项目十 串行通信（课件）-《单片机技术应用》同步教学（北理版）

项目十 串行通信 任务一 单片机串行口的基本应用 任务二 双机串行通信应用 返回 1 任务一 单片机串行口的基本应用 一、任务描述 通过学习，了解异步通信基本知识，熟悉 51 系列单片机串行口内部结构，掌握串行口通信方式及串行口指令的应用。 二、基础知识 1. 异步串行通信 在串行通信中，数据字节一位一位串行地顺序传送，通过串行接口实现。它的优点是只需一对传送线，大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信；其缺点是传送速度较低。 图 10 − 1 所示为串行数据通信方式的连接方法。 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 按照串行数据的时钟控制方式，串行通信分为异步通信和同步通信两类。这里只介绍异步通信。在异步通信中，数据是以字符为单位组成字符帧传送的。发送端和接收端由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。每一字符帧的数据格式如图 10 − 2 所示。 在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。 2. 波特率 波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是位 / 秒（ b/s ），常用 bps 表示。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 波特率是异步通信的重要指标，表征数据传输的速度，波特率越高，数据传输速度越快，在数据传送方式确定后，以多大的速率发送 / 接收数据，是实现串行通信必须解决的问题。 假设数据传送的速率是 120 字符 / 秒，每个字符格式包含 10 个代码位（ 1 个起始位、 1 个停止位、 8 个数据位），则通信波特率为： 120 字符 / 秒 ×10 位 / 字符 =1 200 b/s=1 200 波特 每一位的传输时间为波特率的倒数： T d =1/1 200=0.833 （ ms ） 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 3. MCS − 51 单片机串行接口内部结构 MCS − 51 内部有一个可编程全双工串行接口，具有 UART （通用异步接收和发送器）的全部功能，通过单片机的引脚 RXD （ P3.0 ）、 TXD （ P3.1 ）同时接收、发送数据，构成双机或多机通信系统。 MCS − 51 串行口的内部结构，如图 10 − 3 所示。 在图 10 − 3 中，与 MCS − 51 串行口有关的特殊功能寄存器为 SBUF 、 SCON 、 PCON ，下面对它们分别讨论。 （ 1 ） 串行口数据缓冲器 SBUF 。 SBUF 是一个特殊功能寄存器，有两个在物理上独立的接收缓冲器与发送缓冲器。发送缓冲器只能写入不能读出，写入 SBUF 的数据存储在发送缓冲器中，用于串行发送；接收缓冲器只能读出不能写入。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 两个缓冲器共用一个地址 99H ，通过对 SBUF 的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线 RXD （ P3.0 ）、 TXD （ P3.1 ）来实现的。 （ 2 ） 串行口控制寄存器 SCON 。 SCON 用来控制串行口的工作方式和状态，字节地址为98H ，可以位寻址。 SCON 的格式如下所示： SCON （ 98H ） SM0 SMl SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0 、 SM1 ：串行口工作方式选择位，其定义如表 10 − 1 所示。 SM2 ：多机通信控制位，用于方式 2 和方式 3 中。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 在方式 2 和方式 3 处于接收方式时，若 SM2=1 ，表示置多机通信功能。如果接收到的第 9 位数据 RB8 为 1 ，则将数据装入 SBUF ，并置 RI 为 1 ，向 CPU 申请中断；如果接收到的第 9 位数据 RB8 为 0 ，则不接收数据， RI 仍为 0 ，不向 CPU 申请中断。若 SM2=0 ，不论接收到的第 9 位 RB8 为 0 还是为 l ， TI 、 RI 都以正常方式被激活，接收到的数据装入 SBUF 。在方式 1 中，若 SM2=1 ，则只有收到有效的停止位后， RI 置 1 。在方式 0 中， SM2 应为 0 。 REN ：允许串行接收位。 REN=l 时，允许接收； REN=0 时，禁止接收。 TB8 ：发送数据的第 9 位。在方式 2 和方式 3 中， TB8 是第 9 位发送数据，可做奇偶校验位。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定发送地址帧时， TB8为 1 ，发送数据帧时， TB8 为 0 。 RB8 ：接收数据的第 9 位。在方式 2 和方式 3 中， RB8 是第 9 位接收数据。 TI ：发送中断标志位。在方式 0 中，发送完 8 位数据后，由硬件置位；在其他方式中，在发送停止位时由硬件置位。因此， TI 是发送完一帧数据的标志，当 TI=l 时，向 CPU 申请串行中断，响应中断后，必须由软件清除 TI 标志位。 RI ：接收中断标志位。在方式 0 中，接收完 8 位数据后，由硬件置位；在其他方式中在接收停止位的中间点由硬件置位。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 接收完一帧数据时 RI=l ，向 CPU 申请中断，响应中断后，必须由软件清除 RI 标志位。 （ 3 ） 电源及波特率选择寄存器 PCON 。 PCON 主要是为 CHMOS 型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，字节地址为 87H 。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PCON （ 87H ） SMOD SMOD0 LVDF POF GF1 GF0 PD IDL PCON 的最高位 SMOD 为串行口波特率的倍增位。在方式 1 、 2 和 3 时，串行通信的波特率与 SMOD 有关。当 SMOD=l 时，通信波特率加倍，当 SMOD=0 时，波特率不变。其他各位为掉电方式控制位，在此不再赘述。