第5章80C51单片机的串行口
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
波特率/（b/s） TH1初值 SMOD 19.2 k FDH 1 9600 FDH 0 4800 FAH 0 2400 F4H 0 1200 E8H 0
2016/11/14
31
串行口初始化步骤
确定T1的工作方式（TMOD） 计算T1的初值，装载TH1、TL1 启动T1（置位TR1） 确定串行口工作方式（SCON） 串口中断设置（IE、IP）
起始位：1位 数据位：9位 停止位：1位
2016/11/14 28
串行发送：（写SBUF启动发送过程）
写入SBUF TXD TI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 TB8
停止位
串行接收：(置REN=1启动接收过程)
RXD 位采样脉冲 RI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RB8
停止位
串行接收：(置REN=1启动接收过程)
RXD 位采样脉冲 RI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
停止位
2016/11/14
27
方式2和方式3：11位帧，用于多机通信
1帧共11位 空 闲 起 始 位 D0 LSB 数据位9位 D7 MSB 停 止 位 空 闲
RB8/TB8
PCON
SMOD
字节地址：97H
SMOD：波特率倍增位。在串行口方式 1、方式 2、 方式 3 时，波特率与 SMOD 有关，当 SMOD=1 时，波 特率提高一倍。复位时，SMOD=0。
2016/11/14
22
6.2.3
80C51串行口的工作方式
方式0：同步移位寄存器，用于扩展并行口 RXD：输入或输出引脚 TXD：移位脉冲输出引脚 发送和接收都是8位 波特率固定为：fosc/12
TXD RXD 计 算 机 甲
TXD RXD 计 算 机 乙
无联络线方式
联络线短接（伪连接）方式
2016/11/14
15
RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路
早期采用MC1488、MC1489 近期常用MAXM232： 片内带有自升压电路 仅需+5V电源 内含2个发送器，2个接收器
2016/11/14
2016/11/14
32
6.3 80C51单片机的串行口应用
6.3.1 利用单片机串口的并行I/O扩展
P1.1 P1.0
F 0 E 1 D 2 C 3 B 4 A 5 9 6 8 7
占用串口！
QA QB QC QD QE QF QG QH CP
74LS164
B QA QB QC QD QE QF QG QH QA QB QC QD QE QF QG QH
6.1.2
百度文库
串行通信接口标准
RS-232C定义的是DTE与DCE间的接口标准。
机械特性
1 13 1 5
14
25
6
9
DB-25（阳头）连接器
DB-9（阳头）连接器
阳头通常用于计算机侧，阴头用于连接线侧
2016/11/14
11
功能特性
插针序号 1 2（ 3） 3（ 2） 4（ 7） 信号名称 PGND TXD RXD RTS 保护接地 发送数据（串行输出） 接收数据（串行输入） 请求发送 DTE→DCE DTE←DCE DTE→DCE 功能 信号方向
数据输入：
REN=1 RI=0 RXD（数据输入） D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
TXD（移位脉冲）
VCC RXD Q D0 80C51 TXD P1.0 74LS165 CLK S/L D7 INH K7 R0
10K*8 R7
K0
S/L下降沿将并行数 据装入，高电平启动 数据移入。
第6章 80C51单片机的串行口
6.1
计算机串行通信基础
6.2
80C51单片机的串行口
6.3
80C51单片机的串行口应用
2016/11/14
1
6.1 计算机串行通信基础
通信：并行通信与串行通信
并行通信
0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
时钟 D7 0 1 1 D6 D5 : : : D1 D0
80C51
RXD
A A B
TXD P1.2
&
CP
a b c d e f g dp a b c d e f g dp
+5V
74LS164
300Ω× 2
A B CP
74LS164
2016/11/14
33
6.3.2
单片机与PC机间的通信
单片机端的电平转换
+5V
+ 1 3 + 11 12 10 9 4 5 16 2 6 +
过程特性
远程通信，需要调制解调器
TXD 计 算 机 RXD RTS DSR
M O D E M
电话线
M O D E M
TXD RXD RTS DSR 计 算 机
2016/11/14
14
近程通信，不需要调制解调器
TXD RXD 计 4 算 5 6 机 甲 20 TXD RXD 计 4 算 5 6 机 20 乙
发送 设备
接收 设备
选通 状态
0 1 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
特点：传送控制简单、速度快，但传输线较多，成本高。
