1、第第6 6章串行通信接口章串行通信接口1 1、全雙工全雙工的的異步異步通訊串行口通訊串行口2 2、4 4種工作方式種工作方式 , ,波特率由片內定時器波特率由片內定時器/ /計數計數器控制。器控制。3 3、每發送或接收一幀數據，均可發出中斷請、每發送或接收一幀數據，均可發出中斷請求，也可以工作在查詢方式。求，也可以工作在查詢方式。4 4、除用于串行通訊，、除用于串行通訊，還可用來擴展并行還可用來擴展并行i/oi/o口。口。6.1 mcs-516.1 mcs-51單片機的串行接口單片機的串行接口串行口內部結構如下圖，串行口內部結構如下圖，兩個物理上獨立地接收和發送緩沖兩個物理上獨立地接收和發送緩

2、沖器器，可同時收、發數據。，可同時收、發數據。兩個緩沖器共用一個特殊功能寄存器字節地址：兩個緩沖器共用一個特殊功能寄存器字節地址：sbufsbuf（99h99h）。）。 控制寄存器共兩個：控制寄存器共兩個：特殊功能寄存器特殊功能寄存器sconscon和和pconpcon。 （1 1）sm0sm0、sm1sm1串行口串行口4種工作方式的選擇位種工作方式的選擇位 表表 串行口的串行口的4 4種工作方式種工作方式sm0 sm1 sm0 sm1 方式方式 功功 能能 說說 明明 0 0 0 0 0 0 同步移位寄存器方式（用于擴展同步移位寄存器方式（用于擴展i/oi/o口）口） 0 1 0 1 1 1

3、 8 8位異步收發，波特率可變（由定時器控制）位異步收發，波特率可變（由定時器控制） 1 0 1 0 2 2 9 9位異步收發，波特率為位異步收發，波特率為fosc/64fosc/64或或fosc/32fosc/32 1 1 1 1 3 3 9 9位異步收發，波特率可變（由定時器控制）位異步收發，波特率可變（由定時器控制）6.1.1 6.1.1 串行口控制寄存器串行口控制寄存器sconscon 字節地址字節地址9898h h，可位尋址，格式如圖所示可位尋址，格式如圖所示。 （2 2）sm2 sm2 多機通信控制位多機通信控制位 用于方式用于方式2 2或或3 3中。中。當串行口以當串行口以方式方

4、式2 2或方式或方式3 3接收接收時，時，如果如果sm2=1sm2=1，只有當接收到的第只有當接收到的第9 9位數據（位數據（rb8rb8）為）為“1 1”時，時，才將接收到的前才將接收到的前8 8位數據送入位數據送入sbufsbuf，并置并置“1 1” ri ri，產生，產生中斷請求；當接收到的第中斷請求；當接收到的第9 9位數據（位數據（rb8rb8）為）為“0 0”時，則時，則將接收到的前將接收到的前8 8位數據丟棄。位數據丟棄。如果如果sm2=0sm2=0，則不論第，則不論第9 9位數據是位數據是“1 1”還是還是“0 0”，都將，都將 前前8 8位數據送入位數據送入sbufsbuf中

5、，并置中，并置“1 1” ri ri，產生中斷請求。，產生中斷請求。在在方式方式1 1時，如果時，如果sm2=1sm2=1，則只有收到停止位時才會激活，則只有收到停止位時才會激活riri。在在方式方式0 0時，時，sm2sm2必須為必須為0 0。 （3 3）renren允許串行接收位允許串行接收位 由軟件置由軟件置“1 1”或清或清“0 0”。 ren=1 ren=1 允許串行口接收數據。允許串行口接收數據。 ren=0 ren=0 禁止串行口接收數據。禁止串行口接收數據。 （4 4）tb8tb8發送的第發送的第9 9位數據位數據方式方式2 2和和3 3時，時，tb8tb8是要發送的第是要發送

6、的第9 9位數據，可作為位數據，可作為奇偶校驗位奇偶校驗位使使用，也可作為用，也可作為地址幀地址幀或或數據幀數據幀的標志。的標志。 =1=1為地址幀為地址幀, , =0=0為數據幀為數據幀 （5 5）rb8rb8接收到的第接收到的第9 9位數據位數據方式方式2 2和和3 3時，時，rb8rb8存放接收到的第存放接收到的第9 9位數據。在方式位數據。在方式1 1，如果，如果sm2=0sm2=0，rb8rb8是接收到的停止位。在方式是接收到的停止位。在方式0 0，不使用，不使用rb8rb8。 （6 6）titi發送中斷標志位發送中斷標志位方式方式0 0時時，串行發送第，串行發送第8 8位數據結束時

