单片机第7章 89C51串行口及串行通信技术.ppt

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1、第第7章章 UART串行输入串行输入/输出端口输出端口 目目 录录7.1 串行通信基本知识串行通信基本知识7.2 串行口结构及控制串行口结构及控制7.3 串行口工作方式串行口工作方式7.4 串行口应用举例串行口应用举例7.5 单片机与单片机与PC机通信的接口电路机通信的接口电路本章要点本章要点 本章主要讲述串行通信基本知识、本章主要讲述串行通信基本知识、89C52单片单片机串行口结构、串行口工作方式以及单片机与机串行口结构、串行口工作方式以及单片机与PC机通信的接口电路。机通信的接口电路。7.1 串行通信基本知识串行通信基本知识主要内容主要内容7.1.1 数据通信数据通信7.1.2 异步通信和

2、同步通信异步通信和同步通信7.1.3 波特率波特率7.1.4 通信方向通信方向7.1.5 串行通信接口种类串行通信接口种类7.1.1 数据通信数据通信 在实际工作中，计算机的在实际工作中，计算机的CPU与外部设备之间常常要进与外部设备之间常常要进行信息交换，一台计算机与其他计算机之间也往往要交换信行信息交换，一台计算机与其他计算机之间也往往要交换信息，所有这些信息交换均可称为通信。息，所有这些信息交换均可称为通信。基本的通信方法有并基本的通信方法有并行通信和串行通信两种。行通信和串行通信两种。通常根据信息传送的距离决定采用哪种通信方式。通常根据信息传送的距离决定采用哪种通信方式。1并行通信并行

3、通信单位信息（通常指一个字节）的各位数据单位信息（通常指一个字节）的各位数据同时传送同时传送的通的通信方法称为并行通信。信方法称为并行通信。2串行通信串行通信单位信息的各位数据被分时单位信息的各位数据被分时一位一位依次顺序传送一位一位依次顺序传送的通的通信方式称为串行通信。信方式称为串行通信。89C51单片机具有并行和串行二种基本通信方式。单片机具有并行和串行二种基本通信方式。并行通信并行通信并行通信是指数据的各位同时进行传送并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。（发送或接收）的通信方式。其优点是传送速度快；其优点是传送速度快；缺点是数据有多少位，就需要多少根传缺点是数据

4、有多少位，就需要多少根传送线。送线。例如，例如，89C51单片机与打印机之间的数单片机与打印机之间的数据传送就属于并行通信。据传送就属于并行通信。右右图图所示为所示为89C51与外设间与外设间8位数据并行位数据并行通信的连接方法。并行通信在位数多、通信的连接方法。并行通信在位数多、传送距离又远时就不太合适了。传送距离又远时就不太合适了。串行通信串行通信串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。方式。它的突出优点是只需一对传输线（利用电话线它的突出优点是只需一对传输线（利用电话线就可作为传输线），这样就大大降低了传送成就可作为传输线），这样就大大降低了

5、传送成本，特别适用于远距离通信；本，特别适用于远距离通信；其缺点是传送速度较低。假设并行传送其缺点是传送速度较低。假设并行传送N位数位数据所需时间位据所需时间位T，那么串行传送的时间至少为那么串行传送的时间至少为NT,实际上总是大于实际上总是大于NT的。的。图图7-1（b）所示为串行通信方式的连接方法。所示为串行通信方式的连接方法。7.1.2异步通信和同步通信异步通信和同步通信 串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信。串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信。1、异步通信、异步通信 在异步通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一字节数据）传送在异步通信中，数据是一帧一帧（

6、包括一个字符代码或一字节数据）传送的，每一帧的数据格式如下图所示的，每一帧的数据格式如下图所示图图7-3（a）表示一个表示一个字符紧接一个字符传字符紧接一个字符传送的情况，上一个字送的情况，上一个字符的停止位和下一个符的停止位和下一个字符的起始位是紧邻字符的起始位是紧邻的；的；图图7-3（b）则是两个则是两个字符间有空闲位的情字符间有空闲位的情况，空闲位为况，空闲位为1，线，线路处于等待状态。存路处于等待状态。存在空闲位正是异步通在空闲位正是异步通信的特征之一。信的特征之一。1、异步通信、异步通信 在帧格式中，一个字符由四个部分组成：在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位起始位数据位数据位

