微机原理及应用第六章单片机串行口及应用P2 6.1 MCS-51 单片机串行接口6.1.1 基本概念1.串行通信与并行通信并行通信：数据的各位同时进行传送的通信方式。

并行通信的优点是传送速度快，缺点是需要的传输线多，不适宜远距离通信。

并行通信通过并行口实现。

串行通信：数据逐位按顺序传送的通信方式。

串行通信的优点是只需要一对传输线，特别适用于远距离通信。

其缺点是传送速度低。

串行通信通过串行口实现。

2.异步通信和同步通信(1)异步通信在异步通信中，数据以字符为单位进行传送，一个字符也叫一帧信息。

每帧数据数用一起始位(低电平)表示传送字符的开始，接着由数据的低位开始逐位传送。

最后以一个停止位(高电平)表示该字符结束。

异步通信字符帧的格式 无空闲位字符帧：带空闲位字符帧：P3D70/1D1D0D1D2D3D4D5D6D70/1D011停止位起始位停止位起始位第n-1字符第n+1字符第n 字符帧8个数据位校验位停止位起始位D0第n+1字符D0D1D2D3D4D5D6D70/111起始位第n-1字符第n 字符帧8个数据位111空闲位空闲位校验位(2) 同步通信同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式。

每次通信连读传送若干个数据字符。

在数据传送前，发送方先发送1个或2个同步符作起始标志，接收方不断采样传输线，确认接收到同步符后便开始接收后面的数据。

数据紧跟同步符之后，个数不受限制，每个数据不需起始位和停止位，数据之间无间隙。

所以同步通信的传输速率要比异步通信高，可达56000bps。

为使发送方和接收方的时钟保持严格同步，要求发送方除发送数据外，还要同时发送时钟脉冲到接收端。

同步字符1同步字符2数据1数据2数据3数据……同步字符数据1数据2数据3数据……3. 串行通信的传送方式串行通信的传送方式有三种。

(1)单工方式：只允许数据向一个方向传送。

(2)半双工方式：允许数据双向传送，但同一时刻只能一方发送，另一方接收。

(3)全双工方式：允许数据同时双向传送，全双工方式其发送和接收是各自独立的通道。

发送器接收器A 站B 站发送器发送器接收器接收器A 站B 站发送器接收器接收器发送器A 站B 站4. 波特率和发送/接收时钟(1)波特率波特率的定义为每秒钟传送二进制代码的位数。

单位是位/秒(bps)。

波特率是串行通信的重要指标，用于表征数据的传输速度。

每位的传送时间为波特率的倒数。

即Td=1/波特率。

(2)发送/接收时钟在异步传送方式中，发送/接收时钟频率为波特率的n倍，n取16或64，通常取16。

即每位的传送时间Td=nTc，(Tc为发送/接收时钟周期)。

也就是每传送1位需要16个时钟周期。

这样做目的是更准确地给数据位定位。

收发双方传送波特率必须保持一致，否则传送过程就会发生错位。

6.1.2 串行口结构串行口主要由发送缓冲器、发送控制器、输出控制门、接收缓冲器，接收控制器、输入侈位寄存器等组成。

内部数据总线发送端口接收端口波特率发生器≥1串行口中断写SBUF读SBUFSBUF (发送)发送控制器接收控制器SBUF (接收)接收移位寄存器TXDP3.1RXDP3.0DBDBTIRIＰ7P8 6.1.3 串行口控制1.串行口控制寄存器SCONSCON 格式：D7D0SM0SM1SM2REN TB8RB8TI RI(98H)各位的含义和下：SM0、SM1：串行口工作方式选择位。

SM0 SM10 0方式0，同步移位寄存器方式，传送波特率为fosc/12。

0 1 方式1，10位异步收发，传送波特率可变。

1 0 方式2，11位异步收发，传送波特率为fosc/32或fosc/64。

1 1 方式3，11位异步收发，传送波特率可变。

P9 SCON (续)SM2：多机通信控制位。

单片机串行口的4种工作方式中，只有方式2或方式3(11位异步通信)才可用于多机通信。

在进行多机通信时，若接收机的SM2置1，则它只能接收地址帧，而不能接收数据帧。

只有SM2=0时才能接收数据帧。

有关通信原理将在后面介绍。

REN：允许接收控制位。

REN=1时，允许串行口接收数据。

REN=0时，禁止串行口接收数据。

TB8：是方式2和方式3发送数据的第9位。

发送数据前，预先将第9位写入TB8中。

RB8：是方式2和方式3接收数据的第9位。

接收数据时，将接收到的数据第9位存入RB8中。

TI：发送中断标志位。

发送完一帧数据后，由硬件置位TI，同时向CPU发出中断请求。

RI：接收中断标志位。

当一帧数据接收完并能进入输入SBUF，则置位RI，同时向CPU发出中断请求。

2. 电源控制寄存器PCON PCON 格式：PCON 中只有D7位SMOD 与串行口有关，SMOD 称为串行口波特率倍率控制位，用于控制串行口工作于方式1、2、3时的波特率。

单片机复位时，SMOD =0。

D7D0(87H)SMODGF1GF2PDIDLD3P10P11 6.2 串行口工作方式及波特率设置6.2.1串行口的工作方式1.方式0(SM0=0，SM1=0)方式0亦称为同步移位寄存器方式，常用作扩展并行I/O口。

