操作时，“SBUF （接收）”相当于一个串入并出的移位寄存器，从RXD线接收一帧串行数据， 并把它并行地送入内部总线。在方式0下，SM2、RB8和TB8均不起作用，它 们通常均应设置为“0”状态。
传输速度越快。

异步通信的优点是不需要传送同步脉冲，字符帧长度也不受限制，故所需设
备简单，缺点是字符帧中因包含有起始位和停止位而降低了有效数据的传输
速率。

同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。
这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符，但它
们均由同步字符、数据字符和校验字符三部分组成。

【知识目标】


1.掌握串行口的工作原理及相关的特殊功能寄存器。
2.熟悉标准串行接口的硬件接口设计。 3.掌握串行通信程序的设计。 【技能目标】 1.掌握串行口的硬件接口电路设计及软件驱动程序设计。 2.掌握基于Proteus的串行通信接口电路的仿真调试。

8.1串行通信的相关概念


8.2 AT89S51单片机的串行口
8.3串行口的工作方式 8.4波特率的设定 8.5单片机的串行通信接口技术 8.6案例： 双机通信

8.1.1数据通信的方式

按照串行数据的同步方式，串行通信可以分为同步通信和异步通信两类。同
步通信是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收，异步通信是一种 利用字符的再同步技术的通信方式。 1．异步通信 在异步通信中，数据通常以字符（或字节）为单位组成字符帧传送。字符帧 由发送端逐帧发送，通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以 由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。 在异步通信中，字符帧格式和波特率是两个重要指标，由用户根据实际情况 选定。 (1)字符帧。字符帧也称数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位4
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，在中 断服务程序中向SBUF写入要发送的下一帧数据。TI必须由软件清0。

RI：接收中断标志位。串行口在工作方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬
件置1。在其它工作方式中，串行口接收到停止位时，该位置1。RI=1，表 示一帧数据接收完毕，并申请中断，要求CPU从接收SBUF取走数据。该位的 状态也可供软件查询。RI必须由软件清0。
寄存器的RB8位，直至完成一帧数据后将RI置1，当串口接收缓冲器接收到一
帧数据时，可以执行MOV A,SBUF指令进行读取。

与串行通信相关的寄存器有：SBUF、SCON、PCON和IE。
SCON 是 AT89S51 单片机可位寻址的特殊功能寄存器，主要用于控制串口的数据通 信。单元地址是 98H，复位后位 00H。各位的定义如表 8-1 所示： 表 8-1 SCON 各位定义 位 名 称 位 地 址 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
工作方式 工作方式 0 工作方式 1 工作方式 2 工作方式 3
功能简述 移位寄存器工作方式，波特率为 8 位数据异步收发，波特率可变 9 位数据异步收发，波特率为 /32 或 /64 /12
9 位数据异步收发，波特率可变
SM2：多机通信控制位。因为多机通信是在方式2和方式3下进行的，因此， SM2位主要用于方式2和方式3中。当串行口以方式2或方式3接收时，如果 SM2=1，则只有当接收到的第9位数据(RB8)为1时，才将接收到的前8位数 据送入SBUF，并将RI置1，产生中断请求；当接收到的第9位数据(RB8)为0 时，则将接收到的前8位数据丢弃。而当SM2=0时，则不论第9位数据是1还 是0，都将前8位数据送入SBUF中，并将RI置1，产生中断请求。

在串行口方式0下工作并非是一种同步通信方式。它的主要用途是和外部同 步移位寄存器外接，以达到扩张一个并行I/O口的目的。
2.工作方式 1 串行数据通过 TXD 发送，RXD 接收。一帧数据是 10 位，包括 1 位起始位，8 位数 据为和 1 位停止位，如图 8-3 所示。波特率是可变的，由定时器 1 溢出率和 SMOD 共同 决定。方式 1 的波特率由下式确定：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第9位数据可以自己定义，一般在双机通信时作为奇偶校验位，多机通信时
作为地址/数据的标志位。发送前，先根据通信协议由软件设置TB8，然后将
要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，并 装入到第9位数据位的位置，再逐一发送出去。发送完毕，则使TI位置1。