7、奇偶校验位奇偶校验位停止位。停止位。首先是一个起始位（首先是一个起始位（0），然后是），然后是5位位-8位数位数据（规定低位在前，高位在后），接下来是奇据（规定低位在前，高位在后），接下来是奇偶校验位（可省略），最后是停止位（偶校验位（可省略），最后是停止位（1）。）。1、异步通信、异步通信起始位（起始位（0）信号只占用一位，用来通知接收设备一个待接收的）信号只占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达。线路上在不传送字符时应保持为字符开始到达。线路上在不传送字符时应保持为1。接收端不断。接收端不断检测线路的状态，若连续为检测线路的状态，若连续为1以后又测到一个以后又测到一个0，就知道

8、发来一个，就知道发来一个新字符，新字符，应马上准备接收。字符的起始位还被用作同步接收端的应马上准备接收。字符的起始位还被用作同步接收端的时钟，以保证以后的接收能正确进行。时钟，以保证以后的接收能正确进行。起始位后面紧接着是数据位，它可以是起始位后面紧接着是数据位，它可以是5位（位（D0-D4）、）、6位、位、7位或位或8位（位（D0-D7）。）。奇偶校验（奇偶校验（D8）只占一位，但在字符中也可以规定不用奇偶校验只占一位，但在字符中也可以规定不用奇偶校验位，则这一位就可省去。也可用这一位（位，则这一位就可省去。也可用这一位（1/0）来确定这一帧中的）来确定这一帧中的字符所代表信息的性质（地址字

9、符所代表信息的性质（地址/数据等）。数据等）。停止位用来表征字符的结束，它一定是高电位（逻辑停止位用来表征字符的结束，它一定是高电位（逻辑1）。停止）。停止位可以是位可以是1位、位、1.5位或位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕，同时，也为接收下一个字符做好准备已传送完毕，同时，也为接收下一个字符做好准备-只要再接收只要再接收到到0，就是新的字符的起始位。若停止位以后不是紧接着传送下，就是新的字符的起始位。若停止位以后不是紧接着传送下一个字符，则使线路电平保持为高电平（逻辑一个字符，则使线路电平保持为高电平（逻辑1）。）。2、同步通信、同步通

10、信同步通信中，在数据开始传送前用同步字符来指示（常约定同步通信中，在数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1个个-2个），并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的个），并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到通信告一段落。同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到通信告一段落。同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据块开始时用同步字符仅在数据块开始时用同步字符SYNC来指示，其数据格式如图来指示，其数据格式如图7-4所示。所示。图图7-4 同步通信数据格

11、式同步通信数据格式2、同步通信、同步通信同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字符方式，如图符方式，如图7-4所示，然后是连续的数据块。同步所示，然后是连续的数据块。同步字符可以由用户约定，当然也可以采用字符可以由用户约定，当然也可以采用ASCII码中码中规定的规定的SYNC代码，即代码，即16H。按同步方式通信时，先按同步方式通信时，先发送同步字符，接收方检测到同步字符后，即准备发送同步字符，接收方检测到同步字符后，即准备接收数据。接收数据。在同步传送时，要求用时钟来实现发送端与接收端在同步传送时，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。为了

12、保证接收正确无误，发送方除了之间的同步。为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要同时传送时钟信号。传送数据外，还要同时传送时钟信号。同步传送可以提高传输速率（达同步传送可以提高传输速率（达56kb/s或更高），或更高），但硬件比较复杂。但硬件比较复杂。3、波特率（、波特率（Baud rate）波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是制代码的位数，它的单位是b/s或或bps。波特率对于波特率对于CPU与外界的通信是很重要的。与外界的通信是很重要的。假设数据传送速率是假设数据传送速率是每秒钟每秒钟10个字符个字符,而每个字

13、而每个字符格式符格式的一帧为的一帧为11位位,这时这时,传送的波特率为：传送的波特率为：11b字符字符10字符字符s110bs异步通信的传送速率在异步通信的传送速率在50b/s-19200b/s之间，常之间，常用于计算机到终端机和打印机之间的通信、直通用于计算机到终端机和打印机之间的通信、直通电报以及无线电通信的数据发送等。电报以及无线电通信的数据发送等。7.1.4 通信方向通信方向单工方式：单工方式：一对传输线只允许一对传输线只允许单方向单方向传送数据；传送数据；半双工方式：半双工方式：一对传输线允许向两个方向中的任一方向传送一对传输线允许向两个方向中的任一方向传送数据，但数据，但不能同时不

