44单片机应用技术第6章

第六章串行通信本章要点异步通信和同步通信串行通信波特率串行通信的制式串行通信的校验串行口特殊功能寄存器串行工作方式基本概念计算机与外界信息交换称为通信。通信的基本方式可分为并行通信和串行通信：并行通信是数据的各位同时发送或同时接收；串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。并行通信优点:传送速度快缺点:不便长距离传送串行通信优点:便于长距离传送缺点:传送速度较慢6.1串行通信概述6.1.1异步通信和同步通信异步通信异步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。异步通信数据传送按帧传输，一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。最常见的帧格式为1个起始位、8个数据位、1个校验位和1个停止位组成，帧与帧之间可有空闲位。起始位约定为0，停止位和空闲位约定为1。异步通信对硬件要求较低，实现起来比较简单、灵活，适用于数据的随机发送/接收，但因每个字节都要建立一次同步，即每个字符都要额外附加两位，所以工作速度较低，在单片机中主要采用异步通信方式。同步通信同步通信依靠同步字符保持通信同步。同步通信是由1～2个同步字符和多字节数据位组成，同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据；多字节数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等；空闲位需发送同步字符。同步通信传送的多字节数据由于中间没有空隙，因而传输速度较快，但要求有准确的时钟来实现收发双方的严格同步，对硬件要求较高，适用于成批数据传送。6.1.2串行通信波特率波特率bps(bitpersecond)指传输数据的速率，每秒传输数据的位数，即：1波特=1位/秒（1bps）波特率的倒数即为每位传输所需的时间。相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特率，否则无法成功地完成串行数据通信。6.1.3串行通信的制式单工制式指甲乙双方通信时只能单向传送数据，发送方和接收方固定。半双工制式（HalfDuplex）指通信双方都具有发送器和接收器，既可发送也可接收，但不能同时接收和发送，发送时不能接收，接收时不能发送。全双工制式（FullDuplex）指通信双方均设有发送器和接收器，并且信道划分为发送信道和接收信道，因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据，发送时能接收，接收时也能发送。6.1.4串行通信的校验奇偶校验累加和校验循环冗余码校验6.280C51串行口80C51系列单片机有一个全双工的串行口，这个口既可以用于网络通信，也可以实现串行异步通信，还可以作为同步移位寄存器使用。80C51单片机串行口是由发送缓冲寄存器SBUF，接收缓冲寄存器SBUF和移位寄存器三部分组成。6.1.2串行口特殊功能寄存器串行数据缓冲器SBUFSBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送和接收寄存器。在逻辑上，SBUF只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。在物理上，SBUF有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接收缓冲寄存器。发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和完成串行数据的发送；接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只需从SBUF中读出接收数据。串行控制寄存器SCONSCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H功能工作方式选择多机通信控制接收允许发送第9位接收第9位发送中断接收中断①SM0SM1——串行口工作方式选择位。②SM2——多机通信控制位。在方式2和方式3中，若SM2=1且RB8（接收到的第9数据）=1时，将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI产生中断；否则，将接收到的8位数据丢弃。而当SM2=0时，则不论第9位数据为0还是为1，都将前8位数据装入SBUF中，并产生中断请求。在方式0时，SM2必须为0。③REN——允许接收控制位。REN位用于对串行数据的接收进行控制：REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。该位由软件置位或复位。④TB8——方式2和方式3中要发送的第9位数据。在方式2或方式3时，TB8是发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=0表示数据，TB8=1表示地址。该位由软件置位或复位。⑤RB8——方式2和方式3中要接收的第9位数据。在方式2或方式3时，RB8存放接收到的第9位数据。⑥TI——发送中断标志。当方式0时，发送完第8位数据后，该位由硬件置位。在其他方式下，遇发送停止位时，该位由硬件置位。因此TI=1，表示帧发送结束，可软件查询TI位标志，也可以请求中断。TI位必须由软件清0。⑦RI——接收中断标志。当方式0时，接收完第8位数据后，该位由硬件置位。在其他方式下，当接收到停止位时，该位由硬件置位。因此RI=1，表示帧接收结束，可软件查询RI位标志，也可以请求中断。RI位也必须由软件清0。电源控制寄存器PCONPCON主要是为CHMOS型单片机电源控制而设置的专用寄存器。SMOD=1，串行口波特率加倍。PCON寄存器不能进行位寻址。PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称SMOD———GF1GF0PDIDL6.2.2串行工作方式80C51串行通信共有4种工作方式，由串行控制寄存器SCON中SM0SM1决定。方式0（同步移位寄存器工作方式）以RXD（P3.0）端作为数据移位的输入/输出端，以TXD（P3.1）端输出移位脉冲。移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入/输出，均低位在前高位在后。