当串行口的SCON寄存器的SM0、SM1两位为10，且REN=1时，允许串行口



在串行通信中，发送端逐帧发送信息，接收端逐帧接收信息。两相邻字符帧之间
可以无空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户根据需要决定。图8-1 (b)中有三 个空闲位时的字符帧格式。

波特率的是每秒钟传送二进制数码的位数（亦称比特数），单位是bps。波
特率是串行通信的重要指标，用于表征数据传输的速度。波特率越高，数据
PCON 是电源控制寄存器，不能位寻址。地址为 87H。各位的定义如表 8-3 所示： 表 8-3 PCON 各位定义 位 称 SMO D — — — GF1 GF0 PD IDL
其中，与串行通信相关的位是 SMOD。 SMOD：串行口波特率系数控制位。若 SMOD=1，方式 1、方式 2 和方式 3 的波特率 加倍。若 SMOD=0，各工作方式的波特率保持不变。

同步通信的数据传输速率较高，通常可达56Mbps或更高。同步通信的缺点
是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，故发送时钟除应和发送波特率保
持一致外，还要求把它同时传送到接收端。

一般情况下，串行通信中数据信息的传输总是在两个通信端口之间进行的。根据数据信息的
传输方向可分为以下几种方式：

(1)单工方式 在串行通信单工方式下，用一根通信传输线的一端与发送方相连接，称为发送端，其另一端 与接收方相连接，称为接收端。数据信息只允许按照一个固定的单方向传送，也就是只能发
9FH
9EH
9DH
9CH
9BH
9AH
99H
98H
位 SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0 号 SM0 SM1：串行口 4 种工作方式的选择位。如表 8-2 所示。
表 8-2 串行通信工作方式 SM0 0 0 1 1

SM1 0 1 0 1
数据帧。

RB8：接收到的第9位数据。在方式2和3时，RB8存放接收到的第9位数据。 在方式1，如果SM2=0，RB8接收到的是停止位。在方式0，不使用RB8。

TI：发送中断标志位。串行口工作在方式0时，串行发送第8位数据结束时由
硬件置1，在其他工作方式，串行口发送停止位的开始时置1。TI=1，表示
有一根通信传输线，所以每次只能从一方传输给另一方，要改变传输方向时，必须通过电子 模拟开关互相切换，即由一方的接收切换成发送，另一方由发送切换成接收状态，然后才能 进行反方向数据信息的传输。其优点是节省了一根通信传输线，其缺点是显而易见的。

半双工通信方式只用一根通信传输线进行数据信息的接收或发送，其通信的
2SMOD 定时器T1的溢出率 方式 1 波特率= 32
图 8-3 方式 1 帧格式

发送操作是在TI=0时，执行MOV SBUF，A指令后开始，然后发送电路自动
在8位发送字符前后分别添加1位起始位和停止位，并在移位脉冲作用下在
TXD线上依次发送一帧信息，发送完后自动维持TXD线为高电平。TI也由硬 件在发送停止位时置位，并通知CPU数据发送已经结束，可以发送下一帧数 据。
以方式2接收数据。接收时，数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测 逻辑采样到RXD引脚从l到0的负跳变，并判断起始位有效后，便开始接收一 帧信息。在接收完第9位数据后，如果RI=0且SM2=0或接收到的第9位数据 位RB8=1。则将接收到的数据送入SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入 RB8，将RI置1。否则，接收的信息将被丢弃。

数据缓冲寄存器SBUF用于保存要发送的数据或者从串口接收到的数据，
CPU执行写 MOV SBUF,A指令便开始触发串口数据的发送。SBUF便一位一
位地发送数据，发送完成后置标志TI=1；在CPU允许接收串行数据的时，外 部串行数据经RXD送入SBUF时，电路便自动启动接收，第9位则装入SCON

AT89S51单片机内部有一个全双工的异步通信串口。


8.2.1串行口结构
AT89S51单片机的串口由2个数据缓冲器、1个移位寄存器和1个串行控制寄 存器等组成，如图8-2所示。数据缓冲器由串行接收缓冲器和发送缓冲器构
成，它们在物理上是独立的，既可以接收数据也可以发送数据，还可以同时
发送和接收数据。接收缓冲器只能读出，不能写入，而发送缓冲器则只能写 入，不能读出，它们共用一个地址(99H)。