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21課:單片機串行口介紹

作者:佚名   來源:本站原創   點擊數:x  更新時間:2007年08月14日   【字體:

介紹:串行口是單片機與外界進行信息交換的工具。

8051單片機的通信方式有兩種:

并行通信:數據的各位同時發送或接收。  串行通信:數據一位一位次序發送或接收。參看下圖:

串行通信的方式:

異步通信:它用一個起始位表示字符的開始,用停止位表示字符的結束。其每幀的格式如下:

在一幀格式中,先是一個起始位0,然后是8個數據位,規定低位在前,高位在后,接下來是奇偶校驗位(能省略),最后是停止位1。用這種格式表示字符,則字符能一個接一個地傳送。

在異步通信中,CPU與外設之間必須有兩項規定,即字符格式和波特率。字符格式的規定是雙方能夠在對同一種0和1的串理解成同一種意義。原則上字符格式能由通信的雙方自由制定,但從通用、方便的角度出發,一般還是使用一些標準為好,如采用ASCII標準。

波特率即數據傳送的速率,其定義是每秒鐘傳送的二進制數的位數。例如,數據傳送的速率是120字符/s,而每個字符如上述規定包含10數位,則傳送波特率為1200波特。

同步通信:在同步通信中,每個字符要用起始位和停止位作為字符開始和結束的標志,占用了時間;所以在數據塊傳遞時,為了提高速度,常去掉這些標志,采用同步傳送。由于數據塊傳遞開始要用同步字符來指示,同時要求由時鐘來實現發送端與接收端之間的同步,故硬件較復雜。

通信方向:在串行通信中,把通信接口只能發送或接收的單向傳送辦法叫單工傳送;而把數據在甲乙兩機之間的雙向傳遞,稱之為雙工傳送。在雙工傳送方式中又分為半雙工傳送和全雙工傳送。半雙工傳送是兩機之間不能同時進行發送和接收,任一時該,只能發或者只能收信息。

2.8051單片機的串行接口結構

8051單片機串行接口是一個可編程的全雙工串行通信接口。它可用作異步通信方式(UART),與串行傳送信息的外部設備相連接,或用于通過標準異步通信協議進行全雙工的8051多機系統也能通過同步方式,使用TTL或CMOS移位寄存器來擴充I/O口。

8051單片機通過管腳RXD(P3.0,串行數據接收端)和管腳TXD(P3.1,串行數據發送端)與外界通信。SBUF是串行口緩沖寄存器,包括發送寄存器和接收寄存器。它們有相同名字和地址空間,但不會出現沖突,因為它們兩個一個只能被CPU讀出數據,一個只能被CPU寫入數據。

串行口的控制與狀態寄存器

串行口控制寄存器SCON

它用于定義串行口的工作方式及實施接收和發送控制。字節地址為98H,其各位定義如下表:

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

SM0、SM1:串行口工作方式選擇位,其定義如下:

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
可變
1 0
方式2
11位UART
Fosc/64或fosc/32
1 1
方式3
11位UART
可變

其中fosc為晶體震蕩器頻率

SM2:多機通信控制位。在方式0時,SM2一定要等于0。在方式1中,當(SM2)=1則只有接收到有效停止位時,RI才置1。在方式2或方式3當(SM2)=1且接收到的第九位數據RB8=0時,RI才置1。

REN:接收允許控制位。由軟件置位以允許接收,又由軟件清0來禁止接收。

TB8: 是要發送數據的第9位。在方式2或方式3中,要發送的第9位數據,根據需要由軟件置1或清0。例如,可約定作為奇偶校驗位,或在多機通信中作為區別地址幀或數據幀的標志位。

RB8:接收到的數據的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中,若(SM2)=0,RB8為接收到的停止位。在方式2或方式3中,RB8為接收到的第9位數據。

TI:發送中斷標志。在方式0中,第8位發送結束時,由硬件置位。在其它方式的發送停止位前,由硬件置位。TI置位既表示一幀信息發送結束,同時也是申請中斷,可根據需要,用軟件查詢的辦法獲得數據已發送完畢的信息,或用中斷的方式來發送下一個數據。TI必須用軟件清0。

RI:接收中斷標志位。在方式0,當接收完第8位數據后,由硬件置位。在其它方式中,在接收到停止位的中間時刻由硬件置位(例外情況見于SM2的說明)。RI置位表示一幀數據接收完畢,可用查詢的辦法獲知或者用中斷的辦法獲知。RI也必須用軟件清0。

