单片机原理及应用(C语言版).ppt

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1、单片机原理及应用（C语言版）第7章 MCS-51单片机串行口,第7章 MCS-51单片机串行口,目 录7.1 串行通信基本知识7.2 串行口结构及控制7.3 串行口工作方式7.4 串行口应用举例7.5 单片机与PC机通信接口电路,本章要点 本章主要讲述MCS-51单片机串行口的结构、工作原理以及应用。主要内容包括串行通信基本知识、MCS-51单片机串行口结构、串行口工作方式以及单片机与PC机通信的接口电路。,7.1 串行通信基本知识,主要内容7.1.1 数据通信7.1.2 异步通信和同步通信7.1.3 波特率7.1.4 通信方向7.1.5 串行通信接口种类,7.1.1 数据通信,计算机与外界的

2、信息交换称为通信。基本的通信方式有并行通信和串行通信两种。1并行通信单位信息（通常指一个字节）的各位数据同时传送的通信方法称为并行通信。2串行通信单位信息的各位数据被分时一位一位依次顺序传送的通信方式称为串行通信。,7.1.1 数据通信,图7-1 并行通信示意图,两种通信特点：并行通信连线多，速度快，适合近距离通信；串行通信连线少，速度慢，适合远距离通信。,图7-1 并行通信示意图,图7-2 串行通信示意图,RXD,TXD,89,C,52,GND,TXD,RXD,GND,外,部,设,备,1异步通信（时钟不同，甚至频率不同）异步通信中，传送的数据可以是一个字符代码或一个字节数据，数据以帧的形式一

3、帧一帧传送。,7.1.2 异步通信和同步通信,图7-3 异步通信的一帧数据格式,2同步通信（用同一个时钟）在同步通信中，每一数据块发送开始时，先发送一个或两个同步字符，使发送与接收取得同步，然后再顺序发送数据。数据块的各个字符间取消起始位和停止位，所以通信速度得以提高。,7.1.2 异步通信和同步通信,图7-4 同步通信数据帧格式,7.1.3 波特率,在串行通信中，对数据传送速度有一定要求。波特率表示每秒传送的位数，单位为b/s（记作波特）。例如：数据传送速率为每秒钟10个字符，若每个字符的一帧为11位，则传送波持率为：11b/字符10字符/s110b/s异步通信的传送速率一般在5019 20

4、0b/s之间。,7.1.4 通信方向,单工方式：一对传输线只允许单方向传送数据；半双工方式：一对传输线允许向两个方向中的任一方向传送数据，但不能同时进行；全双工方式：用两对传输线连接在发送器和接收器上，发送和接收能同时进行。,7.1.4 通信方向,图7-5 串行通信传输方式,7.1.5 串行通信接口种类,根据串行通信格式及约定（如同步方式、通信速率、数据块格式等）不同，形成了许多串行通信接口标准，如常见的：UART（通用异步串行通信接口）USB（通用串行总线接口）I2C（集成电路间的串行总线）SPI（同步串行外设总线）485总线、CAN总线接口等,7.2 串行口结构及控制,主要内容7.2.1

5、MCS-51串行口结构7.2.2 特殊功能寄存器7.2.3 波特率设计,7.2.1 MCS-51串行口结构,图7-6 串行口方式1、3内部结构示意简图分为三个部分：时钟、发送部分、接收部分,16,发送,SBUF,(99H),16,输入移位寄存器,TXD,写,SBUF:,发送(程序),读SBUF:,接收(程序),RI,TI,移位时钟,RXD,装载,SBUF(自动),接收,SBUF,(99H),(P3.0),(P3.1),7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器,1控制状态寄存器SCON功能：设置串行口的工作方式和标识串行口状态。字节地址：98H，可位寻址。复位值：0000 0000B。格式如下：