2016/11/14 2
串行通信
发送 设备
0 1 1 0 1 1 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TXD
时钟
接收 设备
数据线
0 1 0 1 1 0 1 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
2016/11/14
23
数据输出：
写入SBUF RXD（数据） TXD（移位脉冲） TI（中断标志）
R0 D0
TCY
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
RXD
A B
Q0
80C51 TXD P1.0
74LS164 CLK CR Q7 R7 1K*8
24
CR用于对74LS164清0
2016/11/14
D7
方 式 0 1 2 3
说 移位寄存器
明
波特率 fosc/12 可变 fosc/64或fosc/32 可变
10位UART（8位数据） 11位UART（9位数据） 11位UART（9位数据）
19
SM2：多机通信控制位
SM2=1时,接收机地址帧甄别使能 。 若RB8＝1，接收的信息可进入SBUF，并使RI为1， 进而在中断服务中再进行地址号比较; 若RB8＝0，该帧不接收，丢弃掉，且保持RI=0。 SM2=0时，接收机地址帧甄别禁止。不论收到的 RB8为0或1，均可以使接收帧进入SBUF，并使 RI=1。此时的RB8通常为校验位。 REN：串行接收使能位，软件置1时，启动接收过程
+10V -10V
80C51
TXD RXD
MAX232
+
T1IN R1OUT T2IN R2OUT
T1OUT R1IN T2OUT R2IN
14 13 7 8
5（ 8）
6（ 6） 7（ 5）
CTS
DSR SGND
允许发送
DCE就绪（数据建立就绪） 信号接地
DTE←DCE
DTE←DCE
8（ 1）
20（4） 22（9）
DCD
DTR RI
载波检测
振铃指示
DTE←DCE
DTE←DCE
DTE就绪（数据终端准备就绪） DTE→DCE
2016/11/14
12
电气特性
16
采用RS-232C接口存在的问题 传输距离短、速率低 通常不超过15米，速率20Kbps
有电平偏移
RS-232收发共地，地电流会使电平偏移出现逻辑错误。
抗干扰能力差 RS-232单端输入，易混入干扰。（故用大摆幅）
新标准RS-485改善了传输特性，应用广泛！
2016/11/14 17
6.2 80C51单片机的串行口
2016/11/14 20
TB8：多机方式发送的第9位
发送的地址/数据帧标志。也可作为奇偶校验位。
RB8：多机方式接收的第9位
接收的地址/数据帧标志。也可作为奇偶校验位。
TI：发送中断标志位，要由软件清0 RI：接收中断标志位，要由软件清0
2016/11/14 21
电源控制寄存器PCON
7 6 5 4 3 2 1 0
电话网
DCE DCE
DTE
调制解调器 调制 解调
DTE
DTE：数据终端设备 DCE：数据通信设备
2016/11/14
7
串行通信的错误校验
奇偶校验 发送字符时，数据位尾随1位奇偶校验位（1或 0）。奇校验时，数据中‚1”的个数与校验位 ‚1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中 ‚1”的个数与校验位‚1”的个数之和应为偶数。 接收字符时，对‚1”的个数进行校验，若发现 不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。
D1 D0
0 1
D2(1)
RXD
T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
特点：传送控制复杂、速度慢，传输线少，成本低
2016/11/14 3
6.1.1
串行通信的基本概念
异步通信与同步通信
异步通信
以“0”作为起始 以“1”作为停止 各帧间隔时间任意
发送 设备
10100100 0
TXD
接收 设备
2016/11/14 18
6.2.2 80C51串行口的控制寄存器 串行口控制寄存器SCON
7 SCON SM0 6 SM1 5 SM2 4 REN 3 TB8 2 RB8 1 TI 0 RI 字节地址：98H
SM0和SM1：工作方式选择位
SM0 0 0 1 1
2016/11/14
SM1 0 1 0 1
2016/11/14
30
波特率的选择 若晶振为12MHz，TH1初值取FDH，依公式算出的波特 率为10416.6…； TH1初值取FCH，为7812.5。 波特率要选择标称值，由于TH1的初值是整数，为了 获得标称值，依公式晶振频率要选11.0592MHz。
方式1和方式3波特率与TH1初值的对应关系：
传输速率
等时间间隔信号称为码元 每个码元可以携带n位信息
基带传输（每个码元带有‚1”或‚0”这1 bit信息)。 波特率：每秒钟传送信息的位数，单位：波特（Baud）
常用波特率为：2400、4800、 9600、14.4K、19.2K等
传输距离与传输速率的关系
传输距离随波特率的增加而减小。
2016/11/14 10
2016/11/14 8
代码和校验
发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产 生的校验和字节附加到数据块的末尾。
