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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:  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,即字符格式和波特率。字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。

波特率即数据传送的速率,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,任一时该,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,但不会出现冲突,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则只有接收到有效停止位时,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毕的信息,或用中断的方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的说明)。RI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断的办法获知。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和(REN)=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扩展输出和输入的接线图。


<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

方式月为固定波特率的11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,不管上述条件时否满足,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率的1/12。

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道理。

下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

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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