6、,SM0和SM1（SCON.7、SCON.6）：串行口工作方式选择位。,7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器,SM2（SCON.5）：多机通信控制位，在方式2或3中使用。REN（SCON.4）：允许接收控制位。设置1，允许接收；清0：禁止接收。,TB8（SCON.3）：发送数据的第9位。RB8（SCON.2）：接收数据的第9位。TI（SCON.1）：发送中断标志。RI（SCON.0）：接收中断标志。,7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器,关于TI和RI：串行发送中断标志TI和接收中断RI是同一个中断源，CPU不知道是发送中断标志TI还是接收中断标志RI产生的中断请求，所以，在全双工通信

7、时，必须由软件来判别。,多机通信实现的原理：各个从机的SM2设置为1；主机TB8发送1表明是地址，选择接收机；主机TB8发送0为数据。（1）实现的条件：各个从机的SM2设置为1。当SM2=1时：RB8=1，则保留接收到的数据；RB8=0则丢弃。（2）实现的方法主机先发送从机地址，并且TB8为1。这时各个从机均可接收此地址，目标从机，则对自己的SM2清0；其它从机保留SM2=1。主机再发送数据，并且TB8为0 这时目标从机正常接收数据，其它从机均丢弃。,7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器,地址,2电源控制寄存器PCON电源控制寄存器PCON(地址为87H)中只有SMOD位与串行口工作有关。

8、,7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器,SMOD（PCON.7）：波特率倍增位。串行口工作于方式1、方式2和方式3时，SMOD1，串行口波特率加倍。复位值：0000 0000B。不能进行位寻址。,7.2.3 波特率设计,方式0和方式2的波特率是固定的，方式1和方式3的波特率是由定时器T1的溢出率来决定的。在增强型单片机中，也可以使用T2作波特率发生器。1方式0的波特率方式0为同步移位寄存器方式。固定为振荡频率的1/12。并不受PCON寄存器中SMOD位的影响。方式0的波特率=fosc/12,2方式2的波特率方式2是波特率只有两种（fosc/64或 fosc/32）、11位的异步通信，可多机

9、通信。时钟：接收与发送的时钟直接来自振荡频率fosc，是fosc/2，并且还与PCON中SMOD位有关。其波特率为：当SMOD=0时，波特率为fosc的1/64；若SMOD=1，则波特率为fosc的1/32。即方式2的波特率=2SMODfosc/64,7.2.3 波特率设计,3方式1和方式3的波特率（1）T1作波特率发生器在最典型应用中，定时器T1选用模式2定时，此时n=8，设定时器的初值为X：于是，X=256-,方式1、3的波特率=（T1溢出速率）,即波特率=/（2n-初值）,7.2.3 波特率设计,（2）T2作波特率发生器设寄存器T2CON的位TCLK=1和（或）RCLK=1时，允许串行口

10、从T2获得发送和（或）接收的波特率。串行口方式1、3的波特率=T2溢出率/16定时器2作波特率发生器时，计数在每个状态周期递增。这样：方式1、3的波特率fb=(RCAP2H、RCAP2L)=65536-fosc/fb/32控制字、模式字：T2CON=0011 0100B=34HT2MOD=00H,7.2.3 波特率设计,主要内容7.3.1 串行口方式07.3.2 串行口方式17.3.3 串行口方式2和方式3,7.3 串行口工作方式,7.3.1 串行口方式0,方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展I/O口。RXD为数据输入或输出，TXD输出移位时钟，作为外接部件的同步信号。方式0下，收

11、/发的仅8位数据，无起始位、奇偶校验位及停止位，低位在前、高位在后；波特率是固定的，为fosc/12，即机器周期频率。启动发送：TI=0、写SBUF启动接收：RI=0、REN置1,7.3.1 串行口方式0,方式,方式0发送,方式0接收,7.3.1 串行口方式0,并入/串出,1 162 153 144 135 126 117 108 9,Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7GND,74Hc595,串入/并出,串入,Q0DSOE ST_CPSH_CPMRQ7,7.3.1 串行口方式0,1 162 153 144 135 126 117 108 9,Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7GND,74Hc595,VCC

