AT89C51单片机的串行口.ppt
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1、第第7 7章章 AT89C51AT89C51单片机的串行口单片机的串行口全双工全双工的的异步异步通讯串行口通讯串行口4 4种工作方式种工作方式,波特率由片内定时器波特率由片内定时器/计数器控制。计数器控制。每发送或接收一帧数据,均可发出中断请求。每发送或接收一帧数据,均可发出中断请求。除用于串行通讯,除用于串行通讯,还可用来扩展并行还可用来扩展并行I/OI/O口。口。7.1 7.1 串行口的结构串行口的结构串行口内部结构如串行口内部结构如图图7-17-1,两个物理上独立地接收和两个物理上独立地接收和 发送缓冲器发送缓冲器,可同时收、发数据,可同时收、发数据(全双工全双工)。两个缓冲器两个缓冲器
2、共用共用一个特殊功能寄存器字节地址:一个特殊功能寄存器字节地址:SBUF(99HSBUF(99H)控制寄存器共两个:控制寄存器共两个:特殊功能寄存器特殊功能寄存器SCONSCON和和PCONPCON。7.1.1 7.1.1 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON 字节地址字节地址9898H H,可位寻址,格式如可位寻址,格式如图图7-27-2所示所示。图图7-17-1(1 1)SM0SM0、SM1SM1串行口串行口4种工作方式的选择位种工作方式的选择位 表表7-1 7-1 串行口的串行口的4 4种工作方式种工作方式SM0 SM1 SM0 SM1 方式方式 功功 能能 说说 明明 0
3、0 0 0 0 0 同步移位寄存器方式(用于扩展同步移位寄存器方式(用于扩展I/OI/O口)口)0 1 0 1 1 1 8 8位异步收发,波特率可变(由定时器控制)位异步收发,波特率可变(由定时器控制)1 0 1 0 2 2 9 9位异步收发,波特率为位异步收发,波特率为fosc/64fosc/64或或fosc/32fosc/32 1 1 1 1 3 3 9 9位异步收发,波特率可变(由定时器控制)位异步收发,波特率可变(由定时器控制)(2 2)SM2 SM2 多机通信控制位多机通信控制位 用于方式用于方式2 2或方式或方式3 3中。中。图图7-27-2当串行口以当串行口以方式方式2 2或方式
4、或方式3 3接收接收时,时,如如果果SM2=1SM2=1,只只有有当当接接收收到到的的第第9 9位位数数据据(RB8RB8)为为“1”“1”时时,才才将将接接收收到到的的前前8 8位位数数据据送送入入SBUFSBUF,并并置置“1”“1”RIRI,产产生生中中断断请请求求;当当接接收收到到的的第第9 9位位数数据据(RB8RB8)为为“0”“0”时时,则则将将接接收收到到的的前前8 8位位数据丢弃。数据丢弃。如如果果SM2=0SM2=0,则则不不论论第第9 9位位数数据据是是“1”“1”还还是是“0”“0”,都都将将前前8 8位位数数据送入据送入SBUFSBUF中,并置中,并置“1”“1”RI
5、RI,产生中断请求。产生中断请求。方式方式1 1时,如果时,如果SM2=1SM2=1,则只有收到停止位时才会激活则只有收到停止位时才会激活RIRI。方式方式0 0时,时,SM2SM2必须为必须为0 0。(3 3)RENREN允许串行接收位允许串行接收位 由软件置由软件置“1”“1”或清或清“0”“0”。REN=1 REN=1 允许串行口接收数据。允许串行口接收数据。REN=0 REN=0 禁止串行口接收数据。禁止串行口接收数据。(4 4)TB8TB8发送的第发送的第9 9位数据位数据方式方式2 2和和3 3时,时,TB8TB8是要发送的是要发送的第第9 9位数据位数据,可作为,可作为奇偶校验位
6、奇偶校验位使使用,也可作为用,也可作为地址帧地址帧或或数据帧数据帧的标志。的标志。1 1:地址帧:地址帧 0 0:数据帧:数据帧 (5 5)RB8RB8接收到的第接收到的第9 9位数据位数据方方式式2 2和和3 3时时,RB8RB8存存放放接接收收到到的的第第9 9位位数数据据。在在方方式式1 1,如如果果SM2=0SM2=0,RB8RB8是接收到的停止位。在是接收到的停止位。在方式方式0 0,不使用,不使用RB8RB8。(6 6)TITI发送中断标志位发送中断标志位方式方式0 0时时,串行发送第,串行发送第8 8位数据结束时由硬件置位数据结束时由硬件置“1”“1”,其它工作方式其它工作方式,