接收方在接收数据时要对数据块（除校验字节外） 求和（或各字节异或），将所得的结果与收到的 ‚校验和‛进行比较，两者相符则无差错，否则 就认为传送过程出现了差错。
2016/11/14
9
传输速率与传输距离
1 11100110
RXD
1 10100100 0
1 11100110 0
收、发设备时钟独立，以字符(帧)为单位传输
2016/11/14 4
异步通信帧格式
空 闲 起 始 位 一个字符帧 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
D0
D7
起始位（１位）； 数据位（８位）； 奇偶校验位（１位，可无校验位）；
停止位
2016/11/14
29
6.2.4
80C51波特率确定与初始化步骤
波特率的确定 波特率的计算 固定波特率： 方式0波特率= fosc/12 SMOD 方式2波特率=（2 /64）* fosc
可变波特率：(方式1、方式3) 波特率=（2
SMOD
/32）*（T1溢出率）
T1溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}
2016/11/14
25
方式1：10位帧，用于双机通信
空 闲 起 始 位 D0 LSB 1帧共10位 数据位8位 D7 MSB 停 止 位 空 闲
起始位：1位 数据位：8位 停止位：1位
2016/11/14 26
串行发送：（写SBUF启动发送过程）
写入SBUF TXD TI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
1个全双工串口：通信或接口扩展
6.2.1 80C51串行口的结构
99H
SBUF 写SBUF TH1 TL1 发送控制器 1 T1溢出率 读SBUF ÷2 0 SMOD ÷16 接收控制器
TXD 控制门 TI 去中断逻辑
≥1
RI RXD
SBUF 99H
移位寄存器
接收发送缓冲器逻辑同名、物理分开；接收双缓冲。
RS-232C采用负逻辑电平，规定（-3～-25V）为逻辑‚1”， （+3～+25V）为逻辑‚0”。-3V～+3V是未定义的过渡区。 试比较：
V
+5 1 2 0.8 0 0
0 1 0 1
V
+25 +3 -3
0 1 0 1
0
t
t
1
-25 RS232电平
TTL电平
电平转换电路（如MAX232）。
2016/11/14 13
停止位（１位）。
特点
易于实现 效率不高
同步通信（发、收时钟直接连接，效率高。板内元件间的SPI接口）
2016/11/14 5
串行通信的传输方向
单工
发送 接收
半双工
发送
时间1
接收
接收
时间2
发送
全双工
发送 接收 发 送 接收
80C51有1个全双工串行口
2016/11/14
6
信号的调制与解调
RS-232C RS-232C
2016/11/14
31
串行口初始化步骤
确定T1的工作方式（TMOD） 计算T1的初值，装载TH1、TL1 启动T1（置位TR1） 确定串行口工作方式（SCON） 串口中断设置（IE、IP）
起始位：1位 数据位：9位 停止位：1位
2016/11/14 28
串行发送：（写SBUF启动发送过程）
写入SBUF TXD TI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 TB8
停止位
串行接收：(置REN=1启动接收过程)
RXD 位采样脉冲 RI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RB8
停止位
串行接收：(置REN=1启动接收过程)
RXD 位采样脉冲 RI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
停止位
2016/11/14
27
方式2和方式3：11位帧，用于多机通信
1帧共11位 空 闲 起 始 位 D0 LSB 数据位9位 D7 MSB 停 止 位 空 闲
RB8/TB8
PCON
SMOD
字节地址：97H
SMOD：波特率倍增位。在串行口方式 1、方式 2、 方式 3 时，波特率与 SMOD 有关，当 SMOD=1 时，波 特率提高一倍。复位时，SMOD=0。
2016/11/14
22
6.2.3
80C51串行口的工作方式
方式0：同步移位寄存器，用于扩展并行口 RXD：输入或输出引脚 TXD：移位脉冲输出引脚 发送和接收都是8位 波特率固定为：fosc/12
TXD RXD 计 算 机 甲
TXD RXD 计 算 机 乙
无联络线方式
联络线短接（伪连接）方式
2016/11/14
15
RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路
早期采用MC1488、MC1489 近期常用MAXM232： 片内带有自升压电路 仅需+5V电源 内含2个发送器，2个接收器
2016/11/14
2016/11/14
32
6.3 80C51单片机的串行口应用
6.3.1 利用单片机串口的并行I/O扩展
P1.1 P1.0
F 0 E 1 D 2 C 3 B 4 A 5 9 6 8 7
占用串口！
QA QB QC QD QE QF QG QH CP
74LS164
B QA QB QC QD QE QF QG QH QA QB QC QD QE QF QG QH