12、Q0DSOE ST_CPSH_CPMRQ7,并出,串入/并出,串入/并出,串入,用串行口方式0扩展并行输出/输入口 7.3.1 串行口方式0,发送电路,接收电路,7,SH/LD,扩展并行输出,扩展并行输入,7.3.2 串行口方式1,方式1真正用于串行发送或接收。TXD与RXD分别用于发送、接收数据。帧格式：1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位停止位，共10位。在接收时，停止位进入SCON的RB8此方式的波特率可调，由T1或T2控制。SCON=0101 0000b=0 x50 1、方式1发送TI=0、写SBUF启动发送,7.3.1 串行口方式0,方式,方式1接收,方式1发送,7.3.2 串行

13、口方式1,2、方式1接收1）接收条件：SCON中的REN置12）接收过程：REN置1后，串行口对接收引脚RXD检测，当RXD由高变低时开始移位接收；接收完后将停止位装入RB8中。3）接收的数据有效的条件(两条)：a、RI=0；b、SM2=0，或者SM2=1并且RB8=1 满足以上2条，则将8位数据装入SBUF，且RI置1。有以下情况之一则数据无效：a）RI=1；b）SM2=1并且RB8=0 注意：除了方式2、3的多机通信之外，SM2应清0,7.3.3 串行口方式2和方式3,串行口工作在方式2和方式3均为每帧11位异步通信格式，由TXD和RXD发送与接收。方式2和3的操作是完全一样的，不同的只是

14、特波率。每帧11位：即1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位可编程的第9数据位和1位停止位。发送时，第9数据位（TB8）可以设置为1或0，在校验时可将奇偶位装入TB8；接收时，第9数据位进入SCON的RB8。SCON=1001 0000b=0 x90方式2接收SCON=1101 0000b=0 xD0方式3接收,7.4 串行口应用举例,主要内容 7.4.1 同步方式应用 7.4.2 异步方式应用,7.4.1 同步方式应用,MSC-51单片机的串行口在方式0时，以同步方式操作。外接串入/并出或并入/串出器件，可实现I/O口的扩展。例7-2 用89C52串行口外接74HC595串入/并出移位寄存

15、器扩展8位并行输出口，8位并行输出口的每位都接一个发光二极管，要求8位发光二极管循环点亮。数据的输出通过RXD发送，移位时钟通过TXD送出，74HC595用于串/并转换。,7.4.1 同步方式应用,图7-13 方式0扩展输出电路,C语言程序清单：#include#includeintrins.hsbit P3_6=P36;void delay10 xms(unsigned char x)/设晶振为12MHzunsignedint i;while(x-)for(i=0;i830;i+);,7.4.1 同步方式应用,void main()unsigned char dd=0 x01;SCON=0

16、x0;/设置串口方式0while(1)TI=0;/清除发送结束标志SBUF=dd;/发送dd=_crol_(dd,1);/左移1位while(TI=0);/等待发送结束P3_6=0;P3_6=1;/输出数据delay10 xms(100);/延时1s,7.4.1 同步方式应用,7.4.1 同步方式应用,MSC-51单片机的串行口在方式0时，以同步方式操作。外接串入/并出或并入/串出器件，可实现I/O口的扩展。例7-2 用89C52串行口外接74HC164串入/并出移位寄存器扩展8位并行输出口，8位并行输出口的每位都接一个发光二极管，要求8位发光二极管循环点亮。数据的输出通过RXD发送，移位时钟

17、通过TXD送出，74HC164用于串/并转换。,7.4.1 同步方式应用,图7-13 方式0扩展输出电路,C语言程序清单：#includesbit P1_0=P10;void main()unsigned char i;SCON=0 x00;/串行口方式0初始化ES=1;EA=1;while(1)for(i=0;i8;i+)P1_0=0;/关闭并行输出SBUF=1i;delay();/延时函数，读者自行添加,7.4.1 同步方式应用,void s_srv()interrupt 4/中断服务程序TI=0;P1_0=1;/打开并行输出汇编语言程序清单：ORG0000HLJMPMAINORG0023

