串行接口.docx

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串行接口

串行接口

概述

串行接口的一般概念

1.单片机与外界进行信息交换称之为通讯。

2.8051单片机的通讯方式有两种：

并行通讯:

数据的各位同时发送或接收。

串行通讯:

数据一位一位顺序发送或接收。

参看下图：

3.串行通讯的方式：

异步通讯：

它用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束。

其每帧的格式如下：

在一帧格式中，先是一个起始位0，然后是8个数据位，规定低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位（可以省略），最后是停止位1。

用这种格式表示字符，则字符可以一个接一个地传送。

在异步通讯中，CPU与外设之间必须有两项规定，即字符格式和波特率。

字符格式的规定是双方能够在对同一种0和1的串理解成同一种意义。

原则上字符格式可以由通讯的双方自由制定，但从通用、方便的角度出发，一般还是使用一些标准为好，如采用ASCII标准。

波特率即数据传送的速率，其定义是每秒钟传送的二进制数的位数。

例如，数据传送的速率是120字符/s，而每个字符如上述规定包含10数位，则传送波特率为1200波特。

同步通讯：

在异步通讯中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，占用了时间；所以在数据块传递时，为了提高速度，常去掉这些标志，采用同步传送。

由于数据块传递开始要用同步字符来指示，同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。

通讯方向：

在串行通讯中，把通讯接口只能发送或接收的单向传送方法叫单工传送；

而把数据在甲乙两机之间的双向传递，称之为双工传送。

在双工传送方式中又分为半双工传送和全双工传送。

半双工传送是两机之间不能同时进行发送和接收，任一时刻，只能发或者只能收信息。

8051单片机的串行接口结构

8051串行接口是一个可编程的全双工串行通讯接口。

它可用作异步通讯方式（UART），与串行传送信息的外部设备相连接，或用于通过标准异步通讯协议进行全双工的8051多机系统也可以通过同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O口。

UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter）是各种设备之间进行通信的关键模块。

用它来处理数据总线和串行口之间串—并和并—串转换的。

当一个设备需要和另一个连接的设备进行通信时，通常采用数字信号。

在发送端，这种并行的数字信号必须转换成串行信号后，才能通过有线或无线传输到另一台设备。

在接收端，串行信号必须要被恢复成并行信号才能进行处理。

应用非常广泛，如手机、工业控制、PC等应用中都要用到UART。

8051单片机通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界通讯。

SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器。

它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据。

或门

☞两个同名的接收/发送缓冲寄存器SBUF（99H）

指令MOVSBUF，A启动一次数据发送,可向SBUF再发送下一个数

指令MOVA，SBUF完成一次数据接收,SBUF可再接收下一个数

☞接收/发送数据,

无论是否采用中断方式工作,每接收/发送一个数据都必须用指令对RI/TI清0，以备下一次收/发。

串行口相关的SFR（SCON,PCON）

1.串行口的控制与状态寄存器

串行口控制寄存器SCON

它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。

字节地址为98H，其各位定义如下表：

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

SM0、SM1：

串行口工作方式选择位，其定义如下：

SM0、SM1

工作方式

功能描述

波特率

00

方式0

8位移位寄存器

Fosc/12

01

方式1

10位UART

可变

10

方式2

11位UART

Fosc/64或fosc/32

11

方式3

11位UART

可变

其中fosc为晶振频率

SM2：

多机通讯控制位。

在方式0时，SM2一定要等于0。

单机通信方式

在方式1中，当SM2=1则只有接收到有效停止位时，RI才置1。

在方式2或方式3当（SM2）=1且接收到的第九位数据RB8=0时，RI才置1。

REN：

接收允许控制位。

由软件置1以允许接收，又由软件清0来禁止接收。

TB8:

