第七章 串口

7.2.2
51单片机串行口的控制寄存器
SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工 作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：
SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：
●SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。 当接收机的SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否 激活RI（RB8＝0时不激活RI，收到的信息丢弃； RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并激活RI，进而在 中断服务中将数据从SBUF读走）。当SM2=0时，不 论收到的RB8为0和1，均可以使收到的数据进入 SBUF，并激活RI（即此时RB8不具有控制RI激活的 功能）。 在方式0时，SM2必须是0。在方式1时，若SM2=1， 则只有接收到有效停止位时，RI才置1。 ●REN，允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动 串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。
7.2 51单片机的串行口
7.2.1 51单片机串行口的结构
TXD SBUF
TH1 TL1 1
控制门 发送控制器
÷16
TI
去串口中断
≥1
A
T1溢出率
÷2
0 SMOD
接收控制器 移位寄存器
RI
RXD SBUF
51单片机的串行口是一个可编程的全双工的通信接口，具有 异步收发器的全部功能，也可作为同步移位寄存器使用。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 ，接收器是双缓冲结构 ，发送是单缓冲器。
7.1.2 串行通信接口标准
一、RS-232C接口
MCU引脚一般输入/输出使用TTL电平，而
TTL电平的“1”和“0”的特征电压分别为 2.4V和0.4V，它适用于板内数据传输。
RS-232C采用负逻辑，-3V～-15V为逻辑“1”，
+3V～+15V为逻辑“0”。RS-232C最大的传输 距离是30m，通信速率一般低于20Kbps。
空 闲 起 始 位 D0 LSB 1帧共10位 数据位8位 D7 MSB 停 止 位 空 闲
1、方式1输出
写入SBUF TXD TI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
停止位
2、方式1输入
RXD 位采样脉冲 RI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
异步通信的数据格式 ：
一个字符帧 空 闲 起 始 位 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
异步通信的特点：不要求收发双方时钟的 严格一致，实现容易，设备开销较小，但 每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧 之间还有间隔，因此传输效率不高。
2、同步通信
同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制， 使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均 为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即 保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方 的同步可以通过两种方法实现。
9
振铃指示
电平转换：
若用 RS-232C 总线进行串行通信，则需外
接电路实现电平转换。在发送端需要用驱 动电路将 TTL 电平转换成 RS-232C 电平， 在接收端需要用接收电路将 RS-232C 电平 转换为TTL电平。 电平转换器不仅可以由晶体管分立组件构 成，也可以直接使用集成电路。如： max232或max202
6
7
8
பைடு நூலகம்
9
1
2
3
4
5
图7-5 9芯串行接口排列
表 7-1 9 芯串行接口引脚含义表 引脚号 1 2 3 4 5 功 能 引脚号 6 7 8 功 能
接收线信号检测（载波检测 DCD） 接收资料线（RXD） 发送资料线（TXD） 资料终端准备就绪（DTR） 信号地（SG）
数据通信设备准备就绪（DSR） 请求发送（RTS） 清除发送
间隙任意 接 收 10100100 设 备
1 0 10100100 1 0 11100110 1
发 送 0 11100110 设 备
异步通信是以字符（构成的帧）为 单位进行传输，字符与字符之间的间 隙（时间间隔）是任意的，但每个字 符中的各位是以固定的时间传送的， 即字符之间是异步的（字符之间不一 定有“位间隔”的整数倍的关系）， 但同一字符内的各位是同步的（各位 之间的距离均为“位间隔”的整数 倍）。
0 1 1 0 1
数据 时钟
计 算 机 甲
时钟
计 算 机 乙
计 算 机 甲
数据
0 1 1 0 1
数据+时钟
计 算 机 乙
外同步
自同步
二、串行通信的传输方向
1、单工 单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。 2、半双工 半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。 3、全双工 全双工是指数据可以同时进行双向传输。 89C52 中的串口 称为全双工增强型UART
写入SBUF RXD（数据） TXD（移位脉冲） TI（中断标志）
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
2、方式0输入
REN=1 RI=0 RXD（数据输入） D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
TXD（移位脉冲）
需要注意，串行口的工作模式0并不是一个同步串行通 信方式，它的主要用途是与外部的同步移位寄存器相连， 已达到扩展单片机输入并行口和输出并行口的目的，其典 型应用如下图所示。
发送 发送 接收 接收
时间2 时间1
接收 发送
发送 接收
接收 发送
单工
半双工
全双工
三 串行通信中的几个问题
在异步串行通信中每个字节之间如何区分？
通过发送开始位和停止位来传送每个字节
发送一位的持续时间是多少？ 波特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒 （bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1 个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的波特率为： 10位×240个/秒 = 2400 bps
第七章 串行接口及其应用
7.1 基本通讯方式
单片机与外部交换数据可以分为两个种方式：并行方式 和串行方式。 并行方式是同时传送多位（通常是8位或16位）数据。特 点是控制简单、传输速度快。
8位同时传送 接 收 设 备 询问 应答
1 0 1 0 1 1 0 0
发 送 设 备
串行方式则是一位一位地传送数据，如果传送一个字节的数 据则至少需要8次操作才能完成，比并行方式要慢得多。
●TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的 第九位，可以用软件规定其作用。可以用作 数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为 地址帧/数据帧的标志位。 在方式0和方式1中，该位未用。 ●RB8，在方式2或方式3中，是接收到数据 的第九位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧 的标志位。在方式1时，若SM2=0，则RB8 是接收到的停止位。
●TI，发送中断标志位。在方式0时，当串行 发送第8位数据结束时，或在其它方式，串 行发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置1， 向CPU发中断申请。在中断服务程序中，必 须用软件将其清0，取消此中断申请。 ●RI，接收中断标志位。在方式0时，当串 行接收第8位数据结束时，或在其它方式， 串行接收停止位的中间时，由内部硬件使RI 置1，向CPU发中断申请。也必须在中断服 务程序中，用软件将其清0，取消此中断申 请。
二、RS-485接口
TTL 电平 TTL 电平
双向仅需2条线
RS-485用于半双工。 RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2-6) V表 示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2-6)V表示。接口信号电平 比 RS-232 降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。 RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑0。由 于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。传输线 采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好。
void delayms(uint xms) { uint i,j; for(i=xms;i>0;i--) //i=xms即延时约xms毫秒 for(j=110;j>0;j--);
}
void ser0() interrupt 4 { TI=0; }
二、方式1
方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚， RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1 位起始位，8位数据位，1位停止位。
如果波特率为9600， 则意味着一个字节的传输时间为（1/9600）×10秒。
怎样知道传输是正确的？ 采用奇偶校验位的方式
在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（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。
串行方式也有其突出的优点：连线少，占用口线少。对于单 片机而言，单片机常常用于控制领域，口线有限，而常常需 要控制或传送数据给有一定距离的外设，因此，串口是单片 机与外设交换数据的重要方式。
接 收 设 备 发 送 设 备
D0
D7
8位顺次传送
7.1.1 串行通信的基本概念
一、异步通信与同步通信
1、异步通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟 控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求 发送和接收设备的时钟尽可能一致。
RXD 80C51 TXD
P1.0
A B CLK
74LS164
CLR GND
RXD 80C51 TXD
P1.0
Q
74LS165
CLK S/L GND
例1 设置单片机串行口工作模式0，循环发送十六进制数0xAA， 观测P3.0与P3.1口的波形。





#include<reg52.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void main() { SCON=0; EA=1; ES=1; TI=0; while(1) { SBUF=0xaa; delayms(1); } }
停止位
用软件置REN为1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采 样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则 说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一 帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移 入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后 一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时， 将接收到的9位数据的前8位数据装入接收SBUF，第9位（停 止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。
阻抗低，无接地问题，传输距离可达 1200 米，传输 速率可达1Mbps。 RS-232 接口在总线上只允许连接 1 个收发器，即单 站能力。而 RS-485 接口在总线上是允许连接多达 128个收发器。
普通的 PC 机一般不带 RS485 接口，因此要使用 RS232C/RS-485 转 换 器 。 对 于 单 片 机 可 以 通 过 芯 片 MAX485来完成TTL/RS-485的电平转换。
PCON（电源控制寄存器）中只有一位SMOD 与串行口工作有关 ：
SMOD（PCON.7） 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。
7.2.3 51单片机串行口的工作方式
一、方式0 方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主 要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚 输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发 送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定 为fosc/12。 1、方式0输出
MAX232电路原理图
采用RS-232C接口存在的问题
1、传输距离短，传输速率低 RS-232C 总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离 一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传 送速率为20Kbps。
2、有电平偏移 RS-232C 总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时， 收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流 并产生压降。 3、抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中 当干扰和噪声混在正常的信号中，为了提高信噪比，RS-232C 总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。