18、HLJMPS_SRV;串行口中断服务程序,7.4.1 同步方式应用,7.4.1 同步方式应用,MAIN:MOVSCON,#00H;串行口方式0初始化SETBESSETBEAMOV A,#1LOOP:CLRP1.0;关闭并行输出MOVSBUF,A;开始串行输出ACALLDELAYRLASJMPLOOP;等待中断S_SRV:CLRTI;中断服务程序SETB P1.0RETIEND,7.4.1 同步方式应用,例7-3 用89C52串行口外接74HC165并出/串入移位寄存器扩展8位并行输入口，8位并行输入口的每位都接一个拨动开关，要求读入开关量的值。,7.4.1 同步方式应用,图7-14 方式0扩展

19、输入电路,7.4.1 同步方式应用,解：数据的输入通过RXD接收，移位时钟通过TXD送出，时钟禁止端接地，使时钟有效，P1.1接一按键，当按键按下时输入一次数据，数据接收采用查询方式。C语言程序清单：#includesbit LOAD165=P10;sbit KEY=P11;,C语言程序清单：#includesbit LOAD165=P10;sbit KEY=P11;void delay10 xms(unsigned char x)/设晶振为12MHzunsignedint i;while(x-)for(i=0;i830;i+);,7.4.1 同步方式应用,void main()SCON=0;

20、/设置串口方式0，不允许接收 while(1)if(KEY=0)/按键按下 delay10 xms(2);/延时20ms去抖 if(KEY=0)while(KEY=0);/等待按键释放 LOAD165=0;/装入并行数据 LOAD165=1;/锁存，允许串行移位 RI=0;/准备输入 REN=1;/启动接收，输入 while(RI=0);/等待输入完成P0=SBUF;/将读到的数据从P0输出REN=0;/准备下次启动,7.4.1 同步方式应用,汇编语言程序清单：MAIN:MOV SCON,#00H;串行口方式0初始化SETB RILOOP:JB P1.1,LOOPACALL DELAYJB P

21、1.1,LOOPJNB P1.1,$CLR P1.0SETB P1.0SETB RENCLR RIJNB RI,$,MOV P2,SBUFCLR RENSJMP LOOPEND,7.4.1 同步方式应用,7.4.2 异步方式应用,串行口方式1与方式3很近似，波特率设置一样，不同之处在于方式3比方式1多了一个数据附加位，即特征位，也叫程控位。方式2与方式3基本一样（只是波特率不同），接收/发送11位信息：开始为1位低电平的起始位，中间8位数据位，之后为1位程控位（由发送的TB8决定），最后是1高电平的停止位。,例7-4 对89C52单片机编程，将片内RAM 50H5FH中的数据，用串行口方式3以

22、中断方式发送给另一台机器，并用第9个数据位作奇偶校验，设晶振为11.0592MHz，波特率为4800b/s。方法步骤：选择串口及校验方式计算T1初值主函数(初始化)中断函数解：用TB8作奇偶校验位，在数据写入发送缓冲器之前，先将数据的奇偶位P写入TB8，这时，第9位数据作奇偶校验用，发送采用中断方式。用T1做波特率发生器，T1模式2定时初值X=256-=250,7.4.2 异步方式应用,C语言程序清单：#includeunsigned char i=0，array16 _at_ 0 x50;/数据区void main()SCON=0 xc0;/置串口方式3，只发TMOD=0 x20;/定时器初

23、始化TL1=250;TH1=250;TR1=1;ES=1;EA=1;/中断初始化ACC=arrayi;/发送第一个数据送TB8=P;/累加器,目的取P位SBUF=ACC;/发送一个数据while(1);/等待中断,7.4.2 异步方式应用,void serial_int()interrupt 4/串口中断服务程序if(RI)RI=0;elseTI=0;/清发中断标志ACC=array+i;/取下一个数据TB8=P;SBUF=ACC;if(i14)/发送完毕，ES=0;/禁止串口中断,7.4.2 异步方式应用,汇编语言程序清单：ORG0000HSJMPMAIN;上电，转主程序ORG0023HSJ