7、由硬件置位數據結束時由硬件置“1 1”，其它工作方式其它工作方式，串行口發送停止位的開始時置，串行口發送停止位的開始時置“1 1”。ti=1ti=1，表示一幀數據發送結束，可供軟件查詢，也，表示一幀數據發送結束，可供軟件查詢，也可申請中斷。可申請中斷。cpucpu響應中斷后響應中斷后, , 向向sbufsbuf寫入要發送的寫入要發送的下一幀數據。下一幀數據。titi必須由軟件清必須由軟件清0 0。（7 7）riri接收中斷標志位接收中斷標志位 方式方式0 0時時，接收完第，接收完第8 8位數據時，位數據時，riri由硬件置由硬件置1 1。其它工作方式其它工作方式，串行接收到停止位時，該位置，串

8、行接收到停止位時，該位置“1 1”。ri=1ri=1，表示一幀數據接收完畢，并申請中斷，表示一幀數據接收完畢，并申請中斷, cpu, cpu從從接收接收sbufsbuf取走數據。該位狀態也可軟件查詢。取走數據。該位狀態也可軟件查詢。riri必必須由軟件清須由軟件清“0 0”。smodsmod：波特率選擇位波特率選擇位。 例如：方式例如：方式1 1的波特率的計算公式為：的波特率的計算公式為： 方式方式1 1波特率波特率= =（2 2smodsmod/32/32）定時器）定時器t1t1的溢的溢出率出率也稱也稱smodsmod位為位為波特率倍增位波特率倍增位。6.1.2 特殊功能寄存器特殊功能寄存器

9、pcon 字節地址為字節地址為87h，沒有位尋址功能。沒有位尋址功能。6.2 6.2 串行口的工作方式串行口的工作方式6.2.1 6.2.1 方式方式0 0 同步移位寄存器輸入同步移位寄存器輸入/ /輸出方式輸出方式，常用于外接，常用于外接移位寄存器，以擴展并行移位寄存器，以擴展并行i/oi/o口。口。 8 8位數據為一幀，不設起始位和停止位，先發位數據為一幀，不設起始位和停止位，先發送或接送或接收最低位。收最低位。波特率固定為波特率固定為fosc/12fosc/12。幀格式。幀格式如下：如下：1 1方式方式0 0發送發送 當當cpucpu執行一條將數據寫入發送緩沖器執行一條將數據寫入發送緩沖

10、器sbufsbuf的指令時，的指令時，產生一個正脈沖，串行口即把產生一個正脈沖，串行口即把sbufsbuf中的中的8 8位數據以位數據以fosc/12fosc/12的固定波特率從的固定波特率從rxdrxd引腳串行輸出引腳串行輸出，低位在，低位在先先, ,txdtxd引腳輸出同步移位脈沖引腳輸出同步移位脈沖，發送完，發送完8 8位數據置位數據置“1 1”中斷標志位中斷標志位titi。時序如圖所示。時序如圖所示。ren=1ren=1，允許接收，允許接收。向串口的。向串口的sconscon寫入控制字（置為方式寫入控制字（置為方式0 0，并置并置“1 1”renren位，同時位，同時ri=0ri=0）

11、時，產生一個正脈沖，串行）時，產生一個正脈沖，串行口即開始接收數據。口即開始接收數據。rxdrxd為數據輸入端，為數據輸入端，txdtxd為移位脈沖為移位脈沖信號輸出端信號輸出端，接收器也以接收器也以fosc/12fosc/12的固定波特率的固定波特率采樣采樣rxdrxd引腳的數據信息，當收到引腳的數據信息，當收到8 8位數據時置位數據時置“1 1” ri ri。表示一幀。表示一幀數據接收完，時序如下：數據接收完，時序如下：2 2方式方式0 0接收接收 ren=1ren=1，接收數據，接收數據，ren=0ren=0，禁止接收禁止接收。 方式方式0 0下，下，sconscon中的中的tb8tb8

