单片机串口通信
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单片机电子教案
bojia@bojia.net
TI：发送中断标志位。由片内硬件在方式0 串行发送第8位结束时臵位，或在其他方式 串行发送停止位的开始时臵位。必须由软件 清零。 RI：接收中断标志位。由片内硬件在方式0 串行接收到第8位结束时置位，或在其他方 式串行接收到停止位的中间时置位，必须由 软件清零。
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奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶 校验位。奇偶校验用于有限差错检测，通讯双方在通 讯时须约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言， 奇偶校验位是冗余位，但它表示数据的一种性质。这 种性质用于检错，虽有限但很容易实现。 停止位：在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时） 之后发送的是停止位是一个字符数据的结束标志，可 以是1位、1.5位或2位。 • 由于异步通讯每次都必须发送起始位，结束位等等， 所以在数据传输速度上有限，一般应用于低速场合
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10.1.3 串口工作方式
bojia@bojia.net
51系列单片机有4种工作方式，通过SCON中的SM1、 SM0来设置
SM0
wk.baidu.com
SM1
方式
功能说明
0 0
0 1
0 1
1
1
0
1
2
3
移位寄存器方式（用于扩展 I/O口） 8位UART，波特率可变（T1 溢出率/n） 9位UART，波特率为fosc/64 或fosc/32 9位USRT，波特率可变（T1 溢出率/n）
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51系列单片机中一般也集成了全双工的 串行端口。一般通过定时器来设定通讯 的波特率，通过设置几个寄存器来设定 工作方式等等。
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本章主要内容
bojia@bojia.net
串行口的结构：介绍与串行通讯相关的寄存器以及工作模式 等 串行通讯的原理：主要介绍同步，异步通讯的原理 通讯协议：介绍常用的通讯协议的设计与实现 单机通讯：介绍单片机与PC机、单片机与单片机之间的串行 通讯 多机通讯：介绍单片机多机通讯的原理和多机通讯协议的设 计 通讯程序的调试：介绍如何调试通讯程序
方式3为波特串可变的9位异步通讯方式，除了波特 率外，方式3和方式2相同，方式3的波特率由下式 确定：
2 方式 3 波特率= 32
SMOD
×定时器 T1 的溢出率
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10.2 串行通讯的原理
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相对与并行通讯来说，串行通讯硬件代价、 结构简单，传输距离上也要比并行通讯长 的多；但由于数据是一位位传送的,所以 在速度上比并行通讯要慢，如图10-1、 10-2所示为并行通讯示例和串行通讯示例。
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SM0、SM 1：控制串行口的工作方式。 SM 2：允许方式2和方式3进行多机通 讯控制位。在方式2或方式3中，如SM 2=1， 则接收到第9位数据。 EN：允许串行接收控制位。由软件置 位时允许接收，软件清零时停止接收。 TE8：是工作在方式2和方式3时，要发 送的第9位数据。 RB8：是工作在方式2和方式3时，接收 到的第9位数据。
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当REN=1时，串行口便以所选波特率的16倍速率采 样RxD引脚状态，当采样到RXD端从1到0的跳变时就 进行接收，接收的值是3次采样中至少二次相同的 值，以保证数据可靠无误。在起始位，如果接收到 的值不为0，则起始位无效，重新接收，当再次接 收到一个由l到0的跳变时，重新启动接收。如果接 收值为0，起始位有效，串行口开始接收数据位的 其余信息（10位），接收完成后，RI被置位。 方式1的波特率是可以通过软件进行设置的，其计 算公式如下：
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并行通讯
串行通讯
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• 串行通讯在通讯方式上分为单工、半双工和全
双工三种。 单工：通讯双方为A、B；在单工方式下 只能由A-->B，或者只能由B-->A。 半双工：通讯双方为A、B；可以互相传 送，但在某个时间内，只能由A-->B，或者只 能由B-->A。 • 全双工：通讯双方为A、B；可以互相传送，在 任何时间内都可以A-->B和B-->A可以同时进行。
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• 与异步通讯相比，同步通讯传输的数据量大，速度也
快，常用于高速传输的场合中。 • 通讯速度是用波特率来表示的。波特率表示的是单位 时间内传输数据的位数，单位为bps。 • 例如，前面所说的波特率为9600bps，这表示，在这种 工作状态下，单片机的串行口每秒钟能发送或者接受 9600位的数据，也就是1.2K字节的数据。 • 波特率设置在异步通讯中是非常重要的；只有当通讯 双方以相同的波特率发送或者接收数据，传输才能够 正确。
