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      21课:单片机串行口介绍

      作者:佚名   来源:本站原创   点击数:x  更新时间:2007年08月14日   【字体:

      介绍:串行口是单片机与外界进行信息交换的工具。

      8051单片机的通信方式有两种:

      并行通信:数据的各位同时发送或接收。  串行通信:数据一位一位次序发送或接收。参看下图:

      串行通信的方式:

      异步通信:它用一个起始位表示字符的开始,用停止位表示字符的结束。其每帧的格式如下:

      在一帧格式中,先是一个起始位0,然后是8个数据位,规定低位在前,高位在后,接下来是奇偶校验位(能省略),最后是停止位1。用这种格式表示字符,则字符能一个接一个地传送。

      在异步通信中,CPU与外设之间必须有两项规定,即字符格式和波特?#30465;?#23383;符格式的规定是双方能够在对同一种0和1的串理解成同一种意义。原则上字符格式能由通信的双方自由制定,但从通用、方便的角度出发,一般还是使用一些标准为好,如采用ASCII标准。

      波特?#22987;?#25968;据传送的速率,其定义是每秒钟传送的二进制数的位数。例如,数据传送的速率是120字符/s,而每个字符如上述规定包含10数位,则传送波特率为1200波特。

      同步通信:在同步通信中,每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志,占用了时间;所以在数据块传递时,为了提高速度,常去掉这些标志,采用同步传送。由于数据块传递开始要用同步字符来指示,同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步,故硬件较复杂。

      通信方向:在串行通信中,把通信接口只能发送或接收的单向传送办法叫单工传送;而把数据在甲乙两机之间的双向传递,称之为双工传送。在双工传送方式中又分为半双工传送和全双工传送。半双工传送是两机之间不能同时进行发送和接收,?#25105;?#26102;该,只能发或者只能收信息。

      2.8051单片机的串行接口结构

      8051单片机串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口。它可用作异步通信方式(UART),与串行传送信息的外部设备相连接,或用于通过标准异步通信协议进行全双工的8051多机系统也能通过同步方式,使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O口。

      8051单片机通过管脚RXD(P3.0,串行数据接收端)和管脚TXD(P3.1,串行数据发送端)与外界通信。SBUF是串行口缓冲寄存器,包括发送寄存器和接收寄存器。它们有相同名字和地址空间,但?#25442;?#20986;现冲突,因为它们两个一个只能被CPU读出数据,一个只能被CPU写入数据。

      串行口的控制与状态寄存器

      串行口控制寄存器SCON

      它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。字节地址为98H,其各位定义如下表:

      D7
      D6
      D5
      D4
      D3
      D2
      D1
      D0
      SM0
      SM1
      SM2
      REN
      TB8
      RB8
      TI
      RI

      SM0、SM1:串行口工作方式选择位,其定义如下:

      SM0、SM1
      工作方式
      功能描述
      波特率
      0 0
      方式0
      8位移位寄存器
      Fosc/12
      0 1
      方式1
      10位UART
      可变
      1 0
      方式2
      11位UART
      Fosc/64或fosc/32
      1 1
      方式3
      11位UART
      可变

      其中fosc为晶体震荡器频率

      SM2:多机通信控制位。在方式0时,SM2一定要等于0。在方式1中,当(SM2)=1则只有接收?#25509;行?#20572;止位时,RI才置1。在方式2或方式3当(SM2)=1且接收到的第九位数据RB8=0时,RI才置1。

      REN:接收允许控制位。由软件置位以允许接收,又由软件清0来禁止接收。

      TB8: 是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中,要发送的第9位数据,根据需要由软件置1或清0。例如,可约定作为奇偶校验位,或在多机通信中作为区别地址帧或数据帧的标志位。

      RB8:接收到的数据的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中,若(SM2)=0,RB8为接收到的停止位。在方式2或方式3中,RB8为接收到的第9位数据。

      TI:发送中断标志。在方式0中,第8位发送结束时,由硬件置位。在其它方式的发送停止位前,由硬件置位。TI置位既表示一帧信息发送结束,同时也是申请中断,可根据需要,用软件查询的办法获得数据已发送完?#31995;?#20449;息,或用中?#31995;?#26041;式来发送下一个数据。TI必须用软件清0。