24、MPSERVER;转中断服务程序MAIN:MOVSP,#0DFH;设置堆栈指针MOVSCON,#0C0H;设置串口方式3发送MOVTMOD,#20H;T1以模式2定时MOVTL1,#0F4HMOVTH1,#0F4HSETBTR1SETBES;允许串行口中断SETBEA;CPU开中断MOVR0,#50HMOVR7,#15,7.4.2 异步方式应用,MOVA,R0MOVC,PMOVTB8,C;送奇偶标志位到TB8MOVSBUF,A;发送第一个数据SJMP$SERVER:JBCRI,ENDT;清除发送中断标志CLRTIINCR0;修改数据地址MOVA,R0MOVC,PMOVTB8,CMOVSBUF,

25、A;发送下一个数据DJNZR7,ENDT;判断数据块是否发送完CLRES;否则，禁止串行口中断ENDT:RETI;中断返回,7.4.2 异步方式应用,例7-5 编写一单片机程序，将从串行口接收的16字节数据送入片内RAM的50H5FH单元中。要求波特率为2400b/s，作奇偶校验，设单片机的晶振频率为11.0592 MHz。解：RB8作奇偶校验位，接收时，将接收到的数据的奇偶校验位与RB8对比，以判断正确与否。将串行口设置为方式3工作。用中断方式接收。,7.4.2 异步方式应用,C语言程序清单：#includeunsigned char;unsigned char i=0,array16 _a

26、t_ 0 x50;/定义数据void main()SCON=0 xd0;/设置串口方式3，允许接收TMOD=0 x20;/T1模式2定时TH1=0 xf4;TL1=0 xf4;TR1=1;ES=1;EA=1;while(1);,7.4.2 异步方式应用,void int_ser()interrupt 4if(TI)TI=0;/循环接收16个数据elseRI=0;ACC=SBUF;if(RB8=P)/校验正确arrayi+=ACC;if(i15)ES=0;else/校验不正确F0=1;err();,7.4.2 异步方式应用,C语言程序清单：#includeunsigned char i;unsi

27、gned char array16 _at_ 0 x50;/接收缓冲区void main()SCON=0 xd0;/设置串口方式3，允许接收TMOD=0 x20;/T1模式2定时TH1=0 xf4;TL1=0 xf4;TR1=1;,7.4.2 异步方式应用,for(i=0;i16;i+)/循环接收16个数据while(!RI);/等待一次接收完成RI=0;ACC=SBUF;if(RB8=P)/校验正确arrayi=ACC;else/校验不正确F0=1;break;while(1);,7.4.2 异步方式应用,汇编语言程序清单：MAIN:MOV SCON,#0D0H;串口方式3，允许接收MOV

28、TMOD,#20H;T1以方式2定时MOV TL1,#0F4HMOV TH1,#0F4HSETB TR1MOV R0,#50H;首地址送R0MOV R7,#10H;数据长度送R7WAIT:JNB RI,$;等待接收完成 CLR RI;清中断接收标志RI MOV A,SBUF;从串口读数送累加器,7.4.2 异步方式应用,JNBP,PNP;P=0，转PNPJNBRB8,ERROR;P=1、RB8=0，转出错SJMP RIGHTPNP:JBRB8,ERROR;P=0、RB8=1，转出错RIGHT:MOV R0,A;存数INCR0;修改地址指针DJNZ R7,WAIT;未接收完，继续CLRF0;置正

29、确接收标志F0=0SJMP$ERROR:SETB F0;置错误接收标志F0=1SJMP$,7.4.2 异步方式应用,例7-6 用第9个数据位作奇偶校验位，编写串行口方式3的全双工通信程序，设双机将各自键盘的按键键值发送给对方，接收正确后放入缓冲区（显示及做其它处理），设晶振为11.059 2 MHz，波特率为9 600b/s。解：因为是全双工方式，通信双方的程序一样。发送和接收都采用中断方式。T1初值x=0 xfdSCON=11010000b=0 xd0,7.4.2 异步方式应用,C语言程序清单：#includeunsigned char buffer,k;void main()SCON=0

30、xd0;/置串口方式3,允许接收TMOD=0 x20;/T1以模式2定时TL1=0 xfd;TH1=0 xfd;TR1=1;ES=1;/开串行口中断EA=1;/开总中断,7.4.2 异步方式应用,while(1)k=key();/读取按键值if(k!=0 xff)/无键按下返回0 xffACC=k;/将键值送累加器，取P位TB8=P;/送TB8SBUF=ACC;/发送display();/显示程序,7.4.2 异步方式应用,void serial_server()interrupt 4if(TI)/发送引起，清TITI=0;else/否则，接收引起RI=0;ACC=SBUF;/读取接收数据if