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该方式下串行口作为同步移位寄存器使用，可以利 用移位寄存器进行并行I/O扩展。这时以RxD端作为 数据移位的输入、输出口，而出TXD端提供移位时 钟脉冲。 在方式0的接收状态下，设置REN=1和RI=0，串行口 就处于允许接收状态，此时RxD为串行输入端， TXD 为 同 步 脉 冲 输 出 端 。 串 行 接 收 的 波 特 串 为 fosc/12。当接收完一帧数据（8位）后，控制信号 复位，中断标志RI被置位，呈中断申请状态。每次 接收完成时，必须通过软件将RI清零，以启动下一 次接收。 首页 向上 向下 未页 返回
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第10章 串行通信及接口
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学习指南
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串行通讯技术是单片机系统开发中常用的 技术之一，串行口也是单片机常规内部集成 的功能。近几年来，虽然新的通讯技术、手 段不断出现，但串行通讯技术由于它技术成 熟、开发方便而一直都被广泛应用于工控场 合。
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方式0
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在方式0状态下，串行口为同步移位寄存器方式， 其波特率是固定的，为fosc/12。数据由RXD端出入， 同步移位脉冲由TxD端输出，发送、接收的是8位效 据，不设起始比和停止位，低位在前，高位在后。。 在方式0的发送状态，当一个数据写入串行口发送 缓冲器SBUF时，串行口将数据以fosc/12的波特率 由低位到高位从TxD引脚输出，发送完中断标志TI 置1，TxD引脚输出同步脉冲。
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• 串行通讯在数据传输上的方式分为了异步通讯
和同步通讯两种。 u 异步通讯 • 异步串行通讯规定了字符数据的传送格式，即 每个数据以相同的格式传送。一般的格式如图 10-3所示。
图10-3 异步通讯数据帧结构
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• 每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位
组成。 起始位：在通讯线上没有数据传送时处于逻辑 “1”状态。当发送设备要发送数据时，首先发出一个 逻辑“0”信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位 通过通讯线传向接收设备，当接收设备检测到这个逻 辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。因此，起 始位所起的作用就是表示字符传送开始。 数据值：当接收设备收到起始位后，紧接着就会 收到数据位。数据位的个数可以是5、6、7或8位的数 据。在字符数据传送过程中，数据位从最小有效位 （最低位）开始传送。
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10.1 串行口的结构
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51系列单片机内部有全双工串行口，提供了4 种工作方式。波特率可由软件设置，由片内的定时 器/计数器产生。接收、发送均可工作在查询方式 或中断方式，使用十分灵活。串行口除了用于数据 通讯外，还可以非常方便地构成一个或多个并行输 入/输出口，或作串，并转换，或用来驱动键盘和 显示器。
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2 方式 1 波特率= 32
SMOD
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×定时器 T1 的溢出率
所谓的溢出率是指单位时间内T1的溢出次数， 假设定时器的初值为N则，溢出率为 =fosc/12*(2n-N)。其中n为定时器的定时位 数，例如，将T1设置为工作模式2，即8位自 动重装的模式，则n=8，溢出率为 =fosc/12*(28-N)。
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假如fosc=11.0592MHz，想得到9600的拨特率，此时， 定时器T1初值的计算方法为： N=28-(2SMOD*11.0592*106)/(9600*32*12) 如果SMOD=1则N=FAH。
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10.1.1 串口控制寄存器
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串行口控制寄存器SCON：该寄存器的字节地址为 98H，可位寻址。SCON格式为：
D7 SCON 位 地 址 SM0 9F D6 SM1 9E D5 SM2 9D D4 REN 9C D3 TB8 9B D2 RB8 9A D1 TI 99 D0 RI 98