14、能同时进行；进行；全双工方式：全双工方式：用两对传输线连接在发送器和接收器上，发送用两对传输线连接在发送器和接收器上，发送和接收和接收能同时能同时进行。进行。7.1.5 串行通信接口种类串行通信接口种类根据串行通信格式及约定（如同步方式、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：许多串行通信接口标准，如常见的：UART（串行异步通信接口）、（串行异步通信接口）、USB（通用串行总线接口）、（通用串行总线接口）、I2C（集成电路间的串行总线）、（集成电路间的串行总线）、SPI（串行外设总线）、（串行

15、外设总线）、485总线、总线、CAN总线接口等。总线接口等。7.2 串行口串行口结构及控制结构及控制主要内容主要内容7.2.1 89C51串行口结构串行口结构7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器与串行口有关的特殊功能寄存器7.2.3 波特率设计波特率设计7.2 串行口结构串行口结构 89C51单片机除具有单片机除具有4个个8位并行口外，还具有串行位并行口外，还具有串行接口。接口。此串行接口是一个全双工串行通信接口，即能同时此串行接口是一个全双工串行通信接口，即能同时进行串行发送和接收数据。进行串行发送和接收数据。它可以作它可以作UATR（通用异步接收和发送器）用，也通用异步接收和发送器）用

16、，也可以作同步移位寄存器用。可以作同步移位寄存器用。使用串行接口可以实现使用串行接口可以实现89C51单片机系统之间点对单片机系统之间点对点的单机通信和点的单机通信和89C51与系统机（如与系统机（如IBM-PC机等）机等）的单机或多机通信。的单机或多机通信。7.2.1 89C51串行口结构串行口结构图图7-6 串行口方式串行口方式1、3内部结构示意简图内部结构示意简图图图7-7 串行口内部结构示意简图串行口内部结构示意简图图中有两个物理独立的接收、发送缓冲器图中有两个物理独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地它们占用同一地址址99H，可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不能读出

17、；可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不能读出；接收缓冲器只能读入，不能写出。接收缓冲器只能读入，不能写出。串行发送与接收的速率与移位时钟同步。串行发送与接收的速率与移位时钟同步。89C51用定时器用定时器T1作为串作为串行通信的波特率发生器，行通信的波特率发生器，T1溢出率经溢出率经2分频（或不分频）后又经分频（或不分频）后又经16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即是波特率。分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即是波特率。1、结、结 构构从图中可看出，接收器是双缓冲结构，在前一个字节被从接收从图中可看出，接收器是双缓冲结构，在前一个字节被从接收缓冲器缓冲器S

18、BUF读出之前，第二个字节即开始被接收（串行输入读出之前，第二个字节即开始被接收（串行输入至移位寄存器），但是，在第二个字节接收完毕而前一个字节至移位寄存器），但是，在第二个字节接收完毕而前一个字节CPU未读取时，会丢失前一个字节。未读取时，会丢失前一个字节。串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行的名义进行读或写的。当向读或写的。当向SBUF发发“写写”命令时（执行命令时（执行“MOV SBUF,A”指指令），即是向发送缓冲器令），即是向发送缓冲器SBUF装载并开始由装载并开始由TXD引脚向外发引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断标志

19、位送一帧数据，发送完便使发送中断标志位TI=1。在满足串行口接收中断标志位在满足串行口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下，置的条件下，置允许接收位允许接收位REN（SCON.4）=1就会接收一帧数据进入移位寄就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到接收存器，并装载到接收SBUF中，同时使中，同时使RI=1。当发读当发读SBUF命令命令时（执行时（执行“MOV A,SBUF”命令），便由接收缓冲器（命令），便由接收缓冲器（SBUF）取取出信息通过出信息通过89C51内部总线送内部总线送CPU。对于发送缓冲器，因为发送时对于发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错是主动的，

20、不会产生重叠错误，一般不需要用双缓冲器结构来保持最大传送速率。误，一般不需要用双缓冲器结构来保持最大传送速率。7.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器与串行口有关的特殊功能寄存器1控制状态寄存器控制状态寄存器SCON用于定义串行通信口的工作方式和反映串行口状态，其用于定义串行通信口的工作方式和反映串行口状态，其字节地址为字节地址为98H，复位值为，复位值为0000 0000B，可位寻址可位寻址格式为：格式为：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8TIRIlSM0和和SM1（SCON.7、SCON.6）：串行口工作方式选择位。）：串行口工作方式选择位。SM