31、(RB8=P)/校验正确，buffer=ACC;/存入缓冲区,7.4.2 异步方式应用,汇编语言程序清单：ORG 0000HSJMP MAIN;跳转到主程序ORG 23HLJMP S_SERV;跳转到串口中断服务程序MAIN:MOV SP,#0DFH;设置堆栈指针MOV SCON,#0D0H;串口初始化MOV TMOD,#20H;T1以模式2定时MOV TL1,#0FDHMOV TH1,#0FDH;定时器1赋初值,7.4.2 异步方式应用,SETB TR1;启动定时器1SETB ES;开中断SETB EALOOP:LCALL KEY;读取按键(存于A中),;有键按下返回键值，CJNE A,#0

32、FFH,SEND;无键按下返回0FFH,;有键按下转发送NEXT:LCALL DISPLAY;调用显示SJMP LOOP;主程序循环,7.4.2 异步方式应用,SEND:MOV C,PMOV TB8,CMOV SBUF,A;带校验位发送LJMP NEXT;循环S_SERV:；中断服务程序JBC RI,RECV;是接收中断转接收处理CLR TI;是发送中断，清TIRETI,7.4.2 异步方式应用,RECV:;接收处理程序MOV A,SBUF;取接收值送AJB P,ONE;校验位为1，转JB RB8,I_END;校验错，转中断返回SJMP RIGHT;校验正确，正确处理ONE:JNB RB8,I

33、_END;校验错，转中断返回RIGHT:MOV BUFFER,A;接收数据送缓冲区I_END:RETI;中断返回,7.4.2 异步方式应用,7.5单片机与PC机通信的接口电路,主要内容7.6.1 MAX232芯片简介7.6.2 PC机与89C52串行通 信的接口电路,利用PC机配置的异步通信适配器，可以很方便地完成PC机与单片机的数据通信。PC机与89C52单片机最简单的连接是零调制3线经济型，这是进行全双工通信所必须的最少数目的线路。,7.5 单片机与PC机通信的接口电路,串行通信电平：89C52单片机为TTL电平PC机串行接口是RS-232C标准数字值：1 0TTL电平：+5V 0V232

34、电平：-5V-15V+5V+15V串行通信电平转换：用MAX232等芯片,7.5 单片机与PC机通信的接口电路,7.5.1 MAX232芯片简介,MAX232芯片：是MAXIM公司产品、包含两路接收器和两路驱动发送器，适用于各种EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232功能：内部有电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS-232C输出电平所需的10V电压。MAX232芯片适用于数字电路的单一+5V电源。,7.5.1 MAX232芯片简介,图7-15 MAX232芯片引脚,7.5.1 MAX232芯片简介,MAX232原理结构路图,C1C4:1FC5:0.1F,7

35、.5.2 PC机与89C52串行通信的接口电路,图7-17 采用MAX232接口的串行通信电路,PC机串口,MAX232,1,2,3,4,6,5,7,8,9,16,15,14,13,12,11,10,C,1,+,V,+,C,1,+,V,+,C,1,-,C,2,+,C,2,-,V,-,T,2,OUT,R,2,IN,R,2,OUT,T,2,IN,T,1,IN,R,1,OUT,T,1,OUT,R,1,IN,GND,V,CC,89C52,TXD,RXD,+,+,+,+,V,CC,C,2,C,1,C,3,C,4,C,5,54321,9876,9876,54321,本章小结,本章介绍了数据通信的一般概念和单片机串行口基本组成与应用。通信是计算机与外设之间的数据传送。通信方式有串行通信和并行通信，串行通信又分为同步通信和异步通信。MCS-51单片机有一个全双工UART，工作方式有4中，方式0为移位寄存器方式，主要用来进行串行与并行数据的转换，方式1、2、3为通用的异步传送方式。,本章完,