7、串行口发送停止位的开始时置,串行口发送停止位的开始时置TI=1TI=1,表示一帧表示一帧数据发送结束,可供软件查询,也可申请中断。数据发送结束,可供软件查询,也可申请中断。CPUCPU响应中断后响应中断后,向向SBUFSBUF写入要发送的下一帧数据。写入要发送的下一帧数据。TITI必须由软必须由软件清件清0 0。(7 7)RIRI接收中断标志位接收中断标志位 方式方式0 0时时,接收完第,接收完第8 8位数据时,位数据时,RIRI由硬件置由硬件置1 1。其其它它工工作作方方式式,串串行行接接收收到到停停止止位位时时,该该位位置置“1”“1”。RI=1RI=1,表表示示一一帧帧数数据据接接收收完
8、完毕毕,并并申申请请中中断断 。该该位位状状态态也也可可软软件件查查询询。RIRI必须由软件清必须由软件清“0”“0”。7.1.2 7.1.2 特殊功能寄存器特殊功能寄存器PCONPCON 字节地址为字节地址为8787H H,没有位寻址功能。没有位寻址功能。(1 1)SMODSMOD波特率选择位波特率选择位 例如:方式例如:方式1 1的波特率的计算公式为:的波特率的计算公式为:方式方式1 1波特率波特率=(2 2SMODSMOD/32/32)定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率也称也称SMODSMOD位为位为波特率倍增位波特率倍增位。(2 2)GF1GF1、GF0GF0通用标志位通用标志位这两
9、个标志位可这两个标志位可供用户使用供用户使用,可用软件置,可用软件置1 1或清或清0 0。两个标志位。两个标志位用户应充分利用。用户应充分利用。(3 3)PDPD掉电方式位掉电方式位若若PD=1PD=1,单片机进入,单片机进入掉电工作方式。掉电工作方式。图图7-37-3(4 4)IDLIDL待机方式位待机方式位IDL=1IDL=1,单片机进入待机工作方式。,单片机进入待机工作方式。7.2 7.2 串行口的串行口的4 4种工作方式种工作方式7.2.1 7.2.1 方式方式0 0 同同步步移移位位寄寄存存器器方方式式,常常用用于于外外接接移移位位寄寄存存器器,以以扩扩展展并并行行I/OI/O口。口
10、。8 8位位数数据据为为一一帧帧,不不设设起起始始位位和和停停止止位位,先先发发送送或或接接收收最最低低位位。波特率固定为波特率固定为fosc/12fosc/12。帧格式如下:帧格式如下:1 1方式方式0 0发送发送 当当CPUCPU执执行行一一条条将将数数据据写写入入发发送送缓缓冲冲器器SBUFSBUF的的指指令令时时,产产生生一一个个正正脉脉冲冲,串串行行口口即即把把SBUFSBUF中中的的8 8位位数数据据以以fosc/12fosc/12的的固固定定波波特特率率从从RXDRXD引引脚脚串串行行输输出出,低低位位在在先先,TXDTXD引引脚脚输输出出同同步步移移位位脉脉冲冲,发送完发送完8
11、 8位数据置位数据置“1”“1”中断标志位中断标志位TITI。时序如时序如图图7-57-5所示。所示。2 2方式方式0 0接收接收 REN=1REN=1,接收数据,接收数据,REN=0REN=0,禁止接收禁止接收。REN=1REN=1,允许接收允许接收。向串口的。向串口的SCONSCON写入控制字(置为方式写入控制字(置为方式0 0,并置,并置“1”“1”RENREN位,同时位,同时RI=0RI=0)时,产生一个正脉冲,串行口即开始时,产生一个正脉冲,串行口即开始接收数据。接收数据。RXDRXD为数据输入端,为数据输入端,TXDTXD为移位脉冲信号输出端为移位脉冲信号输出端,接收器也以接收器也
12、以fosc/12fosc/12的固定波特率的固定波特率采样采样RXDRXD引脚的数据信息,当收引脚的数据信息,当收到到8 8位数据时置位数据时置“1”“1”RIRI。表示一帧数据接收完,时序如下:表示一帧数据接收完,时序如下:图图7-57-5方方式式0 0下下,SCONSCON中中的的TB8TB8、RB8RB8位位没没有有用用到到,发发送送或或接接收收完完8 8位位数数据据由由硬硬件件置置“1”“1”TITI或或RIRI,CPUCPU响响应应中中断断。TITI或或RIRI须须由由用用户户软软件件清清“0”“0”,可用如下指令:,可用如下指令:CLR TICLR TI;TITI位清位清“0”“0