21、0 SM1 工作方式工作方式功能说明功能说明波特率波特率00方式方式0同步移位寄存器同步移位寄存器fosc/1201方式方式18位数据位数据UART可变可变(T1溢出率溢出率/32或或/16)10方式方式29位数据位数据UARTfosc/64或或 fosc/3211方式方式39位数据位数据UART可变可变(T1溢出率溢出率/32或或/16)2、串行口控制字及控制寄存器、串行口控制字及控制寄存器SM2（SCON.5）多机通信控制位，主要用于方式多机通信控制位，主要用于方式2和方式和方式3。若置若置SM2=1，则允许多机通信。当一片则允许多机通信。当一片89C51（主机）与多片主机）与多片89C5

22、1（从从机）通信时，所有从机的机）通信时，所有从机的SM2位都置位都置1。主机首先发送的一帧数据为地址，。主机首先发送的一帧数据为地址，即从机机号，其中第即从机机号，其中第9位为位为1，所有的从机接收到数据后，将其中第，所有的从机接收到数据后，将其中第9位装位装入入RB8中。中。各个从机根据收到的第各个从机根据收到的第9位数据（位数据（RB8中）的值来决定从机可否再接收主中）的值来决定从机可否再接收主机的信息。若（机的信息。若（RB8）0，说明是数据帧，则使接收中断标志位说明是数据帧，则使接收中断标志位RI0，信息丢失；若（信息丢失；若（RB8）1，说明是地址帧，数据装入说明是地址帧，数据装入

23、SBUF并置并置RI1，中断所有从机，被寻址的目标从机清除中断所有从机，被寻址的目标从机清除SM2以接收主机发来的一帧数据。以接收主机发来的一帧数据。其他从机仍然保持其他从机仍然保持SM21。若若SM2=0,即不属于多机通信情况即不属于多机通信情况,则接收一帧数据后则接收一帧数据后,不管第九位数据是不管第九位数据是0还是还是1,都置都置RI=1,接收到的数据装入接收到的数据装入SBUF。根据根据SM2这个功能这个功能,可实现多个可实现多个89C51应用系统的串行通信。应用系统的串行通信。在方式在方式1时时,若若SM2=1,则只有接收到有效停止位时则只有接收到有效停止位时,RI才置才置1,以便接

24、收下一以便接收下一帧数据。在方式帧数据。在方式0时时,SM2必须是必须是0。REN（SCON.4）允许接收控制位。由软件置允许接收控制位。由软件置1或清或清0，只有当，只有当REN1时才允许接收，相当于串行接收的开关；若时才允许接收，相当于串行接收的开关；若REN0，则禁止接收。，则禁止接收。在串行通信接收控制过程中，如果满足在串行通信接收控制过程中，如果满足RI0和和REN1（允许接收）的条（允许接收）的条件，就允许接收，一帧数据就装载入接收件，就允许接收，一帧数据就装载入接收SBUF中。中。2、串行口控制字及控制寄存器、串行口控制字及控制寄存器TB8（SCON.3）发送数据的第发送数据的第

25、9位（位（D8）装入装入TB8中。中。在方式在方式2或方式或方式3中，根据发送数据的需要由软件置位或复中，根据发送数据的需要由软件置位或复位。在许多通信协议中可用作奇偶校验位，也可在多机通位。在许多通信协议中可用作奇偶校验位，也可在多机通信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。对于后者，信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。对于后者，TB81，说明该帧数据为地址；说明该帧数据为地址；TB80，说明该帧数据为数说明该帧数据为数据字节。在方式据字节。在方式0或方式或方式1中，该位未用。中，该位未用。RB8（SCON.2）接收数据的第接收数据的第9位。在方式位。在方式2或方式或方式3中，接收到的第中，接收

26、到的第9位数据放在位数据放在RB8位。它或是约定的奇位。它或是约定的奇/偶偶校验位，或是约定的地址校验位，或是约定的地址/数据标识位。在方式数据标识位。在方式2和方式和方式3多机通信中，若多机通信中，若SM21，如果，如果RB81，说明收到的数据，说明收到的数据为地址帧。为地址帧。在方式在方式1中，若中，若SM20（即不是多机通信情况），（即不是多机通信情况），RB8中存放的是已接收到的停止位。在方式中存放的是已接收到的停止位。在方式0中，该位未用。中，该位未用。2、串行口控制字及控制寄存器、串行口控制字及控制寄存器TI（SCON.1）发送中断标志。在一帧数据发送完时被置发送中断标志。在一帧数