12、、rb8rb8位沒有用到，發送或接收位沒有用到，發送或接收完完8 8位數據由硬件置位數據由硬件置“1 1”titi或或riri，cpucpu響應中斷。響應中斷。titi或或riri須由用戶軟件清須由用戶軟件清“0 0”，可用如下指令：，可用如下指令：clr ticlr ti；titi位清位清“0 0”clr ri clr ri ；riri位清位清“0 0”方式方式0 0時，時，sm2sm2位必須為位必須為0 0。6.2.2 6.2.2 方式方式1 1 sm0sm0、sm1=01sm1=01方式方式1 1一幀數據一幀數據為為1010位，位，1 1個起始位（個起始位（0 0），），8 8個數據位，

13、個數據位，1 1個停止位（個停止位（1 1），先發送或接收最低位。幀格式如），先發送或接收最低位。幀格式如下：下：方式方式1 1波特率波特率= =（2 2smodsmod/32/32）定時器定時器t1t1的溢出率的溢出率 smod smod為為pconpcon寄存器的最高位的值（寄存器的最高位的值（0 0或或1 1）。）。 1 1方式方式1 1發送發送 方式方式1 1輸出時，數據由輸出時，數據由txdtxd輸出，輸出，當執行一條數據寫發送緩沖器當執行一條數據寫發送緩沖器sbufsbuf的指令，就啟動發送。的指令，就啟動發送。圖中圖中txtx時鐘的頻率就是發送的波特率時鐘的頻率就是發送的波特率。

14、發送開始時，內部發送控制信號變為有效。將起始位向發送開始時，內部發送控制信號變為有效。將起始位向txdtxd輸出，此后，每經過一個輸出，此后，每經過一個txtx時鐘周期，便產生一個時鐘周期，便產生一個移位脈沖，并由移位脈沖，并由txdtxd輸出一個數據位。輸出一個數據位。8 8位數據位全部發位數據位全部發送完畢后，置送完畢后，置“1 1” ti ti。方式。方式1 1發送數據的時序，如圖。發送數據的時序，如圖。 2 2方式方式1 1接收接收 （ ren=1ren=1 ）數據從數據從rxdrxd（p3.0p3.0）腳輸入。當檢測到起始位的負跳變）腳輸入。當檢測到起始位的負跳變時，開始接收數據。時

15、，開始接收數據。定時控制信號有兩種定時控制信號有兩種：接收移位時鐘接收移位時鐘（rxrx時鐘，頻率時鐘，頻率和波特率相同）和和波特率相同）和位檢測器采樣脈沖位檢測器采樣脈沖（頻率是（頻率是rxrx時鐘時鐘的的1616倍，倍，1 1位數據期間，有位數據期間，有1616個采樣脈沖），當采樣個采樣脈沖），當采樣到到rxdrxd端從端從1 1到到0 0的跳變時就啟動檢測器，的跳變時就啟動檢測器，接收的值是接收的值是3 3次次連續采樣（第連續采樣（第7 7、8 8、9 9個脈沖時采樣）個脈沖時采樣）進行進行表決表決以以確確認是否是真正的起始位認是否是真正的起始位（負跳變）的開始。（負跳變）的開始。當一幀

16、數據接收完，須同時滿足兩個條件，接收才真當一幀數據接收完，須同時滿足兩個條件，接收才真正有效。正有效。 ri=0ri=0，即上一幀數據接收完成時，即上一幀數據接收完成時，ri=1ri=1發出的中斷發出的中斷請求已被響應，請求已被響應，sbufsbuf中的數據已被取走，說明中的數據已被取走，說明“接收接收sbufsbuf”已空。已空。 sm2=0sm2=0或或收到的停止位收到的停止位=1=1（方式（方式1 1時，停止位已進入時，停止位已進入rb8rb8），則收到的數據裝入），則收到的數據裝入sbufsbuf和和rb8rb8（rb8rb8裝入停止裝入停止位），且置位），且置“1 1”中斷標志中斷標