13、”CLR RI CLR RI;RIRI位清位清“0”“0”方式方式0 0时,时,SM2SM2位必须为位必须为0 0。图图7-67-67.2.2 7.2.2 方式方式1 1 SM0SM0、SM1SM1=01=01方方式式1 1一一帧帧数数据据为为1010位位,1 1个个起起始始位位(0 0),8 8个个数数据据位位,1 1个个停停止止位(位(1 1),先发送或接收最低位。帧格式如),先发送或接收最低位。帧格式如图图7-77-7:方式方式1 1波特率波特率=(2 2SMODSMOD/32/32)定时器定时器T1T1的溢出率的溢出率 SMOD SMOD为为PCONPCON寄存器的最高位的值(寄存器的
14、最高位的值(0 0或或1 1)。)。图图7-77-7 1 1方式方式1 1发送发送 方式方式1 1输出,数据由输出,数据由TXDTXD输出输出,一帧信息为一帧信息为1010位位,1 1位起始位位起始位0 0,8 8位数据位(先低位)和位数据位(先低位)和1 1位停位停止位止位1 1。当执行一条数据当执行一条数据写发送缓冲器写发送缓冲器SBUFSBUF的指令,就的指令,就启动发送启动发送。图中。图中TXTX时钟时钟是发送的波特率。是发送的波特率。发送开始时发送开始时,内部发送控制信号变为有效。将起始位向,内部发送控制信号变为有效。将起始位向TXDTXD输输出,此后,每经过一个出,此后,每经过一个
15、TXTX时钟周期,便产生一个移位脉冲,时钟周期,便产生一个移位脉冲,并由并由TXDTXD输出一个数据位。输出一个数据位。8 8位数据位全部发送完毕后,置位数据位全部发送完毕后,置“1”“1”TITI。方式。方式1 1发送数据的时序,如发送数据的时序,如图图7-87-8所示。所示。2 2方式方式1 1接收接收 数据从数据从RXDRXD(P3.0P3.0)脚输入。当检测到起始位的负跳变时,开始脚输入。当检测到起始位的负跳变时,开始接收数据。接收数据。定时控制信号有两种定时控制信号有两种):):接收移位时钟接收移位时钟(RXRX时钟,频率和波特时钟,频率和波特率相同)和率相同)和位检测器采样脉冲位检
16、测器采样脉冲(频率是(频率是RXRX时钟的时钟的1616倍,倍,1 1位数位数据期间,有据期间,有1616个采样脉冲),当采样到个采样脉冲),当采样到RXDRXD端从端从1 1到到0 0的跳变时的跳变时就启动检测器,就启动检测器,接收的值是接收的值是3 3次连续采样(第次连续采样(第7 7、8 8、9 9个脉冲个脉冲图图7-87-8时采样)时采样)进行进行表决表决以以确认是否是真正的起始位确认是否是真正的起始位(负跳变)的开始。(负跳变)的开始。当一帧数据接收完,须同时满足两个条件,接收才真正有效。当一帧数据接收完,须同时满足两个条件,接收才真正有效。RI=0RI=0,即即上上一一帧帧数数据据
17、接接收收完完成成时时,RI=1RI=1发发出出的的中中断断请请求求已已被被响应,响应,SBUFSBUF中的数据已被取走,说明中的数据已被取走,说明“接收接收SBUF”SBUF”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时,停止位已进入时,停止位已进入RB8RB8),),图图7-97-9则则收收到到的的数数据据装装入入SBUFSBUF和和RB8RB8(RB8RB8装装入入停停止止位位),且且置置“1”“1”中中断标志断标志RIRI。若这两个条件不同时满足,收到的数据将丢失。若这两个条件不同时满足,收到的数据将丢失。7.2.3 7.2.3 方式方式2 2
18、9 9位位异步通信接口。异步通信接口。每帧数据均为每帧数据均为1111位位,1 1位起始位位起始位0 0,8 8位数据位数据位(先低位),位(先低位),1 1位可程控的第位可程控的第9 9位数据和位数据和1 1位停止位。帧格式位停止位。帧格式如如图图7-107-10。方式方式2 2波特率波特率=(2 2SMODSMOD/64/64)foscfosc 图图7-107-101 1方式方式2 2发送发送发送前,先根据通讯协议由发送前,先根据通讯协议由软件设置软件设置TB8TB8(例如,双机通讯时的例如,双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位)。数据的标志位
19、)。方式方式2 2发送数据波形如发送数据波形如图图7-117-11所示。所示。图图7-117-11例例7-17-1 方式方式2 2发送在双机通信中的应用。发送在双机通信中的应用。下下面面的的发发送送中中断断服服务务程程序序,是是在在双双机机通通信信中中,以以TB8TB8作作为为奇奇偶偶校校验验位位,处处理理方方法法为为数数据据写写入入SBUFSBUF之之前前,先先将将数数据据的的奇奇偶偶校校验位写入验位写入TB8TB8,以以保证采用偶校验发送保证采用偶校验发送。PIPTIPIPTI:PUSH PSW PUSH PSW ;现场保护现场保护 PUSH AccPUSH Acc SETB RS1 SE
