第七章 串行接口串行通讯概述串行通讯概述7.180C51串行口简介串行口简介7.2波特率的设计波特率的设计7.3串行通讯工作方式串行通讯工作方式7.4串行口应用举例串行口应用举例7.5微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 7.1串行通讯概述 串行通信分同步和异步两种方式。串行通信分同步和异步两种方式。 异步通信中数据或字符是一帧异步通信中数据或字符是一帧(frame)一帧地传送的。一帧地传送的。帧定义为一个字符的完整的通信格式，称为帧格式。帧定义为一个字符的完整的通信格式，称为帧格式。 计算机与外界的信息交换称为通信，其方式有两种：计算机与外界的信息交换称为通信，其方式有两种：(1)、并行通信：数据的各位同时发送或接收。、并行通信：数据的各位同时发送或接收。(2)、串行通信：数据的各位按顺序一位一位地发送或接收、串行通信：数据的各位按顺序一位一位地发送或接收7.1.1 同步通信和异步通信方式同步通信和异步通信方式微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 最常见的帧格式一般是先用一个起始位，最常见的帧格式一般是先用一个起始位，“ 0 ”表示表示字符的开始；然后是字符的开始；然后是 58 位数据，规定低位在前，高位位数据，规定低位在前，高位在后；其后是奇偶校验位，此位通过对数据奇偶性的检查，在后；其后是奇偶校验位，此位通过对数据奇偶性的检查，可用于判别字符传送的正确性，其有三种可能的选择，即可用于判别字符传送的正确性，其有三种可能的选择，即奇、偶、无校验，用户可根据需要选择（在有的格式中这奇、偶、无校验，用户可根据需要选择（在有的格式中这位可省略）；最后是停止位，用以表示字符的结束，停止位可省略）；最后是停止位，用以表示字符的结束，停止位可以是位可以是 1 位、位、 1.5 位、位、 2 位，不同的计算机规定有所位，不同的计算机规定有所不同。从起始位开始到停止位结束就构成完整的一帧。不同。从起始位开始到停止位结束就构成完整的一帧。 异步通信的特点异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加23位用于位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。 异步通信方式异步通信方式7.1串行通讯概述微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 在同步通信中，数据或字符开始处是用一同步字符来在同步通信中，数据或字符开始处是用一同步字符来指示（一般约定为指示（一般约定为 1 2 个字符），以实现发送端和接收个字符），以实现发送端和接收端同步，一旦检测到约定同步字符，下面就连续按顺序接端同步，一旦检测到约定同步字符，下面就连续按顺序接收数据。同步传送格式如下：收数据。同步传送格式如下： 同步通信方式同步通信方式 因为同步通信数据块传送时去掉了字符开始和结束的因为同步通信数据块传送时去掉了字符开始和结束的标志，所以其速度高于异步传送，但这种方式对硬件结构标志，所以其速度高于异步传送，但这种方式对硬件结构要求较高。要求较高。7.1串行通讯概述微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 传送速率是指数据传送的速度。波特（传送速率是指数据传送的速度。波特（baud rate）是）是异步通信中数据传送速率的单位，其意义是每秒传送多少异步通信中数据传送速率的单位，其意义是每秒传送多少位二进制数。位二进制数。 假如数据传送的速率为假如数据传送的速率为 120 个字符每秒，每个字符由个字符每秒，每个字符由 1 个起始位、个起始位、 8 个数据位和个数据位和 1 个停止位组成，则其传送波个停止位组成，则其传送波特率为：特率为：10 bit120/s = 1200 bit/s = 1200 波特波特7.1.2 串行通信的数据传送速率串行通信的数据传送速率 异步通信的传送速度一般在异步通信的传送速度一般在 509600波特之间，常用波特之间，常用于计算机到于计算机到 CRT 终端以及双机或多机之间的通信等。终端以及双机或多机之间的通信等。7.1串行通讯概述微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 1、单工：、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。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 半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。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 全双工是指数据可以同时进行双向传输。全双工是指数据可以同时进行双向传输。7.1.3 串行通信的制式串行通信的制式7.1.5 通信协议通信协议7.1串行通讯概述微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 两个物理上独立的接收、发送缓冲器两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同，它们占用同一地址一地址99H；接收器是双缓冲结构，以避免在接收到第二；接收器是双缓冲结构，以避免在接收到第二帧数据之前，帧数据之前，CPU未及时响应接收器的前一帧中断请求，未及时响应接收器的前一帧中断请求，没把前一帧数据读走，而造成两帧数据重叠的错误。发送没把前一帧数据读走，而造成两帧数据重叠的错误。发送缓冲器，因为发送时缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。是主动的，不会产生重叠错误。7.2.1 串行口结构与工作原理串行口结构与工作原理7.280C51串行口简介微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 7.2.3 串行口串行口控制寄存器控制寄存器SCON 80C51串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口的状态标志均由专用寄存器口的状态标志均由专用寄存器 SCON 控制和指示控制和指示。SM1RENSM29FHSCON字节地址字节地址98HRB8RITB8TI9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM07.280C51串行口简介微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 SM2：多机通信控制位：多机通信控制位。