1、項目五、串行通信應用項目五、串行通信應用 任務1.雙機通信 能力目標1.能用查詢方式進行串口通信2.能用中斷方式進行串口通信3.能進行雙機通信電路綜合調試學習內容1.串行通信的通信方式2.雙機通信的實現一、任務要求系統中有甲、乙兩個單片機系統，在每個單片機的P1.0和P1.1口均有兩個按鍵，其中按下P1.0鍵時數字增加，按下P1.1鍵時數字減小，甲單片機的TXD引腳和乙單片機的RXD相連同時乙單片機的TXD引腳和甲單片機的RXD相接，甲、乙兩個單片機的P2口均接了一個共陰數碼管，設兩個單片機采用方式1的異步通信方式進行通信，甲單片機上的兩個按鍵可以控制乙單片機上數碼管進行“0”到“9”之間的正

2、反計數，同樣乙單片機上的兩個按鍵可以控制甲單片機上數碼管進行“0”到“9”之間的正反計數，設初始狀態兩個數碼管均顯示“0”，通信波特率約定為9600bps。二、任務分析 通過任務要求可以得知，甲乙兩個單片機系統均具有接收和發送功能，可通過查詢的方式知道甲單片機系統的按鈕按下的是“計數增加”還是“計數減少”的按鈕。三、學習知識（一）串行通信的數據傳送1、了解串行通信 圖5-1 兩種通信方式的示意圖(a)并行通信；(b)串行通信 2、串行通信的數據傳送（1）串行通信的傳輸方向 圖5-2 單工、半雙工和全雙工三種制式示意圖 （2）串行通信的數據傳送速率（波特率）波特率為每秒鐘傳送二進制數碼的位數，也

3、叫比特數，單位為b/s，即位/秒。波特率越高，數據傳輸速度越快。但波特率和字符的實際傳輸速率不同，字符的實際傳輸速率是每秒內所傳字符幀的幀數，和字符幀格式有關。與波特率相對應的是傳送每位二進制數所用的時間（Td），它是波特率的倒數。在進行串行通信中的發送端和接收端進行波特率設置時，必須采用相同的波特率，才能保證串行通信的正確性。 （二）串行通信的分類 1、異步通信（Asynchronous Communication）在異步通信中，數據通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發送端一幀一幀地發送，每一幀數據均是低位在前，高位在后，通過傳輸線被接收端一幀一幀地接收。發送端和接收端可以由各自獨

4、立的時鐘來控制數據的發送和接收，這兩個時鐘彼此獨立，互不同步。（1）字符幀字符幀也叫數據幀，由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位等4部分組成，如圖5-3所示。圖5-3異步通信的字符幀格式(a)無空閑位字符幀；(b)有空閑位字符幀 1)起始位：位于字符幀開頭，只占一位，為邏輯0低電平，用于向接收設備表示發送端開始發送一幀信息。2)數據位：緊跟起始位之后，用戶根據情況可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。3)奇偶校驗位：位于數據位之后，僅占一位，用來表征串行通信中采用奇校驗還是偶校驗，由用戶決定。4)停止位：位于字符幀最后，為邏輯1高電平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一幀

5、字符信息已經發送完，也為發送下一幀作準備。在串行通信中，兩相鄰字符幀之間可以沒有空閑位，也可以有若干空閑位，這由用戶來決定。2、同步通信（Synchronous Communication）同步通信是一種連續串行傳送數據的通信方式，一次通信只傳輸一幀信息。這里的信息幀和異步通信的字符幀不同，通常有若干個數據字符，如圖5-4所示。圖5-4(a)為單同步字符幀結構，圖5-4(b)為雙同步字符幀結構，但它們均由同步字符、數據字符和校驗字符CRC三部分組成。在同步通信中，同步字符可以采用統一的標準格式，也可以由用戶約定。圖5-4同步通信的字符幀格式 (a)單同步字符幀格式；(b)雙同步字符幀格式 （三