是要发送数据的第9位。

在方式2或方式3中，要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。

例如，可约定作为奇偶校验位，或在多机通讯中作为区别地址帧或数据帧的标志位。

RB8：

接收到的数据的第9位。

在方式0中不使用RB8。

在方式1中，若（SM2）=0，RB8为接收到的停止位。

在方式2或方式3中，RB8为接收到的第9位数据。

TI：

发送中断标志。

在方式0中，第8位发送结束时，由硬件置位。

在其它方式的发送停止位前，由硬件置位。

TI置位既表示一帧信息发送结束，同时也是申请中断，可根据需要，用软件查询的方法获得数据已发送完毕的信息，或用中断的方式来发送下一个数据。

TI必须用软件清0。

RI：

接收中断标志位。

在方式0，当接收完第8位数据后，由硬件置位。

在其它方式中，在接收到停止位的中间时刻由硬件置位（例外情况见于SM2的说明）。

RI置位表示一帧数据接收完毕，可用查询的方法获知或者用中断的方法获知。

RI也必须用软件清0。

特殊功能寄存器PCON

PCON是为了在CHMOS高速CMOS的80C51单片机上实现电源控制而附加的。

其中最高位是SMOD。

SMOD：

在串行口工作方式1、2、3中，是波特率加倍位

=1时，波特率加倍

=0时，波特率不加倍。

（在PCON中只有这一个位与串口有关）

GF1,GF0：

用户可自行定义使用的通用标志位

串行口的工作方式

8051单片机的全双工串行口可编程为4种工作方式：

1.方式0为移位寄存器输入/输出方式。

可外接移位寄存器以扩展I/O口，也可以外接同步输入/输出设备。

8位串行数据是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。

输出

串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。

CPU将数据写入发送寄存器时，立即启动发送，将8位数据以fos/12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。

发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。

输入

当串行口以方式0接收时，先置位允许接收控制位REN。

此时，RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。

当（RI）=0和（REN）=1同时满足时，开始接收。

当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

下面两图分别是方式0扩展输出和输入的接线图。

引脚定义

电路原理图

74LS165引脚定义：

A,B,C,D,E,F,G,H并行输入端。

QH串行输出端。

CLOCK：

时钟输入端。

CLOCKINHIBIT：

时钟禁止端。

当时钟禁止端CLK2为低电平时，充许时钟输入。

SHIFT/LOAD：

移位与置位控制端。

SER：

扩展多个74LS165的首尾连接端。

方式0工作时，多用查询方式编程：

发送：

MOVSBUF，A接收：

JNBRI，$

JNBTI，$CLRRI

CLRTIMOVA,SBUF

JNBTI，$当TI标志位不为1的时候转向自己循环等待,直到条件满足

例：

2方式1为波特率可变的10位异步通讯接口方式。

发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。

输出当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF时，就启动发送。

串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。

输入在（REN）=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。

只有当（RI）=0且停止位为1或者（SM2）=0时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。

所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。

3方式2

方式2为固定波特率的11位UART方式。

它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。

输出:

发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。

它可作为多机通讯中地址/数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。

当CPU执行一条数据写入SUBF的指令时，就启动发送器发送。

发送一帧信息后，置位中断标志TI。

输入:

在（REN）=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。

在接收到附加的第9位数据后，当（RI）=0或者（SM2）=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。

且不置位RI。

再过一位时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测RXD上从1到0的跳变。

4工作方式3

方式3为波特率可变的11位UART方式。

除波特率外，其余与方式2相同。

波特率选择

如前所述，在串行通讯中，收发双方的数据传送率（波特率）要有一定的约定。

在8051串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。

1.方式0

方式0的波特率固定为主振频率的1/12。

2.方式2

方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定，可由下式表示：

波特率=（2SMOD/64）*fosc，

也就是当SMOD=1时，波特率为1/32fosc，

当SMOD=0时，波特率为1/64fosc

3．方式1和方式3

定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：

波特率=

定时器T1溢出率

T1溢出率=T1计数率/产生溢出所需的周期数

式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。

当工作于定时器状态时，T1计数率为fosc/12;

当工作于计数器状态时，T1计数率为外部输入频率，此频率应小于fosc/24。

产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。

定时器T1工作于方式0：

溢出所需周期数=8192-x

定时器T1工作于方式1：

溢出所需周期数=65536-x

定时器T1工作于方式2：

溢出所需周期数=256-x

因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。

当时钟频率选用11.0592MHZ时，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。

下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

常用波特率

Fosc（MHZ）

SMOD

TH1初值

19200

11.0592

1

FDH

9600

11.0592

0

FDH

4800

11.0592

0

FAH

2400

11.0592

0

F4h

1200

11.0592

0

E8h