方式0可将串行输入输出数据转换成并行输入输出数据。•••D0D1D2D3D4D5D6D7•••（1）数据发送串行口作为并行输出口使用时，要有“串入并出”的移位寄存器配合。在移位时钟脉冲（TXD）的控制下，数据从串行口RXD端逐位移入74HC164SA、SB端。当8位数据全部移出后，SCON寄存器的TI位被自动置1。其后74HC164的内容即可并行输出。74HC164CLR为清0端，输出时CLR必须为1，否则74HC164Q0～Q7输出为0。（2）数据接收串行口作为并行输入口使用时，要有“并入串出”的移位寄存器配合。74HC165S/L端为移位/置入端，当S/L=0时，从Q0～Q7并行置入数据，当S/L=1时，允许从QH端移出数据。在80C51串行控制寄存器SCON中的REN=1时，TXD端发出移位时钟脉冲，从RXD端串行输入8位数据。当接收到第8位数据D7后，置位中断标志RI，表示一帧数据接收完成。（3）波特率方式0时，移位操作的波特率是固定的，为单片机晶振频率的1/12。以fosc表示晶振频率，则波特率=fosc/12，也就是1个机器周期进行一次移位。例6-1电路如图所示，试编制程序按下列顺序要求每隔0.5秒循环操作。①8个发光二极管全部点亮；②从左向右依次暗灭，每次减少一个，直至全灭；③从左向右依次点亮，每次亮一个；④从右向左依次点亮，每次亮一个；⑤从左向右依次点亮，每次增加一个，直至全部点亮；⑥返回从②不断循环。4094为CMOS4000系列“串入并出”移位寄存器，DI端为串行数据输入端，Q1-Q8为并行数据输出端，CLK为移位脉冲输入端，STR端为门控端，STR=0时，关闭并行输出；STR=1时，开启并行输出。可考虑按上述顺序要求编一个发光二极管亮暗控制字表，依次执行。LIGHT:MOVSCON,#00H;串行口方式0CLRES;禁止串行中断MOVDPTR,#TAB;置发光二极管亮暗控制字表首址LP1:MOVR7,#0;置顺序编号0LP2:MOVA,R7;读顺序编号MOVCA,@A+DPTR;读控制字CLRP1.0;关闭并行输出MOVSBUF,A;启动串行发送JNBTI,$;等待发送完毕CLRTI;清发送中断标志SETBP1.0;开启并行输出LCALLDLY500ms;调用延时0.5秒子程序(参阅例4-13)INCR7;指向下一控制字CJNER7,#30,LP2;判循环操作完否?未完继续SJMPLP1;顺序编号0～29依次操作完毕,从0开始重新循环TAB:DB0FFH,7FH,3FH,1FH,0FH,07H,03H,01H,00H;从左向右依次暗灭，每次减少一个,直至全灭;DB80H,40H,20H,10H,08H,04H,02H,01H;从左向右依次点亮,每次亮一个DB02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;从右向左依次点亮,每次亮一个DB0C0H,0E0H,0F0H,0F8H,0FCH,0FEH;从左向右依次点亮,每次增加一个,直至全部点亮;例6-2电路如图所示，试编制程序输入K1～K8状态数据，并存入内RAM40H。4014为CMOS4000系列“并入串出”移位寄存器，P1-P8为并行数据输入端，CLK为移位脉冲输入端，Q8端为串行数据输出端，P/S为预置控制端：P/S=1时，锁存并行输入数据；P/S=0时，可进行串行移位操作。KIN:MOVSCON,#00H;串行口方式0CLRES;禁止串行中断SETBP1.0;锁存并行输入数据CLRP1.0;允许串行移位操作SETBREN;允许并启动接收（TXD发送移位脉冲）JNBRI,$;等待接收完毕MOV40H,SBUF;存入K1～K8状态数据RET;方式1方式1是一帧10位的异步串行通信方式，包括1个起始位，8个数据位和1个停止位。其帧格式：⑴数据发送发送时只要将数据写入SBUF，在串行口由硬件自动加入起始位和停止位，构成一个完整的帧格式。然后在移位脉冲的作用下，由TXD端串行输出。一帧数据发送完毕，将SCON中的TI置1。起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止⑵数据接收接收时，在REN=1前提下，当采样到RXD从1向0跳变状态时，就认定为已接收到起始位。随后在移位脉冲的控制下，把接收到的数据位移入SBUF中，直到停止位到来之后把停止位送入RB8中。一帧数据接收完毕，将SCON中的RI置1，表示可以从SBUF取走接收到的一个字符。⑶波特率方式1的波特率是可变的，由定时/计数器T1的计数溢出率来决定。波特率=2SMOD×（T1溢出率）/32其中SMOD为PCON寄存器中最高位的值，SMOD=1表示波特率倍增。在实际应用时，通常是先确定波特率，后根据波特率求T1定时初值，因此上式又可写为：T1初值=256－2SMOD/32×fosc/(12×波特率)例6-3设甲乙机以串行方式1进行数据传送，fosc=11.0592MHz，波特率为1200b/s。甲机发送的16个数据存在内RAM40H～4FH单元中，乙机接收后存在内RAM50H为首地址的区域中。解：串行方式1波特率取决于T1溢出率(设SMOD=0)，计算T1定时初值：T1初值=256–(20/32)×11059200/(12×1200)=232=E8H甲机发送子程序：TXDA:MOVTMOD,#20H;置T1定时器工作方式2MOVTL1,#0E8H;置T1计数初值MOVTH1,#0E8H;置T1计数重装值CLRET1;禁止T1中断SETBTR1;T1启动MOVSCON,#40H;置串行方式1,禁止接收MOVPCON,#00H;置SMOD=0(SMOD不能位操作)CLRES;禁止串行中断MOVR0,#40H;置发送数据区首地址MOVR2,#16;置发送数据长度TRSA:MOVA,@R0;读一个数据MOVSBUF,A;发送JNBTI,$;等待一帧数据发送完毕CLRTI;清发送中断标志INCR0;指向下一字节单元DJNZR2,TRSA;判16个数据发完否?未完继续RET;乙机接收子程序：RXDB:MOVTMOD,#20H;置T1定时器工作方式2MOVTL1,#0E8H;置T1计数初值MOVTH1,#0E8H;置T1计数重装值CLRET1;禁止T1中断SETBTR1;T1启动MOVSCON,#40H;置串行方式1,禁止接收MOVPCON,#00H;置SMOD=0(SMOD不能位操作)CLRES;禁止串行中断MOVR0,#50H;置接收数据区首地址MOVR2,#16;置接收数据长度SETB