单片机应用技术 （C语言版） 第8章 串行通信接口

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1 单片机应用技术 （C语言版） 第8章 串行通信接口
2019/5/31

2 第8章 MCS-51单片机串行通信接口 目 录 8.1 串行通信基本知识 8.2 串行口控制器 8.3 串行口工作方式
目 录 8.1 串行通信基本知识 8.2 串行口控制器 8.3 串行口工作方式 8.4 波特率的制定方法 8.5 串行通信的接口电路 8.6 串口的C51编程与应用 2019/5/31

3 8.1 串行通信基本知识 8.1.1 概述 老式打印机接口 并行通信: 数据的各位同时传送。 特点: 控制简单，传输速度快。
接受设备 发送设备 询问 应答 特点: 控制简单，传输速度快。 传输线多，长距离传输成本高。 2019/5/31

4 串行通讯: 数据一位一位顺序传送。 特点: 传输线少，长距离传送时成本低，但控制复杂。 接受设备 发送设备 D7 D0 顺序传送
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5 串行通讯三种制式 8.1.2 串行传输方式 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：
发送器 接收器 时间2 发送器 接收器 时间1 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 2019/5/31

6 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。
问：为什么串行通信的双方波特率必须相同？ 答：只有波特率相同的情况下才能保证收/发双发获取相同的数据，否则就会有误差。 2019/5/31

7 一、异步通信(Asynchronous Communication)
发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收。采用独立的移位脉冲控制，并不需要同步脉冲 。 以帧为单位进行传输； 每帧数据之间的间隙可以任意。 2019/5/31

8 异步通信的数据格式 ： 异步通信的特点： （1）不要求收发双方采用同步脉冲，实现容易； （2）设备开销较小；
（3）每帧数据要附加启/停位和间隙，传输效率不高。 2019/5/31

9 二、同步通信Synchronous Communication
建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。传送的字符间不留间隙，即保持位同步，也保持字符（帧）同步关系。 计 算 机 乙 甲 1 数据 时钟 2019/5/31

10 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。
典型的同步通信格式： 同步字符1 同步字符2 N个字节的连续数据 校验信息1 校验信息2 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。 特点：通信速度得以提高 ，但控制较为复杂。 2019/5/31

11 串行接口（总线）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（串行异步收发器）用于控制计算机与串行设备的芯片,集成在主板上(串口设置COM等) ； USB（通用串行总线接口）； RS-232、RS-485接口; 2019/5/31

12 I2C（集成电路间的串行总线）PHILIPS公司两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备的同步串行总线；
SPI（串行外部设备接口）Motorola公司推出的，在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输；用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线 。 2019/5/31

13 8.2 串行口结构及控制器 一、MCS-51串行口结构 MCS-51有一个可编程的全双工串行通信接口。 2019/5/31

14 低位在先 SBUF ：两个物理上独立的接收、发送缓冲器。存放收/发数据。 收/发过程由单片机自动完成。 在程序中：
a=SBUF; (接收数据) SBUF=b; (发送数据) 低位在先 2019/5/31

15 二、与串行口有关的特殊功能寄存器 1．串口控制寄存器SCON
用于定义串口的工作方式和反映串行口状态，其字节地址为98H，复位后SCON=0，可位寻址格式为： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 2019/5/31

16 SM0和SM1（SCON.7、SCON.6）：串行口工作方式选择位。
功能说明 波特率 方式0 同步移位寄存器 fosc/12 1 方式1 8位数据UART 可变(T1溢出率/32或/16) 方式2 9位数据UART fosc/64或 fosc/32 方式3 2019/5/31

17 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，由软件置1或清0。
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18 TB8（SCON.3）：发送数据的第9位。可用作校验位或地址/数据标识位。（方式2，3中用）
RB8（SCON.2）：接收数据的第9位。 （方式2，3中用） TI（SCON.1）：发送中断标志。发送中TI=0；一帧结束，TI=1，此时须软件清零; RI（SCON.0）：接收中断标志。接收中RI=0；一帧结束，RI=1，此时须软件清零. 2019/5/31

19 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。
--- 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，当SMOD＝1时，串行口波特率加倍。复位值为0。PCON寄存器不能进行位寻址。 2019/5/31

20 8.3 串行口的工作方式 一、 串行口工作方式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。 方式0不适用于两个单片机之间的数据通信，主要用途是与外部移位寄存器相连。RXD为数据输入或输出；TXD为移位时钟，作为外接部件的同步信号。 在这种方式下，收/发的数据为8位，低位在前，无起始位、奇偶校验位及停止位，波特率是固定的。 2019/5/31

21 串转并74LS164 发送电路 接收电路 2019/5/31

22 并转串74LS165 SH/LD高时移位，低时置数 2019/5/31

23 1.格式：一帧8位，无起始位和停止位，SM2=0， 2.波特率B = fosc/12
如：fosc=12MHz，B=1MHz。 3.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。 方式0收发时序 RI 2019/5/31

24 注：发送和接收数据全部由单片机硬件完成，我们要做的就是设置好工作方式，然后将发送的数据写入SBUF；或从SBUF 中读出数据。
串口方式0举例 2019/5/31