17、志riri。若這兩個條件不同時滿足，收到的數據將丟失。若這兩個條件不同時滿足，收到的數據將丟失。 6.2.3 6.2.3 方式方式2 29 9位位異步通信接口。異步通信接口。每幀數據均為每幀數據均為1111位位，1 1位起始位位起始位0 0，8 8位數據位（先低位），位數據位（先低位），1 1位可程控的第位可程控的第9 9位數據和位數據和1 1位停止位。幀格式如下。位停止位。幀格式如下。 方式方式2 2波特率波特率= = （2 2smodsmod/64/64）foscfosc 1方式方式2發送發送發送前，先根據通訊協議由軟件發送前，先根據通訊協議由軟件設置設置tb8tb8（例如，雙機（例如，雙

18、機通訊時的奇偶校驗位或多機通訊時的地址通訊時的奇偶校驗位或多機通訊時的地址/ /數據的標數據的標志位）。志位）。方式方式2 2發送數據波形如圖所示。發送數據波形如圖所示。 2方式方式2接收接收 sm0sm0、sm1=10sm1=10，且且ren=1ren=1。數據由。數據由rxdrxd端輸入，接收端輸入，接收1111位信息。位信息。當位檢測到當位檢測到rxdrxd從從1 1到到0 0的負跳變，并判斷起始位有效后，的負跳變，并判斷起始位有效后，開始收一幀信息。在接收器完第開始收一幀信息。在接收器完第9 9位數據后，位數據后，需滿足兩個需滿足兩個條件條件，才能將接收到的數據送入，才能將接收到的數據

19、送入sbufsbuf。（1 1）ri=0ri=0，意味著接收緩沖器為空。意味著接收緩沖器為空。（2 2）sm2=0sm2=0或或接收到的第接收到的第9 9位數據位位數據位rb8=1rb8=1時時。當上述兩個條件滿足時，接收到的數據送入當上述兩個條件滿足時，接收到的數據送入sbufsbuf（接收緩接收緩沖器），沖器），第第9 9位數據送入位數據送入rb8rb8，并置并置“1 1”riri。若不滿足若不滿足兩個條件，接收的信息將被丟棄。兩個條件，接收的信息將被丟棄。6.2.4 6.2.4 方式方式3 3sm0sm0、sm1=11sm1=11，串口為方式，串口為方式3 3。波特率可變的波特率可變的9

20、 9位異步通訊方式，位異步通訊方式，除波特率外，除波特率外， 和方式和方式3 3和方式和方式2 2相同。相同。方式方式3 3的時序見方式的時序見方式2 2。方式方式3波特率波特率=（2smod/32）定時器定時器t1的溢出率的溢出率6.2.5 6.2.5 波特率的制定方法波特率的制定方法方式方式0 0、方式、方式2 2的波特率是的波特率是固定固定的；的；方式方式1 1、方式、方式3 3波特波特率由率由定時器定時器t1t1的溢出率的溢出率來確定。來確定。1 1 波特率的定義波特率的定義對于定時器的不同工作方式，波特率的范圍不一對于定時器的不同工作方式，波特率的范圍不一2 2 定時器定時器t1t1

21、產生波特率的計算產生波特率的計算（1 1）方式方式0 0波特率波特率時鐘頻率時鐘頻率foscfosc1/121/12，不受，不受smodsmod位的值的影響。若位的值的影響。若fosc=12mhzfosc=12mhz，波特率為波特率為fosc/12fosc/12即即1 1mb/smb/s。（2 2）方式方式2 2波特率波特率= =（2 2smodsmod/64/64）foscfosc 若若fosc=12mhz: smod=0 fosc=12mhz: smod=0 波特率波特率=187.5=187.5kb/skb/s； smod=1 smod=1 波特率波特率=375=375kb/skb/s （

22、3 3）方式方式1 1或或方式方式3 3時，波特率為：時，波特率為：波特率波特率= =（2 2smodsmod/32/32）t1t1的溢出率的溢出率實際設定波特率時，實際設定波特率時，t1t1常設置為常設置為方式方式2 2定時定時（自動裝初（自動裝初值）值）這種方式不僅操作方便，也可避免因軟件重裝初這種方式不僅操作方便，也可避免因軟件重裝初值而帶來的定時誤差。值而帶來的定時誤差。實際使用時，為避免煩雜的初值計算，實際使用時，為避免煩雜的初值計算，常用的波特率和常用的波特率和初值初值x x間的關系列成表間的關系列成表。有兩點需要注意：有兩點需要注意：時鐘振蕩頻率為時鐘振蕩頻率為12mhz12mh