6、）MCS-51串行口結構MCS-51內部有兩個獨立的接收、發送緩沖器SBUF。SBUF屬于特殊功能寄存器。發送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，二者共用一個字節地址（99H）。串行口的結構如圖5-5所示。2、串行口控制寄存器SCON 表5-1 SCON的各位定義SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 表5-2 串行方式的定義SM0 SM1工作方式功能波特率0 0方式08位同步移位寄存器fosc/120 1方式110位UART可變1 0方式211位UARTfosc/64或fosc/321 1方式311位UART可變S

7、M2：多機通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3處于接收方式時，若SM2=1,且接收到的第9位數據RB8為0時，不激活RI；若SM2=1，且RB8=1時，則置RI=1。在方式2、3處于接收或發送方式時，若SM2=0，不論接收到的第9位RB8為0還是為1，TI、RI都以正常方式被激活。在方式1處于接收時，若SM2=1，則只有收到有效的停止位后，RI置1。在方式0中，SM2應為0。REN：允許串行接收位。它由軟件置位或清零。REN=1時，允許接收；REN=0時，禁止接收。TB8：發送數據的第9位。在方式2和方式3中，由軟件置位或復位，可做奇偶校驗位。在多機通信中，可作為區別地址幀或數據

8、幀的標識位，一般約定地址幀時，TB8為1，數據幀時，TB8為0。RB8：接收數據的第9位。功能同TB8。 TI：發送中斷標志位。在方式0中，發送完8位數據后，由硬件置位；在其它方式中，在發送停止位之初由硬件置位。因此，TI是發送完一幀數據的標志，可以用指令JBC TI，rel來查詢是否發送結束。TI=1時，也可向CPU申請中斷，響應中斷后，必須由軟件清除TI。RI：接收中斷標志位。在方式0中，接收完8位數據后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位的中間由硬件置位。同TI一樣，也可以通過JBC RI，rel來查詢是否接收完一幀數據。RI=1時，也可申請中斷，響應中斷后，必須由軟件清除RI。 3

9、、電源及波特率選擇寄存器PCONPCON主要是為CHMOS型單片機的電源控制而設置的專用寄存器，不可以位尋址，字節地址為87H。 表5-3 PCON的各位定義 D7 D6D0SMOD當SMOD為1時使波特率加倍，SMOD為0時波特率不變。PCON的其它位為掉電方式控制位。（四）MCS-51串行的工作方式 1、方式0在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定為fosc/12。串行數據從RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)送出。這種方式常用于擴展I/O口。 （1）發送 當一個數據寫入串行口發送緩沖器SBUF時，串行口將8位數據以fosc/12的波特率從RXD引腳

10、輸出（低位在前），發送完置中斷標志TI為1，請求中斷。在再次發送數據之前，必須由軟件清TI為0。具體接線圖如圖5-6所示。其中，74LS164為串入并出移位寄存器。圖5-6 方式0用于擴展I/O口輸出（2）接收 在滿足REN=1和RI=0的條件下，串行口即開始從RXD端以fosc/12的波特率輸入數據（低位在前），當接收完8位數據后，置中斷標志RI為1，請求中斷。在再次接收數據之前，必須由軟件清RI為0。 值得注意的是，每當發送或接收完8位數據后，硬件會自動置TI或RI為1，CPU響應TI或RI中斷后，必須由用戶用軟件清0。方式0時，SM2必須為0。 圖5-7 方式0用于擴展I/O口輸入 2、

11、方式1 如果收發雙方都是工作在方式1下，此時，串行口為波特率可調的10位通用異步接口UART。發送或接收一幀信息，包括1位起始位0，8位數據位和1位停止位1。其幀格式如圖5-8所示。圖5-8 10位的幀格式 （1）發送 發送時，數據從TXD端輸出，當數據寫入發送緩沖器SBUF后，啟動發送器發送。當發送完一幀數據后，置中斷標志TI為1。方式1所傳送的波特率取決于定時器1的溢出率和PCON中的SMOD位。 （2）接收接收時，由REN置1，允許接收，串行口采樣RXD，當采樣由1到0跳變時，確認是起始位“0”，開始接收一幀數據。當RI=0，且停止位為1或SM2=0時，停止位進入RB8位，同時置中斷標志