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10.1.2 特殊功能寄存器
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PCON：其字节地址a7H、没有位寻址功能。PCON的 格式如下，其中与串行接口有关的只有D7。 D7 (SMOD)是波特率加倍位，为1的时候，波特率加倍。
D7 PCON SMOD D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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方式1
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此时串行口为8位异步通讯接口。数据长度为10位： 含1位起始位，8位数据位（低位在先）和1位停止 位。TxD为发送端，RxD为接收端。 串行口以方式1发送时，数据由TxD端输出，发送完 10位数据后，发送中断标志置1。
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u 同步通讯 • 同步通讯不像异步通讯那样靠起始位在每个字
符数据开始时使发送相接收同步，而是通过同 步字符在每个数据块传送开始时使收/发双方 同步，一般格式如图10-4所示。
图10-4 同步通讯数据结构
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10.3 通讯协议
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通讯协议是通讯双方事先约定，共同遵守的 一个协议。在通讯中，只有双方同时满足协议 要求，才能进行通讯。一般说来，通讯协议分 为了电气协议和软件协议两个部分。 电气协议主要规定了通讯的电气特性，对 接口、信号等做出了详细的说明。串行通讯协 议主要有：RS-232C、RS-485、RS-449、RS422、RS-423。其中，应用最为广泛的是RS232C和RS-485。 首页 向上 向下 未页 返回
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方式2
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串行口工作在方式2时，为9位异步通讯口，数据长 度为11位，1位起始位、8位数据位（低在先）、1 位可编程位（第9数据位）和1位停止位。 在方式2发送时，数据由TxD端输出,附加的第9位数 据为SCON中的TB8;送完一帧信息后，TI被置1。在 发送下一帧信息之前，TI必须清零。
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在方式2接收时，数据由RxD增输入，接收11位信息。 接收完成后设置相应的中断标志位。 方式2的波特率是固定的，其计算公式如下：
2 方式 2 波特率= 64
SMOD
×fosc
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方式3
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TI：发送中断标志位。由片内硬件在方式0 串行发送第8位结束时臵位，或在其他方式 串行发送停止位的开始时臵位。必须由软件 清零。 RI：接收中断标志位。由片内硬件在方式0 串行接收到第8位结束时置位，或在其他方 式串行接收到停止位的中间时置位，必须由 软件清零。
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奇偶校验位：数据位发送完之后，可以发送奇偶 校验位。奇偶校验用于有限差错检测，通讯双方在通 讯时须约定一致的奇偶校验方式。就数据传送而言， 奇偶校验位是冗余位，但它表示数据的一种性质。这 种性质用于检错，虽有限但很容易实现。 停止位：在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时） 之后发送的是停止位是一个字符数据的结束标志，可 以是1位、1.5位或2位。 • 由于异步通讯每次都必须发送起始位，结束位等等， 所以在数据传输速度上有限，一般应用于低速场合
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10.1.3 串口工作方式
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51系列单片机有4种工作方式，通过SCON中的SM1、 SM0来设置
SM0
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SM1
方式
功能说明
0 0
0 1
0 1
1
1
0
1
2
3
移位寄存器方式（用于扩展 I/O口） 8位UART，波特率可变（T1 溢出率/n） 9位UART，波特率为fosc/64 或fosc/32 9位USRT，波特率可变（T1 溢出率/n）
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51系列单片机中一般也集成了全双工的 串行端口。一般通过定时器来设定通讯 的波特率，通过设置几个寄存器来设定 工作方式等等。
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串行口的结构：介绍与串行通讯相关的寄存器以及工作模式 等 串行通讯的原理：主要介绍同步，异步通讯的原理 通讯协议：介绍常用的通讯协议的设计与实现 单机通讯：介绍单片机与PC机、单片机与单片机之间的串行 通讯 多机通讯：介绍单片机多机通讯的原理和多机通讯协议的设 计 通讯程序的调试：介绍如何调试通讯程序