23、z或或6mhz6mhz時，表中初值時，表中初值x x和相應和相應的波特率之間有一定誤差。的波特率之間有一定誤差。例如，例如，fdhfdh的對應的理論值是的對應的理論值是1041610416波特（時鐘波特（時鐘6mhz6mhz）。）。與與96009600波特相差波特相差816816波特，消除誤差可以調整時鐘波特，消除誤差可以調整時鐘振蕩頻率振蕩頻率foscfosc實現。例如采用的時鐘振蕩頻率為實現。例如采用的時鐘振蕩頻率為11.0592mhz11.0592mhz。(2) (2) 如果串行通訊選用很低的波特率如果串行通訊選用很低的波特率，例如，波特率，例如，波特率選為選為5555，可將定時器，可將

24、定時器t1t1設置為方式設置為方式1 1定時。但在這定時。但在這種情況下，種情況下，t1t1溢出時，需用在中斷服務程序中重新溢出時，需用在中斷服務程序中重新裝入初值。中斷響應時間和執行指令時間會使波特裝入初值。中斷響應時間和執行指令時間會使波特率產生一定的誤差，可用改變初值的方法加以調整。率產生一定的誤差，可用改變初值的方法加以調整。例例6-36-3 若若80318031單片機的時鐘振蕩頻率為單片機的時鐘振蕩頻率為11.0592mhz11.0592mhz，選用，選用t1t1為方式為方式2 2定時作為波特率定時作為波特率發生器，波特率為發生器，波特率為2400b/s2400b/s，求初值。，求初

25、值。 上述結果可直接從表中查到。上述結果可直接從表中查到。這里時鐘振蕩頻率選為這里時鐘振蕩頻率選為11.0592 mhz11.0592 mhz，就可使初，就可使初值為整數，從而產生精確的波特率。值為整數，從而產生精確的波特率。6.3 串行通信應用舉例串行通信應用舉例1.1.方式方式0 0應用應用mcs-51mcs-51單片機串行口的方式單片機串行口的方式0 0為同步移位寄存器方式，外為同步移位寄存器方式，外接一個串入并出移位寄存器，可以擴展為一個并行口。注接一個串入并出移位寄存器，可以擴展為一個并行口。注意：所用移位寄存器最好帶有輸出允許控制端，避免在數意：所用移位寄存器最好帶有輸出允許控制端

26、，避免在數據串行輸出期間，并行口輸出不穩定現象。據串行輸出期間，并行口輸出不穩定現象。【應用一應用一】流水燈流水燈 采用采用80c5180c51的串行口外接的串行口外接cd4094cd4094擴展擴展8 8位并行口，如圖位并行口，如圖6-146-14所示，所示，cd4094cd4094的各個輸出端均接一發的各個輸出端均接一發光二極管，要求發光二極管從左到右流水顯示。光二極管，要求發光二極管從左到右流水顯示。rxdtxd8051data23456711121314clockq1q2q3q8q4q5q6q7cd4094p1.1stb1圖圖6-14 6-14 流水燈顯示電路圖流水燈顯示電路圖org

27、0000horg 0000hljmp mainljmp mainorg 2000horg 2000hmainmain：mov sconmov scon，#00h #00h ；置串行口工作方式；置串行口工作方式0 0mov amov a，#80h #80h ：最高位燈先亮：最高位燈先亮clr p1.1 clr p1.1 ；關閉并行輸出（避象傳輸過程中，各；關閉并行輸出（避象傳輸過程中，各ledled的的“暗紅暗紅”現象）現象）out0out0：mov sbufmov sbuf，a a ；開始串行輸出；開始串行輸出out1out1：jnb tijnb ti，out1 out1 ；輸出完否？；輸出完

28、否？clr ti ;clr ti ;完了，清完了，清titi標志，以備下次發送標志，以備下次發送setb p1.1 setb p1.1 ；打開并行口輸出；打開并行口輸出acall delay acall delay ；延時一段時間；延時一段時間rr a rr a ；循環右移；循環右移clr p1.1clr p1.1；關閉并行輸出；關閉并行輸出sjmp out0sjmp out0；循環；循環delaydelay：；延時子程序，不再重復；延時子程序，不再重復 endend2.2.異步通信應用異步通信應用串行口方式串行口方式1 1和方式和方式3 3都是常用的異步通信方式，方式都是常用的異步通信方式，