27、据发送完时被置位。在方式位。在方式0串行发送第串行发送第8位结束或其他方式串行发送到停止位的位结束或其他方式串行发送到停止位的开始时由硬件置位，可用软件查询。它同时也申请中断，开始时由硬件置位，可用软件查询。它同时也申请中断，TI置位置位意味着向意味着向CPU提供提供“发送缓冲器发送缓冲器SBUF已空已空”的信息，的信息，CPU可以可以准备发送下一帧数据。串行口发送中断被响应后，准备发送下一帧数据。串行口发送中断被响应后，TI不会自动清不会自动清0，必须由软件清，必须由软件清0。RI（SCON.0）接收中断标志。在接收到一帧有效数据后接收中断标志。在接收到一帧有效数据后由硬件置位。在方式由硬件

28、置位。在方式0中，第中，第8位数据发送结束时，由硬件置位；位数据发送结束时，由硬件置位；在其他三种方式中，当接收到停止位中间时由硬件置位。在其他三种方式中，当接收到停止位中间时由硬件置位。RI1，申请中断，表示一帧数据接收结束，并已装入接收，申请中断，表示一帧数据接收结束，并已装入接收SBUF中，中，要求要求CPU取走数据。取走数据。CPU响应中断，取走数据。响应中断，取走数据。RI也必须由软件也必须由软件清清0，清除中断申请，并准备接收下一帧数据。，清除中断申请，并准备接收下一帧数据。串行发送中断标志串行发送中断标志TI和接收中断标志和接收中断标志RI是同一个中断源，是同一个中断源，CPU事

29、事先不知道是发送中断先不知道是发送中断TI还是接收中断还是接收中断RI产生的中断请求，所以，产生的中断请求，所以，在全双工通信时，必须由软件来判别。在全双工通信时，必须由软件来判别。复位时，复位时，SCON所有位均清所有位均清0。2电源控制寄存器电源控制寄存器PCON电源控制寄存器电源控制寄存器PCON(地址为地址为87H)中中只有只有SMOD位与串行口工作有关位与串行口工作有关。D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD-GF1GF0PDIDLSMOD（PCON.7）：波特率倍增位。串行口）：波特率倍增位。串行口工作于方式工作于方式1、方式、方式2和方式和方式3时，当时，当SMOD1时，时，串

30、行口波特率加倍。复位值为串行口波特率加倍。复位值为0000 0000B。PCON寄存器寄存器不能进行位寻址不能进行位寻址。设置波特率加倍时，可采用指令设置波特率加倍时，可采用指令:ORL PCON,#80HPCON|=0X80 主要内容主要内容7.3.1 串行口方式串行口方式07.3.2 串行口方式串行口方式17.3.3 串行口方式串行口方式2和方式和方式37.3 串行口工作方式串行口工作方式7.3.1 串行口方式串行口方式0方式方式0为同步移位寄存器输入为同步移位寄存器输入/输出方式，输出方式，常用于扩展常用于扩展I/O口。口。RXD为数据输入或输出，为数据输入或输出，TXD为移位时钟，作为

31、外接部件的同步信号。为移位时钟，作为外接部件的同步信号。图图7-9（a）为发送电路，图）为发送电路，图7-9（b）为接收）为接收电路。电路。方式方式0不适用于两个不适用于两个89C52之间的数据通之间的数据通信，可以通过外接移位寄存器来实现单片机信，可以通过外接移位寄存器来实现单片机的接口扩展。的接口扩展。在这种方式下，收在这种方式下，收/发的数据为发的数据为8位，低位，低位在前，无起始位、奇偶校验位及停止位，位在前，无起始位、奇偶校验位及停止位，波特率是固定的。波特率是固定的。串行口方式串行口方式0发送及接收电路发送及接收电路发送电路发送电路接收电路接收电路方式方式0发送过程中，当执行一条将

32、数据写入发送缓冲器发送过程中，当执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF（99H）的指令）的指令(MOV SBUF,A)时，串行口把时，串行口把SBUF中中8位数位数据以据以fosc/12的波特率从的波特率从RXD（P3.0）端输出，发送完毕置中断标）端输出，发送完毕置中断标志志TI=1。方式。方式0发送时序如下图所示。写发送时序如下图所示。写SBUF指令在指令在S6P1处产处产生一个正脉冲，在下一个机器周期的生一个正脉冲，在下一个机器周期的S6P2处数据的最低位输出到处数据的最低位输出到RXD（P3.0）脚上；再在下一个机器周期的）脚上；再在下一个机器周期的S3，S4，S5输出移位输出移位时钟为