6.1.2
百度文库
串行通信接口标准
RS-232C定义的是DTE与DCE间的接口标准。
机械特性
1 13 1 5
14
25
6
9
DB-25（阳头）连接器
DB-9（阳头）连接器
阳头通常用于计算机侧，阴头用于连接线侧
2016/11/14
11
功能特性
插针序号 1 2（ 3） 3（ 2） 4（ 7） 信号名称 PGND TXD RXD RTS 保护接地 发送数据（串行输出） 接收数据（串行输入） 请求发送 DTE→DCE DTE←DCE DTE→DCE 功能 信号方向
数据输入：
REN=1 RI=0 RXD（数据输入） D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
TXD（移位脉冲）
VCC RXD Q D0 80C51 TXD P1.0 74LS165 CLK S/L D7 INH K7 R0
10K*8 R7
K0
S/L下降沿将并行数 据装入，高电平启动 数据移入。
第6章 80C51单片机的串行口
6.1
计算机串行通信基础
6.2
80C51单片机的串行口
6.3
80C51单片机的串行口应用
2016/11/14
1
6.1 计算机串行通信基础
通信：并行通信与串行通信
并行通信
0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
时钟 D7 0 1 1 D6 D5 : : : D1 D0
80C51
RXD
A A B
TXD P1.2
&
CP
a b c d e f g dp a b c d e f g dp
+5V
74LS164
300Ω× 2
A B CP
74LS164
2016/11/14
33
6.3.2
单片机与PC机间的通信
单片机端的电平转换
+5V
+ 1 3 + 11 12 10 9 4 5 16 2 6 +
过程特性
远程通信，需要调制解调器
TXD 计 算 机 RXD RTS DSR
M O D E M
电话线
M O D E M
TXD RXD RTS DSR 计 算 机
2016/11/14
14
近程通信，不需要调制解调器
TXD RXD 计 4 算 5 6 机 甲 20 TXD RXD 计 4 算 5 6 机 20 乙
发送 设备
接收 设备
选通 状态
0 1 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
特点：传送控制简单、速度快，但传输线较多，成本高。
2016/11/14 2
串行通信
发送 设备
0 1 1 0 1 1 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TXD
时钟
接收 设备
数据线
0 1 0 1 1 0 1 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
2016/11/14
23
数据输出：
写入SBUF RXD（数据） TXD（移位脉冲） TI（中断标志）
R0 D0
TCY
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
RXD
A B
Q0
80C51 TXD P1.0
74LS164 CLK CR Q7 R7 1K*8
24
CR用于对74LS164清0
2016/11/14
D7
方 式 0 1 2 3
说 移位寄存器
明
波特率 fosc/12 可变 fosc/64或fosc/32 可变
10位UART（8位数据） 11位UART（9位数据） 11位UART（9位数据）
19
SM2：多机通信控制位
SM2=1时,接收机地址帧甄别使能 。 若RB8＝1，接收的信息可进入SBUF，并使RI为1， 进而在中断服务中再进行地址号比较; 若RB8＝0，该帧不接收，丢弃掉，且保持RI=0。 SM2=0时，接收机地址帧甄别禁止。不论收到的 RB8为0或1，均可以使接收帧进入SBUF，并使 RI=1。此时的RB8通常为校验位。 REN：串行接收使能位，软件置1时，启动接收过程
+10V -10V
80C51
TXD RXD
MAX232
+
T1IN R1OUT T2IN R2OUT
T1OUT R1IN T2OUT R2IN
14 13 7 8
5（ 8）
6（ 6） 7（ 5）
CTS
DSR SGND
允许发送
DCE就绪（数据建立就绪） 信号接地
DTE←DCE
DTE←DCE
8（ 1）
20（4） 22（9）
DCD
DTR RI
载波检测
振铃指示
DTE←DCE
DTE←DCE
DTE就绪（数据终端准备就绪） DTE→DCE
2016/11/14
12
电气特性
16
采用RS-232C接口存在的问题 传输距离短、速率低 通常不超过15米，速率20Kbps
有电平偏移
RS-232收发共地，地电流会使电平偏移出现逻辑错误。
抗干扰能力差 RS-232单端输入，易混入干扰。（故用大摆幅）
新标准RS-485改善了传输特性，应用广泛！
2016/11/14 17
6.2 80C51单片机的串行口
2016/11/14 20
TB8：多机方式发送的第9位
发送的地址/数据帧标志。也可作为奇偶校验位。
RB8：多机方式接收的第9位
接收的地址/数据帧标志。也可作为奇偶校验位。
TI：发送中断标志位，要由软件清0 RI：接收中断标志位，要由软件清0