25 二、 串行口工作方式1 方式1真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送与接收数据。
二、 串行口工作方式1 方式1真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送与接收数据。 单片机与单片机、单片机与计算机、计算机与计算机串口通信时，基本都选择方式1 。 2019/5/31

26 发送：写入SBUF并启动发送，发送结束，置TI=1。 接收：当用软件置REN＝1时，检测到RXD引脚发生负跳变时，开始接受。
(a) 发送时序 发送：写入SBUF并启动发送，发送结束，置TI=1。 接收：当用软件置REN＝1时，检测到RXD引脚发生负跳变时，开始接受。 当满足(1) RI=0; (2)收到停止位为1 (或SM2=0）时， 数据8位装入SBUF, 置RI＝1，且第9位停止位进入RB8中；若两条件不满足，信息将丢失。 波特率：用T1作为波特率发生器，B=(2SMOD/32)×T1溢出率。 (b) 接收时序 2019/5/31

27 8.4 波特率的制定方法 SM0 SM1 工作方式 功能说明 波特率 方式0 同步移位寄存器 fosc/12 1 方式1 8位数据UART
8.4 波特率的制定方法 SM0 SM1 工作方式 功能说明 波特率 方式0 同步移位寄存器 fosc/12 1 方式1 8位数据UART 可变(T1溢出率/32或/16) 方式2 9位数据UART fosc/64或 fosc/32 方式3 2019/5/31

28 1．方式0的波特率 方式0的波特率=fosc/12 2019/5/31

29 ??? 2． 方式1的波特率 （1）T1作波特率发生器 在最典型应用中，定时器T1选用定时器方式2，n=8 方式1波特率= ×（T1溢出率）
2． 方式1的波特率 （1）T1作波特率发生器 在最典型应用中，定时器T1选用定时器方式2，n=8 波特率B=(2SMOD /32)×fosc/[12×(28-C)] C= 28-fosc/12×2SMOD/(32×B) 因计算复杂，一般用查表方法。 ??? 方式1波特率= ×（T1溢出率） 2019/5/31

30 表8.2 定时器1产生的常用波特率表 2019/5/31

31 例 若51单片机的时钟振荡频率为11.0592MHz，选用T1为方式2定时作为波特率发生器，波特率为2400b/s，求初值。
解：查表8.2：为F4H。 时钟振荡频率选 MHz，计算过程无余数， 可使初值为整数，从而产生精确的波特率。 2019/5/31

32 补充：串口初始化（设置产生波特率的定时器1、串口控制和中断控制） 步骤： 1、确定T1的工作方式（编程TMOD）；
串口应用 补充：串口初始化（设置产生波特率的定时器1、串口控制和中断控制） 步骤： 1、确定T1的工作方式（编程TMOD）； 2、计数T1的初值，装载TH1，TL1； 3、启动T1（编程TCON中的TR1）; 4、确定串行口工作方式（编程SCON）; 5、串行口工作在中断方式时，进行中断设置（编程IE,IP）。 不能位寻址 2019/5/31

33 举例： TMOD=0x20； TH1=0xfd; TR1=1; SM0=0; SM1=1; REN=1; EA=1; 或者： ES=1;
SCON=0x50； 一定写在SM0和SM1的下面 2019/5/31

34 串口应用 串口方式1举例： 2019/5/31

35 8.5 串行通信的接口电路 8.5.1 RS-232C接口 RS-232C接口是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。
8.5 串行通信的接口电路 RS-232C接口 RS-232C接口是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。 2019/5/31

36 （1）机械特性 表 针RS-232C接口器引脚定义 2019/5/31

37 串行通信电平：单片机串行口的输入、输出均为TTL电平。特点：抗干扰性差，传输距离短（ 1.5米之内），传输效率低。
数字值： TTL电平： +5V V 2019/5/31

38 如果想提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距离和提高传输效率，在实际中都采用标准串行接口—RS-232，RS-485
RS232串行接口总线通信距离1.5m—15m 数字值： 232电平： -3V～-15V V～+15V 2019/5/31

39 串行通信电平转换：要完成PC机(RS232电平)与单片机的数据通信必须进行电平转换。MAX232芯片可实现51单片机与PC机的RS-232C之间的电平转换。
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40 PC机与单片机串行通信的接口电路 采用MAX232接口的串行通信电路 2019/5/31

41 MAX232芯片简介 MAX232芯片：是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片。
MAX232芯片的功能： MAX232内部有一个电源电压变换器，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。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。 2019/5/31

42 （a） 引脚图 （b） 接线图 图8.9 MAX232接口芯片 2019/5/31

43 8.5.2 RS-485接口 RS-232串行通信时，经常受到外界的电气干扰而发生信号错误。RS-485不受此影响。
RS-485传输距离长、速度快，传输速率最大可达10 Mb/s，最大距离可达1200 m。 2019/5/31

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45 本章小结 本章介绍了单片机串行口基本组成与应用。 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（串行通信接口），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。 2019/5/31