33、低电平，而在时钟为低电平，而在S6及下一个机器周期的及下一个机器周期的S1，S2为高电平，就为高电平，就这样将这样将8位数据由低位至高位一位一位顺序通过位数据由低位至高位一位一位顺序通过RXD线输出，并线输出，并在在TXD脚上输出脚上输出fosc/12的移位时钟，在的移位时钟，在“写写SBUF”有效后的第有效后的第10个机器周期的个机器周期的S1P1将发送中断标志将发送中断标志TI置位。置位。方式方式0接收时，用软件置接收时，用软件置REN=1（同时，同时，RI=0），），即开始接收。接收时序如下即开始接收。接收时序如下图所示。当使图所示。当使SCON中的中的REN=1(RI=0)时，产生一个

34、正脉冲，在下一个机器周时，产生一个正脉冲，在下一个机器周期的期的S3P1S5P2，从，从TXD(P3.1)脚上输出低电平的移位时钟，在此机器周期的脚上输出低电平的移位时钟，在此机器周期的S5P2对对P3.0脚采样，并在本机器周期的脚采样，并在本机器周期的S6P2通过串行口内的输入移位寄存器通过串行口内的输入移位寄存器将采样值移位接收；在同一个机器的将采样值移位接收；在同一个机器的S6P1到下一个机器周期的到下一个机器周期的S2P2，输出移输出移位时钟为高电平。于是，将数据字节从低位至高位一位一位地接收下来并装位时钟为高电平。于是，将数据字节从低位至高位一位一位地接收下来并装入入SBUF中，在启

35、动接收过程（即写中，在启动接收过程（即写SCON，清，清RI位）将位）将SCON中的中的RI清清0之后之后的第的第10个机器周期的个机器周期的S1P1，RI被置位。这一帧数据接收完毕，可进行下一帧被置位。这一帧数据接收完毕，可进行下一帧接收。图中，接收。图中，74LS165是是TTL“并入串出并入串出”移位寄存器，移位寄存器，QH端为端为74LS165的串的串行输出端，经行输出端，经P3.0输入至输入至89C51。3、串行通信工作方式、串行通信工作方式1方式方式1真正用于串行发送或接收，为真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。位通用异步接口。TXD与与RXD分别用于发送与接收数据。分别

36、用于发送与接收数据。收发一帧数据的格式为收发一帧数据的格式为1位起始位、位起始位、8位数据位（低位在位数据位（低位在前）、前）、1位停止位，共位停止位，共10位。位。在接收时，停止位进入在接收时，停止位进入SCON的的RB8，此方式的传送波此方式的传送波特率可调。特率可调。串行口方式串行口方式1的发送和接收时序如的发送和接收时序如图图7-11（a）和（和（b）所示所示图图7-11方式方式1发送和接收时序发送和接收时序3、串行通信工作方式、串行通信工作方式1方式1发送时，数据从引脚TXD（P3.1）端输出。当执行数据写入发送缓冲器SBUF的命令时，就启动了发送器开始发送。发送时的定时信号，也就是

37、发送移位时钟（TX时钟），是由定时器T1(见图7-7)送来的溢出信号经过16分频或32分频（取决于SMOD的值）而得到的，TX时钟就是发送波特率。可见，方式1的波特率是可变的。发送开始的同时，SEND变为有效，将起始位向TXD输出；此后每经过一个TX时钟周期（16分频计数器溢出一次为一个时钟周期,因此,TX时钟频率由波特率决定。）产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位；8位数据位全部发送完后，置为位TI，并申请中断置TXD为1作为停止位，再经一个时钟周期，SEND失效。方式1接收时，数据从引脚RXD(P3.0)端输入。接收是在SCON寄存器中REN位置1的前提下，并检测到起始位（RXD上检

38、测到10的跳变，即起始位）而开始的。接收时，定时信号有两种（如图7-12(b)所示）：一种是接收移位时钟（RX时钟），它的频率和传送波 特率相同，也是由定时器T1的溢出信号经过16或32分频而得到的；另一种是位检测器采样脉冲，它的频率是RX时钟的16倍，亦即在一位数据期间有16位检测器采样脉冲，为完成检测，以16倍于波特率的速率对RXD进行采样。3、串行通信工作方式、串行通信工作方式1为了接收准确无误，在正式接收数据之前，还必须判定这个为了接收准确无误，在正式接收数据之前，还必须判定这个10跳变是否是干扰引起的。为此，在这位中间（即一位时间分成跳变是否是干扰引起的。为此，在这位中间（即一位时间

