第8章 MCS－51串行口 8.1 串行口及其通信方式 8.2 IBM-PC系列机与 单片机 的通信技术

8.1 串行口及其通信方式 8.1.1 串行通信基础知识 一、异步通讯方式 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的 开始和结束字符间隔不固定，只需字符传送时同步。 1. 异步通讯常用格式：一个字符帧 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止位 起始位

二、同步通讯 2. 异步通讯双方的两项约定 （1）字符格式规定(一帧)： 数据位，校验位，起始位和停止位。 （2）波特率(位/秒)对传送速率的规定 例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。 解： B=120?0=1200波特每位0.83ms 数据位传输率=120?=960位/秒 二、同步通讯 以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位， 在一串字符开始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双 方须严格同步。

三 串行接口功能 四 串行数据传送方向 1.发送器：并串数据格式转换，添加标识位和校验位，一 帧发送结束，设置结束标志，申请中断。 三 串行接口功能 1.发送器：并串数据格式转换，添加标识位和校验位，一 帧发送结束，设置结束标志，申请中断。 2.接收器：串并数据格式转换，检查错误，去掉标识位， 保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。 3.控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同步/ 异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与 同步时钟比例等。 四 串行数据传送方向 单工通讯：数据单向传送。 半双工通讯：数据可分时双向传送。 全双工通讯：可同时进行发送和接收。 发送器 接收器

8.1.2 串行口控制寄存器 一、1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。 串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0) 8.1.2 串行口控制寄存器 一、1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。 串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0) 数据格式(P.237图)：按不同方式，一帧位数 8/10/11 发送/接收时，数据皆低位在前。 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止位 起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D8 停止位 起始位 D7 一帧字符发送/接收结束，置位标志位(TI/RI)并申请SIO中断。 中断控制：中断允许位ES 中断入口：0023H

二、串行接口控制 1. 数据缓冲器SBUF 发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。 时启动发送。 发送指令： MOV SBUF，A （2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。 读取串行口接收数据指令：MOV A，SBUF

2.串行口控制/状态寄存器SCON(98H) 3.节电控制寄存器PCON SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。 REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收；REN=0，禁止接 收。 TB8： 发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位 RB8： 接收的第9位数据位或停止位 TI： 发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零 RI： 接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零 3.节电控制寄存器PCON SMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。 SMOD=1，波特率加倍， SMOD=0，则不加倍。

8.1.3 串行接口的工作方式 SM0，SM1选择四种工作方式。 一、方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。 8.1.3 串行接口的工作方式 SM0，SM1选择四种工作方式。 一、方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。 1. 一帧8位，无起始位和停止位。 2. RXD：数据输入/输出端。 TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。 3. 波特率B = fosc/12 如： fosc=12MHz， B=1MHz，每位数据占1s。

4. 发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收过程：REN=1且RI=0，启动接收，一帧接收完毕，RI=1。 发送时序 写入 SBUF RXD输出 TXD TI D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 写REN=1 RI=0 RXD输入 RI 接收时序 (a) (b)

5. 移位寄存器方式举例 数据从RXD（P3.0）引脚串行输出，低位在先，高位 5. 移位寄存器方式举例 数据从RXD（P3.0）引脚串行输出，低位在先，高位 在后；TXD（P3.1）引脚输出移位脉冲，其频率为foc/12； 发送完毕后，中断标志位TI为1。如要发送数据，如下所示： 　　　 MOV SCON,#00H ；串行口方式0 MOV SBUF,A ；将数据送出 JNB TI,$ ；等待数据发送完毕

二、 方式1 8位数据异步通讯方式。 1. 一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 2. RXD：接收数据端。 TXD：发送数据端。 3. 波特率：用T1作为波特率发生器，B=(2SMOD/32)×T1溢出率。 4. 发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且停止位为1 (或SM2=0)，将接收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。

当REN=1，CPU开始采样RXD引脚负跳变信号，若出 现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一 位为0，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳 变。数据采样速率为波特率16倍频，在数据位中间，用第7、 8、9个脉冲采样3次数据位，并3中取2保留采样值。 写入 SBUF 采样 （a） 发送时序图 TXD 数据输出 TI D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止位 起始位 RXD 输入数据 （b） 接收时序图 RI 检测 负跳变

三、 方式2和方式3 9位数据异步通讯方式。 1. 一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位和多机通讯标识位。 2. RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。 3. 波特率： 方式2：B=(2SMOD/64)×fosc 。 方式3：B=(2SMOD/32)×T1溢出率 。

4. 发送：先装入TB8，写入SBUF并启动发送，发送结束， TI=1。 接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且第9位 为1 (或SM2=0)，将接收数据装入接收SBUF，第9 位装入RB8，使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位 RI。 发 送 时 序 写入 SBUF TXD输出 TI RXD输入 接 收 RI D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 TB8 停止位 起始位 D7 RB8 检测 负跳变

8.1.4、计算波特率 方式0为固定波特率： B=fosc/12 方式2可选两种波特率： B=(2SMOD /64)×fosc 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。 B=(2SMOD/32)×T1溢出率 T1为方式2的时间常数： X = 28 - t/T 溢出时间： t= (28 -X)T = (28 -X)×12/ fosc T1溢出率=1/t= fosc /[12×(2n -X)]  波特率B=(2SMOD /32)×fosc/[12×(28-X)] 串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算 时间常数。 T1选方式2： TH1=X= 28-fosc/12×2SMOD/(32×B) T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。