2016/11/14 21
电源控制寄存器PCON
7 6 5 4 3 2 1 0
电话网
DCE DCE
DTE
调制解调器 调制 解调
DTE
DTE：数据终端设备 DCE：数据通信设备
2016/11/14
7
串行通信的错误校验
奇偶校验 发送字符时，数据位尾随1位奇偶校验位（1或 0）。奇校验时，数据中‚1”的个数与校验位 ‚1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中 ‚1”的个数与校验位‚1”的个数之和应为偶数。 接收字符时，对‚1”的个数进行校验，若发现 不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。
D1 D0
0 1
D2(1)
RXD
T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
特点：传送控制复杂、速度慢，传输线少，成本低
2016/11/14 3
6.1.1
串行通信的基本概念
异步通信与同步通信
异步通信
以“0”作为起始 以“1”作为停止 各帧间隔时间任意
发送 设备
10100100 0
TXD
接收 设备
2016/11/14 18
6.2.2 80C51串行口的控制寄存器 串行口控制寄存器SCON
7 SCON SM0 6 SM1 5 SM2 4 REN 3 TB8 2 RB8 1 TI 0 RI 字节地址：98H
SM0和SM1：工作方式选择位
SM0 0 0 1 1
2016/11/14
SM1 0 1 0 1
2016/11/14
30
波特率的选择 若晶振为12MHz，TH1初值取FDH，依公式算出的波特 率为10416.6…； TH1初值取FCH，为7812.5。 波特率要选择标称值，由于TH1的初值是整数，为了 获得标称值，依公式晶振频率要选11.0592MHz。
方式1和方式3波特率与TH1初值的对应关系：
传输速率
等时间间隔信号称为码元 每个码元可以携带n位信息
基带传输（每个码元带有‚1”或‚0”这1 bit信息)。 波特率：每秒钟传送信息的位数，单位：波特（Baud）
常用波特率为：2400、4800、 9600、14.4K、19.2K等
传输距离与传输速率的关系
传输距离随波特率的增加而减小。
2016/11/14 10
2016/11/14 8
代码和校验
发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产 生的校验和字节附加到数据块的末尾。
接收方在接收数据时要对数据块（除校验字节外） 求和（或各字节异或），将所得的结果与收到的 ‚校验和‛进行比较，两者相符则无差错，否则 就认为传送过程出现了差错。
2016/11/14
9
传输速率与传输距离
1 11100110
RXD
1 10100100 0
1 11100110 0
收、发设备时钟独立，以字符(帧)为单位传输
2016/11/14 4
异步通信帧格式
空 闲 起 始 位 一个字符帧 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
D0
D7
起始位（１位）； 数据位（８位）； 奇偶校验位（１位，可无校验位）；
停止位
2016/11/14
29
6.2.4
80C51波特率确定与初始化步骤
波特率的确定 波特率的计算 固定波特率： 方式0波特率= fosc/12 SMOD 方式2波特率=（2 /64）* fosc
可变波特率：(方式1、方式3) 波特率=（2
SMOD
/32）*（T1溢出率）
T1溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}
2016/11/14
25
方式1：10位帧，用于双机通信
空 闲 起 始 位 D0 LSB 1帧共10位 数据位8位 D7 MSB 停 止 位 空 闲
起始位：1位 数据位：8位 停止位：1位
2016/11/14 26
串行发送：（写SBUF启动发送过程）
写入SBUF TXD TI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
1个全双工串口：通信或接口扩展
6.2.1 80C51串行口的结构
99H
SBUF 写SBUF TH1 TL1 发送控制器 1 T1溢出率 读SBUF ÷2 0 SMOD ÷16 接收控制器
TXD 控制门 TI 去中断逻辑
≥1
RI RXD
SBUF 99H
移位寄存器
接收发送缓冲器逻辑同名、物理分开；接收双缓冲。
RS-232C采用负逻辑电平，规定（-3～-25V）为逻辑‚1”， （+3～+25V）为逻辑‚0”。-3V～+3V是未定义的过渡区。 试比较：
V
+5 1 2 0.8 0 0
0 1 0 1
V
+25 +3 -3
0 1 0 1
0
t
t
1
-25 RS232电平
TTL电平
电平转换电路（如MAX232）。
2016/11/14 13
停止位（１位）。
特点
易于实现 效率不高
同步通信（发、收时钟直接连接，效率高。板内元件间的SPI接口）
2016/11/14 5
串行通信的传输方向
单工
发送 接收
半双工
发送
时间1
接收
接收
时间2
发送
全双工
发送 接收 发 送 接收
80C51有1个全双工串行口
2016/11/14
6
信号的调制与解调
RS-232C RS-232C