在方式。在方式 2 和方式和方式 3 中主要用于中主要用于多机通信控制。多机通信控制。 当串行口以方式当串行口以方式 2 或方式或方式 3 接收时，若接收时，若 SM2 = 1，且，且接收到第接收到第 9 位位 RB8为为“0”时，则时，则Rl不置不置“1” ，不接收，不接收主机发来的数据；若主机发来的数据；若 SM2 = 1，且，且RB8为为“ 1 ”时，时，RI置置“1”，产生中断请求，将接收到的，产生中断请求，将接收到的8位数据送位数据送SBUF。 当当SM2=0时，则不论时，则不论 RB8为为“ 0 ”还是为还是为“ 1 ” ，都，都将接收到的将接收到的 8 位数据送入位数据送入 SBUF 中，并产生中断。中，并产生中断。 在方式在方式0时，时，SM2必须是必须是0。在方式。在方式1时，若时，若SM2=1，则，则只有接收到有效停止位时，只有接收到有效停止位时，RI才置才置1。 REN：允许串行接收位：允许串行接收位。由软件置。由软件置REN = 1，则启动串行，则启动串行口接收数据；若软件置口接收数据；若软件置REN = 0，则禁止接收。，则禁止接收。7.280C51串行口简介微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 TB8：在方式：在方式2或方式或方式3中，是发送数据的第九位，可以中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。数据帧的标志位。在方式在方式0和方式和方式1中，该位未用。中，该位未用。 RB8：在方式：在方式2或方式或方式3中，是接收到数据的第九位中，是接收到数据的第九位，作，作为奇偶校验位或地址帧为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在方式数据帧的标志位。在方式1时，若时，若SM2=0，则，则RB8是接收到的停止位。是接收到的停止位。 TI：发送中断标志位：发送中断标志位。在方式。在方式0时，当串行发送第时，当串行发送第8位数位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使内部硬件使TI置置1，向，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清必须用软件将其清0，取消此中断申请。，取消此中断申请。 RI：接收中断标志位：接收中断标志位。在方式。在方式0时，当串行接收第时，当串行接收第8位数位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使内部硬件使RI置置1，向，向CPU发中断申请。也必须在中断服务发中断申请。也必须在中断服务程序中，程序中，用软件将其清用软件将其清0，取消此中断申请。，取消此中断申请。7.280C51串行口简介微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 7.2.4 专用专用寄存器寄存器P PCON PCON的最高位的最高位SMOD是串行口波特率的倍增位。是串行口波特率的倍增位。PCON字节地址字节地址87HSMOD7.280C51串行口简介微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中其中方式方式 0 和方式和方式 2 的波特率是固定的的波特率是固定的，而，而方式方式 1 和方和方式式3 的波特率是可变的，的波特率是可变的，由定时器由定时器T1的溢出率来决定。的溢出率来决定。 串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。不相同。方式方式 0 的波特率的波特率 = fosc/12方式方式 2 的波特率的波特率 =（2SMOD/64） fosc 方式方式 1 的波特率的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）方式方式 3 的波特率的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）7.3 波特率的设计波特率的设计7.3波特率的设计微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 7.3 波特率的设计波特率的设计 当当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作工作在自动再装入的在自动再装入的8位定时器方式（即方式位定时器方式（即方式2，且，且TCON的的TR1=1，以启动定时器）。，以启动定时器）。则定时器则定时器T1方式方式2的初始值为：的初始值为： 在单片机的应用中，常用的晶振频率为：在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和和11.0592MHz。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表行口波特率以及各参数的关系如表7-2所示。所示。7.3波特率的设计微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 7.4.1 方式方式0 串行口为同步移位寄存器的输入输出方式，主要用于扩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。展并行输入或输出口。 数据由数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲）引脚输入或输出，同步移位脉冲由由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位位数据，低位在先，高位在后。在先，高位在后。 波特率固定为波特率固定为fosc/12。7.4串行通信工作方式微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 7. 4.1 方式方式07.4串行通信工作方式微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 10位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，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。其中为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位位起始位，起始位，8位数据位，位数据位，1位停止位。位停止位。