8.1.5 串行口的应用 一、串行口初始化 串行口初始化编程格式： SIO：MOV SCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0 8.1.5 串行口的应用 一、串行口初始化 串行口初始化编程格式： SIO：MOV SCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0 (MOV PCON，#80H) ；波特率加倍 ( MOV TMOD，#20H ) ；T1作波特率发生器 ( MOV TH1，#X ) ；选定波特率 ( MOV TL1，#X ) ( SETB TR1) ( SETB EA) ；开串行口中断 ( SETB ES)

二、发送程序 1. 查询方式： TRAM： MOV A，@R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送一个字符 WAIT： JBC TI，NEXT ；等待发送结束 SJMP WAIT NEXT： INC R0 ；准备下一次发送 SJMP TRAM

2.中断方式： AJMP SINT MAIN： … ；初始化编程 TRAM： MOV A，@R0 ；取数据 ORG 0023H ；串行口中断入口 AJMP SINT MAIN： … ；初始化编程 TRAM： MOV A，@R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送第一个字符 H： SJMP H ；其它工作 SINT： CLR TI ；中断服务程序 INC R0 MOV A，@R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送下一个字符 RETI

三、接收程序 REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。 1.查询方式： WAIT： JBC RI，NEXT ；查询等待 SJMP WAIT NEXT： MOV A，SBUF ；读取接收数据 MOV @R0，A ；保存数据 INC R0 ；准备下一次接收

四、串行口方式0 用于扩展单片机的并行I/O接口。 串行口实现：并行→串行的数据转换 74LS165/74LS164实现：串行→并行的数据转换。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 数据输入 RXD 1 2 TXD 移位脉冲 74LS164 8 8051 3 4 5 6 10 11 12 13 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 数据输入 RXD 9 TXD 移位脉冲 2 74LS165 8051 6 5 4 3 14 13 12 11

五、异步通讯程序举例 1.发送程序：将片内RAM 50H起始单元的16个数由串 行口发送。要求发送波特率为系统时钟 的32分频，并进行奇偶校验。 MAINT： MOV SCON，#80H ；串行口初始化 MOV PCON，#80H ；波特率 SETB EA SETB ES ；开串行口中断 MOV R0，#50H ；设数据指针 MOV R7，#10H ；数据长度 LOOP： MOV A，@R0 ；取一个字符 MOV C，P ；加奇偶校验 MOV TB8，C MOV SBUF，A ；启动一次发送 HERE： SJMP HERE ；CPU执行其它任务

ORG 0023H ；串行口中断入口 AJMP TRANI TRANI： PUSH A ；保护现场 PUSH PSW CLR TI ；清发送结束标志 DJNZ R7，NEXT ；是否发送完？ CLR ES ；发送完，关闭串行口中断 SJMP TEND NEXT： INC R0 ；未发送完，修改指针 MOV A，@R0 ；取下一个字符 MOV C，P ；加奇偶校验 MOV TB8，C MOV SBUF，A ；发送一个字符 POP PSW ；恢复现场 POP A TEND： RETI  ；中断返回

2. 接收程序：串行输入16个字符，存入片内RAM的50H起 始单元，串行口波特率为2400(设晶振为11.0592MHz)。 RECS： MOV SCON，#50H ；串行口方式1允许接收 MOV TMOD，#20H ；T1方式2定时 MOV TL1，#0F4H ；写入T1时间常数 MOV TH1，#0F4H SETB TR1  ；启动T1 MOV R0，#50H ；设数据指针 MOV R7，#10H ；接收数据长度 WAIT: JBC RI，NEXT ；等待串行口接收 SJMP WAIT NEXT: MOV A，SBUF ；读取接收字符 MOV @R0，A ；保存一个字符 INC R0 ；修改指针 DJNZ R7，WAIT ；全部字符接收完? RET

3. 接收程序：串行输入16个字符，进行奇偶校验。 RECS： MOV SCON，#0D0H ；串行口方式3允许接收 MOV TMOD，#20H ；T1方式2定时 MOV TL1，#0F4H ；写入T1时间常数 MOV TH1，#0F4H SETB TR1  ；启动T1 MOV R0，#50H ；设数据指针 MOV R7，#10H ；接收数据长度 WAIT: JBC RI，NEXT ；等待串行口接收 SJMP WAIT NEXT: MOV A，SBUF ；取一个接收字符 JNB P，COMP ；奇偶校验 JNB RB8，ERR ；P≠RB8，数据出错 SJMP RIGHT ；P=RB8，数据正确 COMP: JB RB8，ERR RIGHT: MOV @R0，A ；保存一个字符 INC R0 ；修改指针 DJNZ R7，WAIT ；全部字符接收完? CLR F0 ；F0 =0，接收数据全部正确RETERR： SETB F0 ；F0 =1，接收数据出错 RET

8.2 IBM-PC系列机与 单片机的通信技术(选) 一、异步通信适配器 二、IBM-PC机与8031双机通信技术 三、IBM-PC机与803l多机通信技术

一、异步通信适配器 (一) 异步通信芯片8250 (二) 8250的内部寄存器

二、IBM-PC机与8031双机通信技术 (一) 通信接口设计 (二) 通信软件设计

三、IBM-PC机与803l多机通信技术 (一) 多机通信原理 (二) 通信接口设计 (三) 通信软件设计