MCS-51单片机串行接口

第七章MCS-51单片机串行接口

第一节串行通信的基本概念

(一)学习要求

1．掌握串行通信的基本概念。

2. 掌握异步通信和同步通信的区别。

（二）内容提要

一：基本概念及分类

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、计算机与外部设备之间的远距离通信。

串行通信从传输方式分为：

单工方式、半双工方式、全双工方式。

从接收方式来说，串行通信有两种方式：

异步通信方式、同步通信方式。

二：串行口的功能

MCS－51单片机中的异步通信串行接口能方便地与其他计算机或传送信息的外围设备（如串行打印机、CPU终端等）实现双机、多机通信。

串行口有4种工作方式，见表7－1。方式0并不用于通信，而是通过外接移位寄存器芯片实现扩展并行I／O接口的功能。该方式又称为移位寄存器方式。方式1、方式2、方式3都是异步通信方式。方式1是8位异步通信接口。一帧信息由10位组成，其格式见图7－2a。方式1用于双机串行通信。方式2、方式3都是9位异步通信接口、一帧信息中包括9位数据，1位起始位，1位停止位，其格式见图７－2b。方式2、方式3的区别在于波特率不同，方式2、方式3主要用于多机通信，也可用于双机通信。

表7-1

（三）习题与思考题

１、什么是并行通信什么是串行通信各有何优缺点

答：并行通信指数据的各位同时传输的通信方式，串行通信是指各位数据逐位顺序传输的通信方式。

２、什么是异步通信什么是同步通信各有何优缺点

３、什么是波特率某异步串行通信接口每分钟传送1800个字符，每个字符由11位组成，请计算出传送波特率。

第二节MCS-51串行接口的组成

(一)学习要求

(1) 了解串行接口的结构。

(2) 了解串行接口的控制与状态寄存器工作原理。

（二）内容提要

一：串行接口的结构

串行接口主要由发送数据缓冲器、发送控制器、输出控制门、接收数据缓冲器、接收控制器、输入移位寄存器、波特率发生器T1等组成。

串行口中还有两个特殊功能寄存器SCON、PCON，特殊功能寄存器SCON用来存放串行口的控制和状态信息。定时器／计数器1(T1)与定时器／计数器2(T2)都可构成串行口的波特率发生器，其波特率是否增倍可由特殊功能寄存器PCON的最高位控制。

二：串行接口控制与状态寄存器

MCS－51串行口的工作方式选择、中断标志、可编程位的设置、波特率的增倍均是通过两个特殊功能寄存器SCON和PCON来控制的。

1．电源和波特率控制寄存器PCON

电源控制寄存器PCON的格式如下：

D7 D 6 D5 D4 D3 D 2 D 1 D0

电源和波特率控制寄存器PCON，其地址为87H，只能进行字节寻址，不能按位寻址。PCON 的最高位D7位作SMOD，是串行口波特率的增倍控制位。当SMOD＝1时，波特率加倍。例如在工作方式2下，若SMOD＝0时，则波特率为f osc／64；当SMOD＝1时，则波特率为f osc ／32，恰好增大一倍。系统复位时，SMOD位为0。串行口控制寄存器SCON 解SCON各位的含义如下：

D7D6D5D4D3D2D1D0

SCON

98H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H （1）串行口控制方式选择位SM0、SM1，其SM0、SM1由软件置位或清零，用于选择串行口的4种工作方式。

（2）多机通信控制位SM2和接收中断标志位RI SM2＝1时，如果接收到的一帧信息中的第九位数据为1，且原有的接收中断标志位RI＝0，则硬件将RI置1；如果第九位数据为0，则RI不置1，且所接收的数据无效。

SM2＝0时，只要接收到一帧信息，不管第九位数据是0还是1，硬件都置RI＝0，RI 由软件清零。SM2由软件置位或清零。

多机通信时，SM2必须置1，双机通信时，通常使SM2＝0。方式0时SM2必须为0。

（3）发送中断标志位TI 在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位之初，由硬件使TI＝1。TI置位后可向CPU申请中断，任何方式中TI 位都必须由软件清除。

(4 ) 接收中断标志RI 在方式0中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位的一半时由硬件将RI置位(还应考虑SM2的设定)。RI被置位后可允许CPU申请中断，任何方式中TI位都必须由软件来清除。

串行发送中断标志TI和接收中断标志RI共用一个中断源，CPU并不知道是TI还是RI 产生的中断请求，所以在全双工通信时，必须由软件来断别。

（5）允许接收控制位REN REN＝1时允许接收，REN＝0时禁止接收。REN由软件置位或清零。

（6）发送数据D8位TB8 TB8是方式2、方式3中要发送的第九位数据，事先用软件写入1或0。方式0、方式1不用。

（7）接收数据D8位RB8方式2、方式3中，由硬件将接收到的第九位数据存入RB8。方式1中，停止位存入 RB8。

复位后SCON的所有位清零。

（三）习题与思考题

1、MCS-51单片机的串行口由哪些功能部件组成各有什么作用。

2、特殊功能寄存器SCON 和PCON的作用和工作过程是什么

第三节串行口的工作方式

(一)学习要求

(1) 了解串行接口的工作方式。

(2) 掌握波特率的计算。

（二）内容提要

一、串行接口的工作方式0

SM0＝0、SM1＝0串行口工作于方式0, 即串行寄存器方式或称为同步移位寄存器输入／输出方式。CPU执行一条写SBUF的指令如MOV SBUF ，A就启动了发送过程。发送的时序见图7-1。接收时序见图7-2

图7-1 方式0发送时序

图7-2 方式0接收时序

串行口方式0不适用于两个8051之间的数据通信，但可通过外接移位寄存器来扩展单片机的接口。例如，可以采用74LS164可以扩展并行输出口，74LS165可以扩展输入口。

二、串行口工作方式1

SM0＝0，SM1＝1串行口接口工作于方式1，即将8位异步通信接口方式，结构示意图见图7-7。RXD为接收端，TXD为发送端。一帧信息由10位组成，方式1的波特率可变，由定时器／计数器1或定时器／计数器2的溢出速率以及SMOD（）决定，且发送波特率与接收波特率可以不同。