20、TB RS1 ;选择第选择第2 2组工作寄存器区组工作寄存器区 CLR RS0CLR RS0 CLR TI CLR TI ;发送中断标志清发送中断标志清“0”“0”MOV AMOV A,R0R0;取数据取数据 MOV C,P MOV C,P ;校验位送校验位送TB8,TB8,采用偶校验采用偶校验 MOV TB8MOV TB8,C C MOV SBUFMOV SBUF,A A ;启动发送启动发送 INC R0 INC R0 ;数据指针加数据指针加1 1 POP Acc POP Acc ;恢复现场恢复现场 POP PSW POP PSW RETI RETI ;中断返回中断返回2 2方式方式2 2接
21、收接收 SM0SM0、SM1SM1=10=10,且且REN=1REN=1。数据由。数据由RXDRXD端输入,接收端输入,接收1111位信息。当位信息。当位检测到位检测到RXDRXD从从1 1到到0 0的负跳变,并判断起始位有效后,开始收的负跳变,并判断起始位有效后,开始收一帧信息。在接收器完第一帧信息。在接收器完第9 9位数据后,位数据后,需满足两个条件需满足两个条件,才能,才能将接收到的数据送入将接收到的数据送入SBUFSBUF。(1 1)RI=0RI=0,意味着接收缓冲器为空。意味着接收缓冲器为空。(2 2)SM2=0SM2=0或或接收到的第接收到的第9 9位数据位位数据位RB8=1RB8
22、=1时时。当当上上述述两两个个条条件件满满足足时时,接接收收到到的的数数据据送送入入SBUFSBUF(接接收收缓缓冲冲器器),第第9 9位位数数据据送送入入RB8RB8,并并置置“1”“1”RIRI。若若不不满满足足两两个个条条件件,接收的信息将被丢弃。接收的信息将被丢弃。方式方式2 2接收数据的时序如接收数据的时序如图图7-127-12所示。所示。例例7-27-2 方式方式2 2接收在双机通信中的应用。接收在双机通信中的应用。图图7-127-12本本例例与与上上例例相相对对应应。若若第第9 9位位数数据据为为校校验验位位,在在接接收收程程序序中中作作偶偶校校验验处理,设处理,设1 1组寄存器
23、区的组寄存器区的R0R0为数据缓冲器指针。为数据缓冲器指针。PIRI:PIRI:PUSH PSWPUSH PSW PUSH AccPUSH AccSETB RS0 SETB RS0 ;选择选择1 1组寄存器区组寄存器区CLR RS1CLR RS1CLR RI CLR RI MOV A,SBUF MOV A,SBUF ;收到数据送收到数据送A AMOV C,PMOV C,PJNC L1JNC L1;C C0 0。跳。跳L1L1JNB RB8,ERP JNB RB8,ERP ;ERPERP为出错处理程序为出错处理程序 AJMP L2AJMP L2 L1:L1:JB RB8,ERPJB RB8,ER
24、P;RB8RB81 1,跳,跳ERPERP L2:L2:MOV R0,AMOV R0,A INC R0INC R0 POP AccPOP Acc POP PSWPOP PSW ERP:ERP:;出错处理程序段出错处理程序段 RETIRETI7.2.4 7.2.4 方式方式3 3SM0SM0、SM1SM1=11=11,串口为方式,串口为方式3 3。波波特特率率可可变变的的9 9位位异异步步通通讯讯方方式式,除除波波特特率率外外,方方式式3 3和和方方式式2 2相相同。同。方式方式3 3的时序见方式的时序见方式2 2。方式方式3 3波特率波特率=(2 2SMODSMOD/32/32)定时器定时器T
25、1T1的溢出率的溢出率7.3 7.3 多机通信的工作原理多机通信的工作原理 要要保保证证主主机机与与所所选选择择的的从从机机实实现现可可靠靠地地通通信信,必必须须保保证证串串口口具具有有识别功能。识别功能。SCONSCON中的中的SM2SM2位位就是满足这一条件而设置的就是满足这一条件而设置的多机通信控制位。多机通信控制位。原原理理:在在串串行行口口以以方方式式2 2(或或方方式式3 3)接接收收时时,若若SM2=1SM2=1,表表示示置置多机通信功能位,这时有两种可能:多机通信功能位,这时有两种可能:(1 1)接接收收到到的的第第9 9位位数数据据为为1 1时时,数数据据才才装装入入SBUF
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