特点：①一帧数据为8位，无起始位和停止位。

②发送和接收数据均通过RXD引脚进行。

③TXD引脚发送同步移位脉冲，传送波特率为fosc/12。

(1)发送：CPU执行一条写SBUF指令后，即开始发送数据，从低位到高位逐位发送。

当一帧数据发送完后，由硬件自动置TI=1，并发出中断请求。

要继续发送数据必须用指令将TI清0，再执行写SBUF指令。

(2)接收：在RI=0条件下，将REN置1便启动接收器接收。

当一帧数据接收完后，由硬件置RI=1，并发出中断请求。

CPU响应中断后，服务程序将接收SBUF的数据读入累加器A中，并用指令将RI置0，以便接收下一帧数据。

P12 2. 方式1 (SM0=0，SM1=1)特点：①一帧数据为10位，包括一个起始位和一个停止位。

②通过TXD发送数据，通过RXD接收数据。

③传送波特率可变。

(1)发送：CPU执行一条写SBUF指令后，即开始发送数据，数据从SBUF由低到高逐位经TXD发送出去。

一帧数据发送完后，由硬件置TI=1，并向CPU发中断请求。

要继续发送数据，同样要用指令将TI清0。

(2)接收：将REN置1后，接收器便开始工作，先以波特率16倍的频率采样RXD上的电平，若发现有负跳变并确认是起始位，则启动接收器接收数据。

当一帧数据接收完后，若以下两个条件同时满足：①RI=0；②SM2=0或接收到的停止位为1。

则所接收到的8位数装入SBUF，停止位装入RB8中，并置RI=1，向CPU发出中断法请求。

若条件不满足，则接收到的数据不能进入SBUF而自动丢失。

P13 3. 方式2和方式3特点：①一帧数据为11位，包括一个起始位和一个停止位。

②数据由TXD端发送，RXD端接收。

③数据的第9位用于奇偶校验或地址/数据识别(可实现多机通信)。

发送时，第9位先存入TB8，接收时，接收到的第9位存入RB8中。

④传送波特率：方式2固定为fosc/32或fosc/64；方式3波特率可变，由T1的溢出率和SMOD决定。

(1)发送：CPU执行一条写SBUF指令后，即启动发送器发送数据，发送的第9位由TB8提供。

一帧数据发送完后，由硬件置TI=1，并向CPU 发出中断请求。

(2)接收：将REN置1后，接收器开始检测RXD的电平，当发现有负跳变并确认为起始位后，即启动接收器接收数据。

当接收到的第9位数据进入移位寄存器后，若满足以下条件：①RI=0，SM2=0。

或②RI=0，SM2=1且第9位D8=1，则将8位数据装入SBUF，第9位装入RB8中，并置RI=1，向CPU发出中断请求。

若条件不满足，则接收的数据不能进入SBUF而自动丢失。

6.2.2 波特率设置1. 方式0的波特率：(固定)波特率= fosc/122.方式2的波特率：(固定为两种频率)波特率= 2SMOD /64 ×fosc当SMOD = 0时，波特率= fosc/64当SMOD = 1时，波特率= fosc/323.方式1和方式3的波特率：(可变)方式1、3波特率= 2SMOD /32×T1的溢出率T1溢出率= = = 方式1、3波特率= 2SMOD /32×= 2SMOD ×fosc / [32×12(2n –x)]在实际应用中T1常设为方式2即上式中n = 8。

1T1的溢出周期1T1的定时时间(2n –X)×12/fosc 1(2n –X)×12/fosc1P14P15 【例6-1】设8051的fosc = 12MHz，串行口工作方式1，串行通信波特率为4800bps，T1设为方式2，求T1初值并编写串行口初始化程序。

设SMOD = 1，则T1的初值为：X = 28-21×12×106/ (32×12×4800)= 242.98≈243 = F3H定时器T1和串行口的初始化程序如下：MOV TMOD , #20H ；T1设为定时方式2MOV TL1 , #0F3H ；置定时器初值MOV TH1 , #0F3HSETB TR1 ；启动T1MOV PCON , #80H ；SMOD = 1MOV SCON , #40H ；串行口设为方1式P16 SMOD 的取值对波特率误差的影响如上例SMOD = 1时，计算出来的波特率和误差如下：波特率= 2SMOD×fosc/ [32×12(28–x)]= {21×12×106/ [32×12(256-243)]}= 4807.69bps 波特率误差= (4807.69-4800)/4800 = 0.16%若SMOD = 0，T1的初值为：X = 28-20×12×106/(32×12×4800) = 249.49≈249则计算出来的波特率和误差如下：波特率= 2SMOD×fosc/ [32×12(28–x)]= {20×12×106/ [32×12(256-249)]}= 4464.29bps 波特率误差= (4464.29-4800)/4800 = -6.99%由上可知应选择使波特率误差小的SMOD值。

P102，表6-2给出常用波特率及其设置方法。

6.3 串行口应用及实例6.3.1串行口方式0的应用串行口方式0通常用于扩展并行I/O 口，通过外接“串入并出”或“并入串出”移位寄存器，实现扩展并行输出口或并行输入口。

【例6-2】8051外接CD4094扩展8位并行输出口如图所示，编一程序，使发光管从右到左以一定速度循环轮流点亮。