方式3为波特串可变的9位异步通讯方式，除了波特 率外，方式3和方式2相同，方式3的波特率由下式 确定：
2 方式 3 波特率= 32
SMOD
×定时器 T1 的溢出率
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10.2 串行通讯的原理
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相对与并行通讯来说，串行通讯硬件代价、 结构简单，传输距离上也要比并行通讯长 的多；但由于数据是一位位传送的,所以 在速度上比并行通讯要慢，如图10-1、 10-2所示为并行通讯示例和串行通讯示例。
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SM0、SM 1：控制串行口的工作方式。 SM 2：允许方式2和方式3进行多机通 讯控制位。在方式2或方式3中，如SM 2=1， 则接收到第9位数据。 EN：允许串行接收控制位。由软件置 位时允许接收，软件清零时停止接收。 TE8：是工作在方式2和方式3时，要发 送的第9位数据。 RB8：是工作在方式2和方式3时，接收 到的第9位数据。
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当REN=1时，串行口便以所选波特率的16倍速率采 样RxD引脚状态，当采样到RXD端从1到0的跳变时就 进行接收，接收的值是3次采样中至少二次相同的 值，以保证数据可靠无误。在起始位，如果接收到 的值不为0，则起始位无效，重新接收，当再次接 收到一个由l到0的跳变时，重新启动接收。如果接 收值为0，起始位有效，串行口开始接收数据位的 其余信息（10位），接收完成后，RI被置位。 方式1的波特率是可以通过软件进行设置的，其计 算公式如下：
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并行通讯
串行通讯
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• 串行通讯在通讯方式上分为单工、半双工和全
双工三种。 单工：通讯双方为A、B；在单工方式下 只能由A-->B，或者只能由B-->A。 半双工：通讯双方为A、B；可以互相传 送，但在某个时间内，只能由A-->B，或者只 能由B-->A。 • 全双工：通讯双方为A、B；可以互相传送，在 任何时间内都可以A-->B和B-->A可以同时进行。
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• 与异步通讯相比，同步通讯传输的数据量大，速度也
快，常用于高速传输的场合中。 • 通讯速度是用波特率来表示的。波特率表示的是单位 时间内传输数据的位数，单位为bps。 • 例如，前面所说的波特率为9600bps，这表示，在这种 工作状态下，单片机的串行口每秒钟能发送或者接受 9600位的数据，也就是1.2K字节的数据。 • 波特率设置在异步通讯中是非常重要的；只有当通讯 双方以相同的波特率发送或者接收数据，传输才能够 正确。
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该方式下串行口作为同步移位寄存器使用，可以利 用移位寄存器进行并行I/O扩展。这时以RxD端作为 数据移位的输入、输出口，而出TXD端提供移位时 钟脉冲。 在方式0的接收状态下，设置REN=1和RI=0，串行口 就处于允许接收状态，此时RxD为串行输入端， TXD 为 同 步 脉 冲 输 出 端 。 串 行 接 收 的 波 特 串 为 fosc/12。当接收完一帧数据（8位）后，控制信号 复位，中断标志RI被置位，呈中断申请状态。每次 接收完成时，必须通过软件将RI清零，以启动下一 次接收。 首页 向上 向下 未页 返回
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第10章 串行通信及接口
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串行通讯技术是单片机系统开发中常用的 技术之一，串行口也是单片机常规内部集成 的功能。近几年来，虽然新的通讯技术、手 段不断出现，但串行通讯技术由于它技术成 熟、开发方便而一直都被广泛应用于工控场 合。
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方式0
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在方式0状态下，串行口为同步移位寄存器方式， 其波特率是固定的，为fosc/12。数据由RXD端出入， 同步移位脉冲由TxD端输出，发送、接收的是8位效 据，不设起始比和停止位，低位在前，高位在后。。 在方式0的发送状态，当一个数据写入串行口发送 缓冲器SBUF时，串行口将数据以fosc/12的波特率 由低位到高位从TxD引脚输出，发送完中断标志TI 置1，TxD引脚输出同步脉冲。
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• 串行通讯在数据传输上的方式分为了异步通讯
和同步通讯两种。 u 异步通讯 • 异步串行通讯规定了字符数据的传送格式，即 每个数据以相同的格式传送。一般的格式如图 10-3所示。
图10-3 异步通讯数据帧结构