29、方式1 1為為8 8位數據位，方式位數據位，方式3 3為為9 9位數據位，兩種方式的波特率都位數據位，兩種方式的波特率都是受定時器是受定時器t1t1的溢出率控制。在用方式的溢出率控制。在用方式1 1或方式或方式3 3實現串行實現串行異步通信時，初始化程序要設定串行口的工作方式，并對異步通信時，初始化程序要設定串行口的工作方式，并對定時器定時器t1t1實現初始化，即設定定時器方式和定時器初值。實現初始化，即設定定時器方式和定時器初值。此外，還要編寫發送子程序和接收子程序。此外，還要編寫發送子程序和接收子程序。【應用二】點對點通信【應用二】點對點通信 單片機單片機1 1中有中有5 5個存放在個存放

30、在30h30h34h34h單元中數據發送給單元中數據發送給單片機單片機2 2，單片機，單片機2 2收到該收到該5 5個數據要存放在個數據要存放在50h50h54h54h單元單元中，要求采用中，要求采用4.8k4.8k波特率進行傳送，兩臺單片機振蕩頻率波特率進行傳送，兩臺單片機振蕩頻率均為均為6mhz6mhz。 兩臺單片機發送和接收數據之前需要一兩臺單片機發送和接收數據之前需要一“握手握手”信號信號“55h55h”，互相詢問對方是否準備好。任一單片機接收到對方的互相詢問對方是否準備好。任一單片機接收到對方的“握手握手”信信號號“55h55h”，均置本機的，均置本機的fofo（psw.5psw.5

31、）標志位為）標志位為“1 1”，表明本機，表明本機已經知道對方準備就緒，可以進行發送和接收操作。已經知道對方準備就緒，可以進行發送和接收操作。兩臺單片機的定時器兩臺單片機的定時器t1t1采用工作方式采用工作方式2 2，可以避免計數溢出后用，可以避免計數溢出后用軟件重裝定時初值。軟件重裝定時初值。先計算定時器先計算定時器t1t1的初值，取的初值，取smod=0 smod=0 ： 定時器定時器t1t1的溢出率的溢出率= =波特率波特率32/2smod32/2smod =4800 =480032/2032/20 =153600 =153600然后求出其對應的計數初值為：然后求出其對應的計數初值為：

32、x=2n x=2nfosc/fosc/（t1t1的溢出率的溢出率12)12) =28 =2866106/106/（1536001536001212） 253=0fdh253=0fdh 為了簡便起見，采用為了簡便起見，采用1010位的串口方式位的串口方式1 1進行異步通信，參考進行異步通信，參考程序如下：程序如下：單片機單片機1 1的程序：的程序：org 0000horg 0000hljmp startljmp startorg 0023horg 0023h；串口中斷入口地址；串口中斷入口地址ljmp sendljmp sendorg 1000horg 1000hstartstart：mov t

33、modmov tmod，#20h#20h；t1t1工作模式工作模式2 2mov sconmov scon，#50h#50h；置串行口工作方式；置串行口工作方式mov pconmov pcon，#00h#00h；smod=0smod=0，該語句也可，該語句也可 ; ;不要，因為復位后不要，因為復位后pcon=00hpcon=00hmov tl1mov tl1，#0fdh#0fdhmov th1mov th1，#0fdh#0fdh；初始化波特率；初始化波特率setb easetb ea；開中斷；開中斷setb essetb es；允許串行口中斷；允許串行口中斷setb tr1setb tr1；t1

34、t1開始工作開始工作intint：mov sbufmov sbuf，#55h#55h；發送出；發送出“握手握手”信號信號mov r1mov r1，#0ffh#0ffhlooploop：nopnopdjnz r1djnz r1，looploop；jnb fojnb fo，intintmov sbufmov sbuf，30h30h； mov r0 mov r0，#31h#31hljmp $ljmp $sendsend：jb f0jb f0，lab1lab1mov amov a，sbufsbuf；cjne acjne a，#55h#55h，lab0lab0setb fosetb fo；lab0lab0： clr riclr ri； clr ti clr ti； retiretilab