      RI:接收中断标志位。在方式0,当接收完第8位数据后,由硬件置位。在其它方式中,在接收到停止位的中间时刻由硬件置位(例外情况见于SM2的?#24471;鰨I置位表示一帧数据接收完毕,可用查询的办法获知或者用中?#31995;?#21150;法获知。RI也必须用软件清0。

      特殊功能寄存器PCON

      PCON是为了在CHMOS的80C51单片机上实现电源控制而附加的。其中最高位是SMOD。

      串行口的工作方式

      8051单片机的全双工串行口可编程为4种工作方式,现分述如下:

      方式0为移位寄存器输入/输出方式。可外接移位寄存器以扩展I/O口,也能外接同步输入/输出设备。8位串行数据者是从RXD输入或输出,TXD用来输出同步脉冲。

      输出 串行数据从RXD管脚输出,TXD管脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器时,立即启动发送,将8位数据以fos/12的固定波特率从RXD输出,低位在前,高位在后。发送完一帧数据后,发送中断标志TI由硬件置位。

      输入 当串行口以方式0接收时,先置位允许接收控制位REN。此时,RXD为串行数据输入端,TXD仍为同步脉冲移位输出端。当(RI)=0?#20572;≧EN)=1同时满足时,开始接收。当接收到第8位数据时,将数据移入接收寄存器,并由硬件置位RI。

      下面两图分别是方式0扩?#25925;?#20986;和输入的接线图。


      <单片机串行口接线图>

      方式1为波特率可变的10位异步通信接口方式。发送或接收一帧信息,包括1个起始位0,8个数据位和1个停止位1。

      输出 当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF时,就启动发送。串行数据从TXD管脚输出,发送完一帧数据后,就由硬件置位TI。

      输入 在(REN)=1时,串行口采样RXD管脚,当采样到1至0的跳变时,确认是开始位0,就开始接收一帧数据。只有当(RI)=0且停止位为1或者(SM2)=0时,停止位才进入RB8,8位数据才能进入接收寄存器,并由硬件置位中断标志RI;不然信息丢失。所以在方式1接收时,应先用软件清零RI和SM2标志。

      方式2

      方式月为固定波特?#23454;?1位UART方式。它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。

      输出: 发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位,附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位,用软件置位或复位。它可作为多机通信中地址/数据信息的标志位,也能作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令时,就启动发送器发送。发送一帧信息后,置位中断标志TI。

      输入: 在(REN)=1时,串行口采样RXD管脚,当采样到1至0的跳变时,确认是开始位0,就开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后,当(RI)=0或者(SM2)=0时,第9位数据才进入RB8,8位数据才能进入接收寄存器,并由硬件置位中断标志RI;不然信息丢失。且不置位RI。再过一位时间后,?#36824;?#19978;述条件时否满足,接收电路即行复位,并重新检测RXD上从1到0的跳变。

      工作方式3

      方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外,其余与方式2相同。

      波特率选择

      如前所述,在串行通信中,收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。

      方式0

      方式0的波特率固定为主振频?#23454;?/12。

      方式2

      方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可由下式表示:

      波特率=2的SMOD次方除以64再乘一个fosc,也就是当SMOD=1时,波特率为1/32fosc,当SMOD=0时,波特率为1/64fosc

      3.方式1和方式3

      定时器T1作为波特率发生器,其公式如下:

      波特率=定时器T1溢出率

      T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数

      式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时,T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时,T1计数率为外部输入频率,此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。

      定时器T1工作于方式0:溢出所需周期数=8192-x

      定时器T1工作于方式1:溢出所需周期数=65536-x

      定时器T1工作于方式2:溢出所需周期数=256-x

      因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式,所以用它来做波特率发生器最恰当。

      当时钟频率选用11.0592MHZ时,取易获得标准的波特率,所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶体震荡器就是这个?#35272;懟?/p>

      下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特?#22987;?#21021;值。

      常用波特率
      Fosc(MHZ)
      SMOD
      TH1初值
      19200
      11.0592
      1
      FDH
      9600
      11.0592
      0
      FDH
      4800
      11.0592
      0
      FAH
      2400
      11.0592
      0
      F4h
      1200
      11.0592
      0
      E8h
       

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