RS232串口通信实验

实验名称：RS-232串口通信实验
实验目的：
利用单片机的TXD、RXD口，学会单片机串行口的使用。

实验原理：
1、51单片机内置全双工异步串行口，共有4种工作方式，电原理图如下：
2、串行通信的编程：
（1）串行口控制寄存器SCON
（2）SM0、SM1—串行口工作方式选择位
SM0 SM1 方式功能说明
0 0 0 同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口）
0 1 1 8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）
1 0
2 9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32
1 1 3 9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）
（3）REN—允许串行接收位
该控制为由软件置“1”或清“0”。

REN=1 允许串行口接收数据。

REN=0 禁止串行口接收数据。

（4）TB8—发送的第9位数据
方式2和3时，TB8是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验位使用，也可作为其他标志。

(例：在多机通讯中，可以标注传输内容为地址或数据)
RB8—接收到的第9位数据
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是接收到的停止位。

在方式0，不使用RB8。

（5）TI——发送中断标志位
方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”，其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置“1”。

TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。

CPU响应中断后, 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
方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。

其它工作方式，串行接收到停止位时，该位置“1”。

RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断, CPU从接收SBUF取走
数据。

该位状态也可软件查询。

RI必须由软件清“0”。

（6）特殊功能寄存器PCON
SMOD：波特率倍增位
方式0，波特率=fosc/12
方式2，波特率= fosc*2SMOD/64
方式1、3，波特率=定时器T1的溢出频率*2SMOD/64
3、多机通讯：
主机传输的信息包括地址+数据，每个从机根据自己的地址来判断是否参与通讯
SM2 —多机通信控制位
用于方式2或方式3中的多机通信控制。

如果SM2=1，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，并置“1”RI，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。

如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，并置“1”RI，产生中断请求。

方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活RI。

方式0时，SM2必须为0。

1）从机串行口编程为方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使从机只处于多机通讯且接收地址帧的状态。

2）主机先将从机地址（即准备接收数据的从机）发给各从机, 主机发出的地址信息的第9位为1，各从机接收到的第9位信息RB8为1，且由于SM2=1，则置“1”RI，各从机响应中断，执行中断程序。

在中断服务子程序中，判主机送来的地址是否和本机地址相符合，相符则该从机清“0”SM2位，准备接收主机的数据或命令；若不符，则保持SM2=1状态。

3）接着主机发送数据帧，此时各从机串行口接收到的RB8=0，只有地址相符合的从机系统（即已清“0”SM2位的从机）才能激活RI，从而进入中断，在中断程序中接收主机的数据（或命令）；其它的从机因SM2＝1，又RB8=0不激活中断标志RI，不能进入中断，接收的数据丢失。

实验内容：
1、编写程序，利用单片机的串口用查询方式发送英文字符的ASCII码，波特率为9600，在示波器上正确显示时序波形。

2、编写程序，在PC机上通过串口调试软件发送英文字符，单片机端通过中断方式接收并应答相同的字符。

流程图：
1.查询方式：
开始
T1初始化，
设置波特率为9600
设置串行通信方式
开定时器
TI=1？发送数据使TI=0否
是
主程序流程图：
中断程序流程图：
代码及注释：
串行口按方式1允许接收，定时器T1按方式2工作，若取SMOD=0，则由公式 ()
8fosc =232122-N SMOD ⨯⨯⨯波特率，可得N=256-(11.0592*10^6)/(9600*32*12)= 253，十六进制为FDH ，即得到了定时器的初值。

1、编写程序，利用单片机的串口用查询方式发送英文字符的ASCII 码，波特率为9600，在示波器上正确显示时序波形。

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN:
MOV SP ,#60H ;给堆栈指针赋初值
MOV TMOD,#20H ;设置T1为方式2
MOV TH1,#0FDH ;设置波特率为9600
MOV TL1,#0FDH
MOV SCON,#50H ;设置串口为方式1，允许接收
MOV PCON,#00H
SETB TR1 ;定时器1开始计数
SENDWT:
MOV SBUF,#41H ;发送字符A
SENDWT0:
JNB TI,SENDWT0 ;查询字符是否发送完
CLR TI
SJMP SENDWT ;再次发送
;
END
2、编写程序，在PC 机上通过串口调试软件发送英文字符，单片机端通过中断方式接收并应答相同的字符。