特殊功能寄存器PCON

PCON是為了在CHMOS的80C51單片機上實現電源控制而附加的。其中最高位是SMOD。

串行口的工作方式

8051單片機的全雙工串行口可編程為4種工作方式,現分述如下:

方式0為移位寄存器輸入/輸出方式?赏饨右莆患拇嫫饕詳U展I/O口,也能外接同步輸入/輸出設備。8位串行數據者是從RXD輸入或輸出,TXD用來輸出同步脈沖。

輸出 串行數據從RXD管腳輸出,TXD管腳輸出移位脈沖。CPU將數據寫入發送寄存器時,立即啟動發送,將8位數據以fos/12的固定波特率從RXD輸出,低位在前,高位在后。發送完一幀數據后,發送中斷標志TI由硬件置位。

輸入 當串行口以方式0接收時,先置位允許接收控制位REN。此時,RXD為串行數據輸入端,TXD仍為同步脈沖移位輸出端。當(RI)=0和(REN)=1同時滿足時,開始接收。當接收到第8位數據時,將數據移入接收寄存器,并由硬件置位RI。

下面兩圖分別是方式0擴展輸出和輸入的接線圖。


<單片機串行口接線圖>

方式1為波特率可變的10位異步通信接口方式。發送或接收一幀信息,包括1個起始位0,8個數據位和1個停止位1。

輸出 當CPU執行一條指令將數據寫入發送緩沖SBUF時,就啟動發送。串行數據從TXD管腳輸出,發送完一幀數據后,就由硬件置位TI。

輸入 在(REN)=1時,串行口采樣RXD管腳,當采樣到1至0的跳變時,確認是開始位0,就開始接收一幀數據。只有當(RI)=0且停止位為1或者(SM2)=0時,停止位才進入RB8,8位數據才能進入接收寄存器,并由硬件置位中斷標志RI;不然信息丟失。所以在方式1接收時,應先用軟件清零RI和SM2標志。

方式2

方式月為固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控為1或0的第9位數據。

輸出: 發送的串行數據由TXD端輸出一幀信息為11位,附加的第9位來自SCON寄存器的TB8位,用軟件置位或復位。它可作為多機通信中地址/數據信息的標志位,也能作為數據的奇偶校驗位。當CPU執行一條數據寫入SUBF的指令時,就啟動發送器發送。發送一幀信息后,置位中斷標志TI。

輸入: 在(REN)=1時,串行口采樣RXD管腳,當采樣到1至0的跳變時,確認是開始位0,就開始接收一幀數據。在接收到附加的第9位數據后,當(RI)=0或者(SM2)=0時,第9位數據才進入RB8,8位數據才能進入接收寄存器,并由硬件置位中斷標志RI;不然信息丟失。且不置位RI。再過一位時間后,不管上述條件時否滿足,接收電路即行復位,并重新檢測RXD上從1到0的跳變。

工作方式3

方式3為波特率可變的11位UART方式。除波特率外,其余與方式2相同。

波特率選擇

如前所述,在串行通信中,收發雙方的數據傳送率(波特率)要有一定的約定。在8051串行口的四種工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可變的,由定時器T1的溢出率控制。

方式0

方式0的波特率固定為主振頻率的1/12。

方式2

方式2的波特率由PCON中的選擇位SMOD來決定,可由下式表示:

波特率=2的SMOD次方除以64再乘一個fosc,也就是當SMOD=1時,波特率為1/32fosc,當SMOD=0時,波特率為1/64fosc

3.方式1和方式3

定時器T1作為波特率發生器,其公式如下:

波特率=定時器T1溢出率

T1溢出率= T1計數率/產生溢出所需的周期數

式中T1計數率取決于它工作在定時器狀態還是計數器狀態。當工作于定時器狀態時,T1計數率為fosc/12;當工作于計數器狀態時,T1計數率為外部輸入頻率,此頻率應小于fosc/24。產生溢出所需周期與定時器T1的工作方式、T1的預置值有關。

定時器T1工作于方式0:溢出所需周期數=8192-x

定時器T1工作于方式1:溢出所需周期數=65536-x

定時器T1工作于方式2:溢出所需周期數=256-x

因為方式2為自動重裝入初值的8位定時器/計數器模式,所以用它來做波特率發生器最恰當。

當時鐘頻率選用11.0592MHZ時,取易獲得標準的波特率,所以很多單片機系統選用這個看起來“怪”的晶體震蕩器就是這個道理。

下表列出了定時器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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