12、RI；否則信息將丟失。所以，方式1接收時，應先用軟件清除RI或SM2標志。 3、方式2 方式2下，串行口為11位UART，傳送波特率與SMOD有關。發送或接收一幀數據包括1位起始位0，8位數據位，1位可編程位(用于奇偶校驗)和1位停止位1。其幀格式如圖5-9所示。 圖5-9 11位的幀格式 （1）發送 發送時，先根據通信協議由軟件設置TB8，然后用指令將要發送的數據寫入SBUF，啟動發送器。寫SBUF的指令，除了將8位數據送入SBUF外，同時還將TB8裝入發送移位寄存器的第9位，并通知發送控制器進行一次發送。一幀信息即從TXD發送，在送完一幀信息后，TI被自動置1，在發送下一幀信息之前，TI必

13、須由中斷服務程序或查詢程序清0。 （2）接收 當REN=1時，允許串行口接收數據。數據由RXD端輸入，接收11位的信息。當接收器采樣到RXD端的負跳變，并判斷起始位有效后，開始接收一幀信息。當接收器接收到第9位數據后，若同時滿足以下兩個條件：RI=0和SM2=0或接收到的第9位數據為1，則接收數據有效，8位數據送入SBUF，第9位送入RB8，并置RI=1。若不滿足上述兩個條件，則信息丟失。4、方式3 方式3為波特率可變的11位UART通信方式，除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。 （五）MCS-51串行口的波特率1、方式0和方式2在方式0中，波特率為時鐘頻率的1/12，即fosc/12，固

14、定不變。在方式2中，波特率取決于PCON中的SMOD值，當SMOD=0時，波特率為fosc/64； 當SMOD=1時，波特率為fosc/32.即波特率 = 。 2、方式1和方式3 在方式1和方式3下，波特率由定時器1的溢出率和SMOD共同決定。即：方式1和方式3的波特率=定時器1溢出率。 實際上，當定時器1做波特率發生器使用時，通常是工作在模式2，即自動重裝載的8位定時器，此時TL1作計數用，自動重裝載的值在TH1內。設計數的預置值（初始值）為X，那么每過256-X個機器周期，定時器溢出一次。為了避免因溢出而產生不必要的中斷，此時應禁止T1中斷。溢出周期為溢出率為溢出周期的倒數，所以波特率=波

15、特率/(b/s)fosc/MHzSMOD定時器1C/模式初始值方式0：1方式2：375 k方式1、3：62.5 k19.2 k9.6 k4.8 k2.4 k1.2 k137.5 k11011012121211.05911.05911.05911.05911.05911.9866121110000000000000000222222221FFHFDHFDHFAHF4HE8H1DH72HFEEBH表5-4 定時器1產生的常用波特 （六）雙機通信設計1、雙機通信硬件電路圖5-10 雙機異步通信接口電路 為了增加通信距離，減少通道和電源干擾，可以在通信線路上采用光電隔離的方法， 利用RS-422A標準

16、進行雙機通信，實用的接口電路見書圖5-11所示。2、雙機通信軟件編程對于雙機異步通信的程序通常采用兩種方法：查詢方式和中斷方式。下面通過程序示例介紹這兩種方法。（1）查詢方式甲機發送編程將甲機片外1000H101FH單元的數據塊從串行口輸出。定義方式2發送，TB8為奇偶校驗位。發送波特率375kb/s，晶振為12MHz,所以SMOD=1。參考發送子程序如下：MOVSCON，#80H；設置串行口為方式2MOVPCON，#80H；SMOD=1MOVDPTR，#1000H；設數據塊指針MOVR7，#20H；設數據塊長度START：MOVXA，DPTR；取數據給AMOVC,PMOVTB8,C；奇偶位P