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• 每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位
组成。 起始位：在通讯线上没有数据传送时处于逻辑 “1”状态。当发送设备要发送数据时，首先发出一个 逻辑“0”信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位 通过通讯线传向接收设备，当接收设备检测到这个逻 辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。因此，起 始位所起的作用就是表示字符传送开始。 数据值：当接收设备收到起始位后，紧接着就会 收到数据位。数据位的个数可以是5、6、7或8位的数 据。在字符数据传送过程中，数据位从最小有效位 （最低位）开始传送。
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10.1 串行口的结构
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51系列单片机内部有全双工串行口，提供了4 种工作方式。波特率可由软件设置，由片内的定时 器/计数器产生。接收、发送均可工作在查询方式 或中断方式，使用十分灵活。串行口除了用于数据 通讯外，还可以非常方便地构成一个或多个并行输 入/输出口，或作串，并转换，或用来驱动键盘和 显示器。
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2 方式 1 波特率= 32
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×定时器 T1 的溢出率
所谓的溢出率是指单位时间内T1的溢出次数， 假设定时器的初值为N则，溢出率为 =fosc/12*(2n-N)。其中n为定时器的定时位 数，例如，将T1设置为工作模式2，即8位自 动重装的模式，则n=8，溢出率为 =fosc/12*(28-N)。
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假如fosc=11.0592MHz，想得到9600的拨特率，此时， 定时器T1初值的计算方法为： N=28-(2SMOD*11.0592*106)/(9600*32*12) 如果SMOD=1则N=FAH。
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10.1.1 串口控制寄存器
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串行口控制寄存器SCON：该寄存器的字节地址为 98H，可位寻址。SCON格式为：
D7 SCON 位 地 址 SM0 9F D6 SM1 9E D5 SM2 9D D4 REN 9C D3 TB8 9B D2 RB8 9A D1 TI 99 D0 RI 98
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10.1.2 特殊功能寄存器
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PCON：其字节地址a7H、没有位寻址功能。PCON的 格式如下，其中与串行接口有关的只有D7。 D7 (SMOD)是波特率加倍位，为1的时候，波特率加倍。
D7 PCON SMOD D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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此时串行口为8位异步通讯接口。数据长度为10位： 含1位起始位，8位数据位（低位在先）和1位停止 位。TxD为发送端，RxD为接收端。 串行口以方式1发送时，数据由TxD端输出，发送完 10位数据后，发送中断标志置1。
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u 同步通讯 • 同步通讯不像异步通讯那样靠起始位在每个字
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图10-4 同步通讯数据结构
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10.3 通讯协议
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通讯协议是通讯双方事先约定，共同遵守的 一个协议。在通讯中，只有双方同时满足协议 要求，才能进行通讯。一般说来，通讯协议分 为了电气协议和软件协议两个部分。 电气协议主要规定了通讯的电气特性，对 接口、信号等做出了详细的说明。串行通讯协 议主要有：RS-232C、RS-485、RS-449、RS422、RS-423。其中，应用最为广泛的是RS232C和RS-485。 首页 向上 向下 未页 返回
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串行口工作在方式2时，为9位异步通讯口，数据长 度为11位，1位起始位、8位数据位（低在先）、1 位可编程位（第9数据位）和1位停止位。 在方式2发送时，数据由TxD端输出,附加的第9位数 据为SCON中的TB8;送完一帧信息后，TI被置1。在 发送下一帧信息之前，TI必须清零。
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×fosc
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