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0023H ;串口中断入口地址
LJMP INTT1
ORG 0100H
MAIN:
MOV TMOD,#20H ;设定时器1工作在方式2
MOV TH1,#0FDH ;设置波特率为9600
MOV TL1,#0FDH
SETB TR1 ;开定时器
MOV SCON,#50H ;设置串口为方式1，允许接收
MOV PCON,#00H
SETB ES ;允许串行口中断
SETB EA ;允许CPU中断
SJMP $ ;等待中断响应
INTT1:
CLR RI
MOV A,SBUF ;接收字符
XRL A,#20H
MOV SBUF,A ;应答接受字符相对应的大写或小写字符
BACK:
JNB TI,BACK ;判断字符是否发送完
CLR TI
RETI
;
END
实验结果及分析：
实验一中，对程序下载脱机运行后，用示波器探头探测TXD端口的输出，可在示波器上看到传输字符相对应的时序波形，如下图所示：
起始位停止位
5.04V
0V
在实验中，传输的字符为“A”，十六进制的ASCII码为41H，转换为二进制即01000001。

由于串行通信时先传输低位，所以串行传输的数据位的时序为10000010。

因为在代码中将串行口的工作方式设置为方式1，故传输数据的前后分别加上了一个起始位和停止位（如上图标记所示），起始位为低电平，停止位为高电平，所以一帧传输的所有数据为010*******，与示波器中显示的波形一致。

实验中还测得波形的高电平为5.04V，低电平为0V。

使用示波器中的光标测量，可测得一帧（即十个数据位）的周期为1.040ms。

这是由于实验中设置的波特率为9600，即移位时钟的速度为9600次/秒，故每个数据位为所占的时长为1/9600s，约为0.104ms，而一帧中包含十个码位，所以一帧的时长为10*0.104=1.04ms，与实验所测数据一致。

但是在示波器上测得的“0”，“1”码位的位宽并不相等，“0”码的位宽约为100us，“1”码的位宽约为110us，而不是正如理论所得值一样为104us。

实验二中，在DPFlash的串口调试器中，发送大写英文字符，可在接收窗中看到相应的小写英文字符，而发送小写英文字符则可在接收窗中看到相应的大写英文字符。

选择1秒发送一次，用示波器观察TXD或RXD端口，也可看到相应字符的时序波形。

因为大写英文字符和小写英文字符的ASCII码相差20H，故只需将发送的字符和20H 进行异或后就可将发送的字符装换为相应的大写或小写字符，再返回给发送端。

在预习时只写了将大写字符转换为小写字符的指令，即用ADD指令加上20H，若要将小写转换为大写则需减去20H，此外还要加上判断所发送的字符是大写还是小写的判断指令，程序较为复杂。

所以在实验中，直接利用两个数据的异或可将相同位取反，相异位不变的特点，直接进行大小写的转换。

在预习报告中，中断程序的开始加入了CLR EA的指令，故每次进入中断时，只能发送一位数据，中断就将关闭，不能继续发送数据。

因此，在实验中去除了这条指令，使CPU的中断一直处于开放状态，在中断程序中可连续发多位数据。

实验中，我还尝试在串口调试器中发送汉字，在接收端依然可以接收到汉字，但是因为在程序代码中做了与20H相异或的转换，接收到的汉字是一些与发送汉字看似无关的汉字。

若将代码中相互转换的指令去除，让接收端返回与发送端相同的字符，则可在接收窗口中观察到和发送汉字相同的汉字。

由于汉字的编码为GB232编码，传输时一帧中的数据变成了两个字节，但依然可以正确接受。

所以，对于串行通信来说，一次传输一个字节数据和一次传输两个字节数据，从根本上来说并没有区别，数据的传输都是转换为相应的二进制码进行传送。