39、分成16等份，在第等份，在第7，第，第8及第及第9等份）连续对等份）连续对RXD采样三次，取其中两采样三次，取其中两次相同的值进行判断。这样能较好地消除干扰的影响。当确认是次相同的值进行判断。这样能较好地消除干扰的影响。当确认是真正的起始位（真正的起始位（0）后，就开始接收一帧数据。当一帧数据接收）后，就开始接收一帧数据。当一帧数据接收完毕后，必须同时满足以下两个条件，这次接收才真正有效。完毕后，必须同时满足以下两个条件，这次接收才真正有效。RI=0，即上一帧数据接收完成时，即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已被响应，发出的中断请求已被响应，SBUF中数据已被取走。由软件使中数据已

40、被取走。由软件使RI=0，以便提供，以便提供“接收接收SBUF已空已空”的信息。的信息。SM2=0或收到的停止位为或收到的停止位为1（方式（方式1时，停止位进入时，停止位进入RB8），则将），则将接收到的数据装入串行口的接收到的数据装入串行口的SBUF和和RB8（RB8装入停止位），装入停止位），并置位并置位RI；如果不满足，接收到的数据不能装入；如果不满足，接收到的数据不能装入SBUF，这意味，这意味着该帧信息将会丢失。着该帧信息将会丢失。值得注意的是，在整个接收过程中，保证值得注意的是，在整个接收过程中，保证REN=1是一个先决条是一个先决条件。只有当件。只有当REN=1时，才能对时，才能

41、对RXD进行检测。进行检测。7.3.3 串行口方式串行口方式2和方式和方式3串行口工作在方式串行口工作在方式2和方式和方式3均为每帧均为每帧11位位异步异步通信格式，由通信格式，由TXD和和RXD发送与接发送与接收（两种方式操作是完全一样的，不同的收（两种方式操作是完全一样的，不同的只是特波率）。只是特波率）。每帧每帧11位：位：即即1位起始位位起始位、8位数据位位数据位（低位在前）、（低位在前）、1位可编程的第位可编程的第9数据位数据位和和1位停止位位停止位。发送时，发送时，第第9数据位（数据位（TB8）可以设置为）可以设置为1或或0，也可将奇偶位装入，也可将奇偶位装入TB8；接收时，接收时

42、，第第9数据位进入数据位进入SCON的的RB8。图图7-13 方式方式2、方式、方式3发送和接收时序发送和接收时序3、串行通信工作方式、串行通信工作方式2和和3发送前，先根据通信协议由软件设置发送前，先根据通信协议由软件设置TB8TB8（如作奇偶校如作奇偶校验位或地址验位或地址/数据标志位），然后将要发送的数据写入数据标志位），然后将要发送的数据写入SBUFSBUF，即可启动发送过程。串行口能自动把即可启动发送过程。串行口能自动把TB8TB8取出，取出，并装入到第并装入到第9 9位数据位的位置，再逐一发送出去。发送位数据位的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使完毕，使TI=1TI=1。接收时，使

43、接收时，使SCONSCON中的中的REN=1REN=1，允许接收。当检测到允许接收。当检测到RXD(P3.0)RXD(P3.0)端有端有1010的跳变（起始位）时，开始接收的跳变（起始位）时，开始接收9 9位位数据，送入移位寄存器（数据，送入移位寄存器（9 9位）。当满足位）。当满足RI=0RI=0且且SM2=0SM2=0，或接收到的第或接收到的第9 9位数据为位数据为1 1时，前时，前8 8位数据送入位数据送入SBUFSBUF，附附加的第加的第9 9位数据送入位数据送入SCONSCON中的中的RB8RB8，置，置RIRI为为1 1；否则，这；否则，这次接收无效，也不置位次接收无效，也不置位R

44、IRI。4、波特率设计、波特率设计 在串行通信中，收发双方对发送或接收的在串行通信中，收发双方对发送或接收的数据速率有一定的约定，通过软件对数据速率有一定的约定，通过软件对89C51串行口编程可约定四种工作方式。其中，串行口编程可约定四种工作方式。其中，方式方式0和方式和方式2的波特率是固定的；而方式的波特率是固定的；而方式1和方式和方式3的波特率是可变的，由定时器的波特率是可变的，由定时器T1的的溢出率来决定。溢出率来决定。串行口的四种工作方式对应着三种波特串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输入的移位时钟来源不同，因此，率。由于输入的移位时钟来源不同，因此，各种方式的波特率计算公式也