17、送給TB8MOVSBUF,A；數據送SBUF，啟動發送WAIT：JBCTI,CONT；判斷一幀是否發送完。若發送完，清TI，取下一個數據AJMPWAIT；未完等待CONT：INCDPTR；更新數據單元DJNZR7,START；循環發送至結束RET乙機接收 編程使乙機接收甲機發送過來的數據塊，并存入片內50H6FH單元。接收過程要求判斷RB8，若出錯置F0標志為1，正確則置F0標志為0，然后返回。在進行雙機通信時，兩機應采用相同的工作方式和波特率。參考接收子程序如下：MOVSCON，#80H；設置串行口為方式2MOVPCON，#80H；SMOD=1MOVR0，#50H；設置數據塊指針MOVR7，

18、#20H；設置數據塊長度SETBREN；啟動接收WAIT：JBCRI，READ；判斷是否接收完一幀。若完，清RI，讀入數據AJMP WAIT；未完等待READ：MOVA，SBUF；讀入一幀數據JNBPSW.0,PZ；奇偶位為0則轉JNBRB8, ERR；P=1，RB8=0，則出錯SJMPRIGHT；二者全為1，則正確PZ：JBRB8, ERR；P=0，RB8=1，則出錯RIGHT：MOVR0, A；正確，存放數據INCR0；更新地址指針DJNZR7, WAIT；判斷數據塊是否接收完CLRPSW.5；接收正確，且接收完清F0標志RET；返回ERR：SETBPSW.5；出錯，置F0標志為1RET；

19、返回（2）中斷方式在很多應用中，雙機通信的接收方都采用中斷的方式來接收數據，以提高CPU的工作效率；發送方仍然采用查詢方式發送。編程將甲機片內60H6FH單元的數據塊從串行口發送，在發送之前將數據塊長度發送給乙機，當發送完16個字節后，再發送一個累加校驗和。定義雙機串行口按方式1工作，晶振為11.059MHz，波特率為2400b/s，定時器1按方式2工作。經計算或查表5-4得到定時器預置值為0F4H，SMOD=0。參考發送子程序如下：MOVTMOD，#20H；設置定時器1為方式2MOVTL1，#0F4H；設置預置值MOVTH1，#0F4HSETBTR1；啟動定時器1MOVSCON，#50H；設

20、置串行口為方式1，允許接收START：MOVR0，#60H；設置數據指針MOVR5，#10H；設置數據長度MOVR4，#00H；累加校驗和初始化MOVSBUF，R5；發送數據長度WAIT1：JBCTI，TRS；等待發送AJMPWAIT1TRS：MOVA，R0；讀取數據MOVSBUF，A；發送數據ADDA，R4MOVR4，A；形成累加和INCR0；修改數據指針WAIT2：JBCTI，CONT；等待發送一幀數據AJMPWAIT2CONT：DJNZR5，TRS；判斷數據塊是否發送完MOVSBUF，R4；發送累加校驗和WAIT3：JBCTI，WAIT4；等待發送AJMPWAIT3WAIT4：JBCRI

21、，READ；等待乙機回答AJMPWAIT4READ：MOVA，SBUF；接收乙機數據JZRIGHT；00H，發送正確，返回AJMPSTART；發送出錯，重發RIGHT：RET乙機接收乙機接收甲機發送的數據，并存入以2000H開始的片外數據存儲器中。首先接收數據長度，接著接收數據，當接收完16個字節后，接收累加和校驗碼，進行校驗。數據傳送結束后，根據校驗結果向甲機發送一個狀態字，00H表示正確，0FFH表示出錯，出錯則甲機重發。接收采用中斷方式。設置兩個標志位（7FH，7EH位）來判斷接收到的信息是數據塊長度、數據還是累加校驗和。參考接收程序如下：ORG0000HLJMPCSH；轉初始化程序OR