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 三、串行口工作方式与波特率设置 1. 串行口工作方式 1 介绍 51 系列单片机的串行口有 4 种工作方式，通过 SCON 中的 SM1 、 SM0 位来决定，如表 10 − 1 所示。其中方式 0 常用于扩展 I/O 口，在此不作介绍，本应用中采用工作方式 1 。方式 1 为波特率可调的 8 位通用异步通信接口。发送或接收一帧信息为 10 位，分别为起始位 0 ， 8 位数据位和 1 位停止位 1 。 2. 波特率设置 在串行通信中，收发双方必须采用相同的数据传输速度，即采用相同的波特率。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 AT89S51单片机的串行口有 4 种工作方式，其中方式 0 和方式 2 的波特率是固定的，方式 1 和方式 3的波特率是可变的，由定时器 T1 的溢出率决定。 四、单片机串行口通信测试 1. 硬件电路 图10−4 将单片机的发送端（P3.1）与接收端（P3.0）接在一起，可以测试单片机的串口通信功能。设单片机主频为12 MHz，波特率为62.5 kb/s。程序执行后，8 个发光二极管闪烁表示通信正常。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 2. 程序清单 查 表 10−2 可知定时器采用工作方式 2，初值为 FFH，程序如下： ORG 0000H MOV TMOD,#20H ;定时器 1 设为工作方式 2 MOV TL1,#0FFH MOV TH1,#0FFH ;置定时器初值 SETB TR1 ;启动 T1 MOV SCON,#50H ;串口设置为方式 1,REN=1 STA:CLR TI ;清发送标志 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 MOV P0,#00H ;送亮灯信号 ACALL DELAY ;调延时子程序 MOV A,#0FFH MOV SBUF,A ;发送灭灯信号 JXFS: JNB TI,JXFS ;发送等待 JXJS: JNB RI,JXJS ;接收等待 CLR RI ;清接收标志 MOV A,SBUF ;接收数据 MOV P0,A ;接收送据(灭灯信号)送 P0 口 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 ACALL DELAY ;调延时子程序 SJMP STA ;重复 DELAY: MOV R0,#0FFH ;延时子程序 DAL: MOV R1,#0FFH DAL1: DJNZ R1,DAL1 DJNZ R0,DAL RET END 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 3. 程序分析 （1） MOV SBUF，A：将累加器内容送串口缓冲区，此指令执行后，单片机执行数据发送功能，串行数据从 P3.1 输出。 （2） JXFS：JNB TI，JXFS：数据发送完后，TI 被自动置 1。此指令查询 TI 是否为 1，即是否发送完成，若未完则继续查询等待，直到发送完毕，TI 置 1。 （3） JXJS：JNB RI，JXJS：接收等待。数据接收完毕，RI 被置 1，执行下面指令。 上一页 下一页 返回 任务一 单片机串行口的基本应用 （4） CLR RI：接收完毕，清接收完成标志。 （5） MOV A，SBUF：将接收至缓冲区的数据送入累加器 A。 （6） 此程序采取查询通信中断标志位方式编写。查询时计算机处于等待状态，工作效率较低，可采取中断方式提高 CPU 工作效率。 上一页 返回 任务二 双机串行通信应用 一、任务描述 通过简单双机通信实训，掌握单片机通信的基本方法，能够用查询与中断两种方式进行通信编程。 二、基础知识 1. 串行通信的制式 在串行通信中按照数据传送方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种制式。 （1） 单工制式。在单工制式中，只允许数据向一个方向传送，通信的一端为发送器，另一端为接收器。 下一页 返回 任务二 双机串行通信应用 （2） 半双工制式。在半双工制式中，系统每个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个设备发送，即在同一时刻，只能进行一个方向传送，不能双向同时传输。 （3） 全双工制式。在全双工制式中，数据传送方式是双向的，允许同时双向传送数据。在实际应用中，异步通信通常采用半双工制式，这种用法简单、实用。 2. 串行口工作方式 2 、方式 3 介绍 在工作方式 2、方式 3 下，串行口为 9 位异步通信接口，发送、接收一帧信息为 11 位： 上一页 下一页 返回 任务二 双机串行通信应用 即 1 位起始位（0）、8 位数据位、1 位奇偶校验位和 1 位停止位（1）。传送波特率与 SMOD有关。其数据帧格式如下所示： （1） 数据发送。串行口工作于方式 2、方式 3 进行数据发送时，数据由 TXD 端输出，附加的第 9 位数据为 SCON 中的 RB8（由软件设置）。用指令将要发送的数据写入 SBUF，即可启动发送器。送完一帧信息时，TI 由硬件置 1。 （2） 数据接收。当 REN=1 时，允许接收。与方式 1 相同，CPU 开始不断采样 RXD，将8 位数据送入 SBUF 中，接收到的第 9 位数据送入 RB8 中，当同时满足 RI=0，SM2=0 或接收到第 9 位数据为 1 这三个条件时，置 RI=1，否则接收数据无效。 上一页 下一页 返回 任务二 双机串行通信应用 三、利用两台单片机实现近距离通信 1. 硬件电路 当两个单片机距离较近时，甲、乙两机的发送端与接收端分别直接相连，两机共地。执行程序时，甲机将亮灯信号发送给乙机，若通信正常，乙机接收到信号后点亮 8 个发光二极管。乙机采用查询与中断两种工作方式。电路主频为 12 MHz，通信波特率为 62.5 kb/s。 双机通信实训简化电路如图 10−5 所示。 上一页 下一页 返回 任务二 双机串行通信应用 2. 程序清单 3. 程序分析 （1） 在进行双机通信时，两机应采用相同的工作方式和波特率。 （2） 甲机采用查询方式发送数据。 （3） 乙机采用查询与中断两种方式接收数据。采用中断方式接收时，当接收完一字节数据后，RI 被置 1，串行口申请中断，串行口中断程序入口地址为 0023H。 上一页 返回 图 10 - 1 返回 图 10 - 2 返回 图 10 - 3 返回 表 10 - 1 返回 图 10 - 4 返回 表 10 - 2 返回 图 10 - 5 返回 $$