45、不同。各种方式的波特率计算公式也不同。4、波特率设计、波特率设计（1）方式）方式0的波特率的波特率 由下图可见，方式由下图可见，方式0时，发送或接收一位数据的移位时钟脉冲时，发送或接收一位数据的移位时钟脉冲由由S6（即第即第6个状态周期，第个状态周期，第12个节拍）给出，即每个机器周期个节拍）给出，即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。因此，波特率固定为产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。因此，波特率固定为振荡频率的振荡频率的1/12，并不受，并不受PCON寄存器中寄存器中SMOD位的影响。位的影响。方式方式0波特率波特率=fosc/124、波特率设计、波特率设计（2）方式）方

46、式2的波特率的波特率 串行口方式串行口方式2波特率的产生与方式波特率的产生与方式0不同，即输入的时钟源不同，其时钟输入部不同，即输入的时钟源不同，其时钟输入部分如分如图7-15所示。所示。控制接收与发送的移位时钟由振荡频率控制接收与发送的移位时钟由振荡频率fosc的第二节拍的第二节拍P2时钟（即时钟（即fosc/2）给给出，所以，方式出，所以，方式2波特率取决于波特率取决于PCON中中SMOD位的值：位的值：SMOD=0时，波特率为时，波特率为fosc的的1/64；SMOD=1时，波特率为时，波特率为fosc的的1/32。即方式即方式2波特率波特率=2SMODfosc/64图图7-15 串行口

47、方式串行口方式2波特率的产生波特率的产生4、波特率设计、波特率设计（3）方式）方式1和方式和方式3的波特率的波特率 方式方式1和方式和方式3的移位时钟脉冲由定时器的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率的溢出率决定，如下图所示。因此，决定，如下图所示。因此，89C51串行口方式串行口方式1和方式和方式3的波特率由定时器的波特率由定时器T1的溢出率与的溢出率与SMOD值同时决定值同时决定图图7-16 串行口方式串行口方式1、方式、方式3波特率的产生波特率的产生3方式方式1和方式和方式3的波特率的波特率（1）T1作波特率发生器作波特率发生器在最典型应用中，定时器在最典型应用中，定时器T1选用定时器模选用

48、定时器模式式2，此时，此时n=8，设定时器的初值为，设定时器的初值为X：于是，于是，X=256-方式方式1、3的波特率的波特率=（T1溢出速率）溢出速率）即波特率即波特率=/（2n-初值）初值）4、波特率设计、波特率设计例例7-1：89C51单片机时钟振荡频率为单片机时钟振荡频率为11.0592MHz，选选用定时器用定时器T1工作模式工作模式2作为波特率发生器，波特率为作为波特率发生器，波特率为2400b/s，求初值。求初值。解：设置波特率控制为解：设置波特率控制为(SMOD)=0 =244=0F4H所以，所以，(TH1)=(TL1)=F4H。系统晶体振荡频率选为系统晶体振荡频率选为11.05

49、92MHz就是为了使初值为就是为了使初值为整数，从而产生精确的波特率。整数，从而产生精确的波特率。如果串行通信选用很低的波特率，可将定时器如果串行通信选用很低的波特率，可将定时器T1置于模置于模式式0或模式或模式1，即，即13位或位或16位定时方式；但在这种情况下，位定时方式；但在这种情况下，T1溢出时，需要中断服务程序重装初值。中断响应时间溢出时，需要中断服务程序重装初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的办法加以调整。初值的办法加以调整。7.4 串行口应用举例串行口应用举例 主要内容主要内容 7.4.1 同步方

50、式应用同步方式应用 7.4.2 异步方式应用异步方式应用7.4.1 同步方式应用同步方式应用MSC-51单片机的串行口在方式单片机的串行口在方式0时，以时，以同步方式操作同步方式操作。外接串入。外接串入/并出或并入并出或并入/串出串出器件，可器件，可实现实现I/O口的扩展口的扩展。例例7-2 用用89C52串行口外接串行口外接164串入串入/并出并出移位寄存器扩展移位寄存器扩展8位并行输出口，外接位并行输出口，外接165并并入入/串出移位寄存器扩展串出移位寄存器扩展8位并行输入口。位并行输入口。8位并行输出口的每位都接一个发光二极管，位并行输出口的每位都接一个发光二极管，要求从要求从8位并行输