22、G0023HLJMPINTS；轉串行口中斷程序ORG0100HCSH：MOVTMOD，#20H；設置定時器1為方式2MOVTL1，#0F4H；設置預置值MOVTH1，#0F4HSETBTR1；啟動定時器1MOVSCON,#50H；串行口初始化SETB7FH；置長度標志位為1SETB7EH；置數據塊標志位為1MOV31H，#20H；規定外部RAM的起始地址MOV30H，#00HMOV40H，#00H；清累加和寄存器SETBEA；允許串行口中斷SETBESLJMPMAIN；MAIN為主程序，根據用戶要求編寫INTS：CLREA；關中斷CLRRI；清中斷標志PUSHA；保護現場PUSHDPHPUSH

23、DPLJB7FH，CHANG；判斷是數據塊長度嗎？JB7EH，DATA；判斷是數據塊嗎？SUM：MOVA，SBUF；接收校驗和CJNEA，40H，ERR；判斷接收是否正確MOVA，#00H；二者相等，正確，向甲機發送00HMOVSBUF，AWAIT1：JNBTI，WAIT1CLRTISJMPRETURN；發送完，轉到返回ERR：MOVA，#0FFH；二者不相等，錯誤，向甲機發送FFHMOVSBUF，AWAIT2：JNBTI，WAIT2CLRTISJMPAGAIN；發送完，轉重新開始CHANG：MOVA，SBUF；接收長度MOV41H，A；長度存入41H單元CLR7FH；清長度標志位SJMPRE

24、TURN；轉返回DATA：MOVA，SBUF；接收數據MOVDPH，31H；存入片外RAMMOVDPL，30HMOVXDPTR，AINCDPTR；修改片外RAM的地址MOV31H，DPHMOV30H，DPLADDA，40H；形成累加和，放在40H單元MOV40H，ADJNZ41H，RETURN；判斷數據塊是否接收完CLR7EH；接收完，清數據塊標志位SJMPRETURNAGAIN：SETB7FH；接收出錯，恢復標志位，重新開始接收SETB7EHMOV31H，#20H；恢復片外RAM起始地址MOV30H，#00HMOV40H，#00H；累加和寄存器清零RETURN：POPDPL；恢復現場POPD

25、PHPOPASETBEA；開中斷RETI；返回四、任務實施1、硬件設計 圖5-12 雙機通信硬件連接圖 2、軟件設計 接收數字根據數字查表取段碼將段碼在P2口輸出返回圖5-13（a）雙機通信流程圖串行中斷流程圖 是是是是開始串口初始化，串口方式1設置波特率9600開總中斷、開串行中斷延時10msR1加1 “+”鍵按下？數字清0“+”鍵按下？到“10”了嗎？“-”鍵按下？延時10ms“-”鍵按下？R1減1到“0”了嗎？數字設為9(A)=(30H)?R1送AA送30H清TI，啟動發送送完了嗎？再次清TI是是是是否否否否否否否否圖5-13（b）雙機通信流程圖串行中斷流程圖 程序如下：ORG0000H

26、LJMPMAINORG0023H；串口中斷地址LJMPSSIOMAIN:MOVSCON,#50H；串口方式1,允許接收MOVTMOD,#20H；定時器T1方式2,8位自動重裝方式MOVTH1,#0FDHMOVTL1,#0FDH；設定波特率為9600bit/sANLPCON,#7FH；將PCON.7即SMOD位清零SETBTR1；啟動波特率發生器MOVIE,#90H；EA=1且ES=1MOVR1,#00HMOV30H,#00HMOVDPTR,#TABLEMOVCA,A+DPTRMOVP2,ASTART:JBP1.0,NEXT1LCALLDELAY10MSJBP1.0,NEXT1JNBP1.0,$

27、INCR1CJNER1,#10,NEXT1MOVR1,#00HNEXT1:JBP1.1,NEXT2LCALLDELAY10MSJBP1.1,NEXT2JNBP1.1,$DECR1CJNER1,#0FFH,NEXT2MOVR1,#09HNEXT2:MOVA,R1CJNEA,30H,NEXT3LJMPSTARTNEXT3:MOV30H,ACLRTI；清除發送標志JNBTI,$；等待發送完成時TI=1CLRTI；再次清除發送標志LJMPSTARTDELAY10MS:MOVR5,#1D2:MOVR6,#20D1:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1DJNZR5,D2RETORG050