7.4.2串行通信工作方式1微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 用软件置用软件置REN为为1时，接收器以所选择波特率的时，接收器以所选择波特率的16倍速倍速率采样率采样RXD引脚电平，检测到引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳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，并置时，控制电路进行最后一次移位，并置RI = 1，向，向CPU请请求中断。求中断。7.4.2串行通信工作方式1微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 方式方式 2 或方式或方式 3 时为时为11位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为为数据发送引脚，数据发送引脚，RXD为数据接收引脚为数据接收引脚 。 方式方式2和方式和方式3时起始位时起始位1位，数据位，数据9位（含位（含1位附加的第位附加的第9位，发送时为位，发送时为SCON中的中的TB8，接收时为，接收时为RB8），停止位），停止位1位，一帧数据为位，一帧数据为11位。方式位。方式2的波特率固定为晶振频率的的波特率固定为晶振频率的1/64或或1/32，方式，方式3的波特率由定时器的波特率由定时器T1的溢出率决定。的溢出率决定。7.4.3串行通信工作方式2、3微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 发送开始时，先把起始位发送开始时，先把起始位 0 输出到输出到TXD引脚，然后发引脚，然后发送移位寄存器的输出位（送移位寄存器的输出位（D0）到）到TXD引脚。每一个移位脉引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输引脚输出。第一次移位时，停止位出。第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第移入输出移位寄存器的第9位上位上 ，以后每次移位，左边都移入，以后每次移位，左边都移入0。当停止位移至输出。当停止位移至输出位时，左边其余位全为位时，左边其余位全为0，检测电路检测到这一条件时，使，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置控制电路进行最后一次移位，并置TI = 1，向，向CPU请求中断。请求中断。7.4.3 方式方式2、3发送过程发送过程7.4.3串行通信工作方式2、3微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI =0，且，且SM2=0（或接收到的第（或接收到的第9位数据为位数据为1）时，接收到的数据装）时，接收到的数据装入接收缓冲器入接收缓冲器SBUF和和RB8（接收数据的第（接收数据的第9位），置位），置RI = 1，向，向CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位置位RI，继续搜索，继续搜索RXD引脚的负跳变。引脚的负跳变。7.4.3 方式方式2、3接收过程接收过程7.4.3串行通信工作方式2、3微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 串行口使用之前，应对其进行初始化，主要是设置产生串行口使用之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。步骤如下：、串行口控制和中断控制。步骤如下：( 1 )、确定、确定T1的工作方式（编程的工作方式（编程TMOD寄存器）；寄存器）；( 2 )、计算、计算T1的初值，装载的初值，装载TH1、TL1；( 3 )、启动、启动T1（编程（编程TCON中的中的TR1位）；位）；( 4 )、确定串行口控制（编程、确定串行口控制（编程SCON寄存器）；寄存器）；( 5 )、串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程、串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。寄存器）。7.5 串行口应用举例串行口应用举例7.5串行口应用举例微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 例例3、编程把甲机片内、编程把甲机片内 RAM 50H5FH 单元中的数据块从单元中的数据块从串行口输出。定义在方式串行口输出。定义在方式 3 下发送，下发送， TB8作奇偶校验位。作奇偶校验位。采用定时器采用定时器 1 方式方式 2 作波特率发生器，波特率为作波特率发生器，波特率为 1200 波波特，特， fosc = 11.0592 MHz ，预置值，预置值 TH1 = 0E8H 。 编程使乙机从甲机接收编程使乙机从甲机接收 16 个字节数据块，并存入片外个字节数据块，并存入片外 3000H300FH 单元。接收过程中要求判奇偶校验标志单元。接收过程中要求判奇偶校验标志 RB8。若出错则置。若出错则置 F0标志为标志为 1，若正确则置，若正确则置 F0标志为标志为 0，然后返回。，然后返回。7.5 串行口应用举例串行口应用举例7.5串行口应用举例微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 MOVTMOD , #20HMOVTL1 , #0E8HMOVTH1 , #0E8HSETBTR1MOVSCON , #0C0HMOVPCON , # 00HMOVR0 , # 50HMOVR7 , # 10HTRS： MOVA , R0MOVC , PMOVTB8 , CMOVSBUF , AWAIT：JNBTl , $CLRTIINCR0DJNZR7 , TRSRET7.5串行口应用举例微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口 MOVTMOD , #20HINCDPTRMOVTL1 , #0E8HDJNZR7 , WAITMOVTH1 , #0E8HCLRPSW.5SETBTR1RETMOVSCON , #0C0HERR:SETBPSW.5MOVPCON , #00HRETMOVDPTR , #3000HMOVR7 , #10HSETBRENWAIT：JNBRl , $CLRRIMOVA , SBUFJNBPSW.0 , PZJNBRB8 , ERRSJMPYESPZ:JBRB8 , ERRYES:MOVX DPTR , A7.5串行口应用举例微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第七章第七章 串行接口串行接口