28、0H；串口中斷服務程序的實際地址SSIO:PUSHACCCLRRIMOVA,SBUFMOVDPTR,#TABLEMOVCA,A+DPTRMOVP2,APOPACCRETITABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND3、 仿真調試如圖5-14所示。 圖5-14 雙機通信仿真調試效果圖 五、總結與提高 1、波特率問題： 2、多機通信 項目五、串行通信應用 任務2.8051與PC機的通信 能力目標1.掌握8051與PC機的硬件連接2.能進行8051與PC機的通信的程序設計學習內容1.8051與PC機的硬件連接2.PC機與單片機之間常用接口

29、電路一、任務要求AT89C51與單片機的串行口經MAX232電平轉換后，與PC機串行口相連。使用虛擬終端，實現上位機與下位機的通信，通過虛擬終端窗口，在鍵盤上按鍵，在虛擬終端窗口中能顯示相應的字符。二、任務分析單片機的串行口要經MAX232電平轉換就必須將串口的引腳正確連接到MAX232，其次可以選用以查詢法接收和發送數據，上位機發出指定字符，下位機收到后返回原字符。為此可以將虛擬終端設置如下：波特率-4800；數據位-8；奇偶檢驗-無；停止位-1，如圖5-23所示。 三、學習知識（一）接口電路常用的串行總線接口標準有以下三種：RS-232C、RS-422、RS-485。1、RS-232C接口

30、 （1）RS-232C的電氣特性RS-232C電平不同于TTL電平的+5V和地。它采用負邏輯，邏輯0電平用+3V+15V表示，邏輯1電平用-3V-15V表示。因此，RS-232C不能直接與TTL電平相連，必須加上適當的接口電路進行信號電平轉換。目前，最常用的芯片有集成電路電平轉換器MAX232。（2）RS-232C的通信距離和速率 RS-232C標準規定的傳送數據的波特率最大為19.2KbpS。驅動器允許有2500pF的電容負載，因此通信距離將受此電容大小所限，它的通信距離一般不超過15m。 （3）RS-232C接口的物理結構 由于多數情況下RS-232C接口主要使用主通道，對于一般雙工通信，

31、通常只需使用串行輸入RXD、串行輸出TXD和地線GND，所以RS-232C常采用型號為DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 圖5-16 RS-232C信號引腳排列圖（4）常用RS-232接口芯片MAX232內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電壓變換成為RS-232C輸出電平所需的10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統只需單一的+5V電源就可以了。對于沒有12V電源的場合，其適應性更強，因而被廣泛使用。 圖5-17 MAX232引腳結構和典型連接圖圖5-18 單片機與MAX232的接口原理圖2、RS-422接口 RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”。

32、為改進RS-232通信距離短、傳送速率低、接口處容易出現共模干擾的缺點，RS-422定義了一種平衡通信方式，即采用差分接收、差分發送的工作方式，不需要數字地線，可將傳輸速率提高到最大10Mbps，在此速率下傳輸距離延長到12m，如采用低速率傳輸，如在100kbps以下，最大傳輸距離可達到1200m。它使用雙絞線傳送信號，根據兩條傳輸線之間的電位差值來決定邏輯狀態。 RS-422接口需要外接終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。一般取100，接在傳輸電纜的最遠端。通常情況下，短距離傳輸時（300米以下）可以不要終接電阻 。3、RS-485接口1983年EIA在RS-422基礎上制定了RS-485標準，它是一種多發送器的電路標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，因此應用RS-485接口可以聯網構成分布式系統，最多能支持32個發送/接收器對。RS-485接口采用半雙工模式，任何時候只能有一點處于發送狀態，所以一般在RS-485接口還有一“使能”端，用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接，當“使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