第七章单片机串行口及应用.docx
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第七章单片机串行口及应用
授课教师
授课班级
课的类型
授课时间
课时分配
授课地点
课题
单片机串行口及应用
教学目标
1.学习单片机串行口的结构和工作原理
2.工作方式于波特率的设置
重 点
串行口的应用举例
难 点
根据要求的改变能够在程序內做出对应的改变
教法
讲授法+多媒体形式
教具
多媒体
作业
1.课堂作业
教材P194页练习题
引入课题:
新课教学:
全双工的异步通讯串行口
4种工作方式,波特率由片内定时器/计数器控制。
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,还可用来扩展并行I/O口。
7.1串行口的结构
串行口内部结构如下图,两个物理上独立地接收和发送缓冲器,可同时收、发数据。
两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址:
SBUF(99H)。
控制寄存器共两个:
特殊功能寄存器SCON和PCON。
7.1.1串行口控制寄存器SCON
字节地址98H,可位寻址,格式如图所示。
(1)SM0、SM1——串行口4种工作方式的选择位
表串行口的4种工作方式
SM0SM1方式功能说明
000同步移位寄存器方式(用于扩展I/O口)
0118位异步收发,波特率可变(由定时器控制)
1029位异步收发,波特率为fosc/64或fosc/32
1139位异步收发,波特率可变(由定时器控制)
(2)SM2——多机通信控制位
用于方式2或方式3中。
当串行口以方式2或方式3接收时,
如果SM2=1,只有当接收到的第9位数据(RB8)为“1”时,才将接收到的前8位数据送入SBUF,并置“1”RI,产生中断请求;当接收到的第9位数据(RB8)为“0”时,则将接收到的前8位数据丢弃。
如果SM2=0,则不论第9位数据是“1”还是“0”,都将前8位数据送入SBUF中,并置“1”RI,产生中断请求。
在方式1时,如果SM2=1,则只有收到停止位时才会激活RI。
在方式0时,SM2必须为0。
(3)REN——允许串行接收位
由软件置“1”或清“0”。
REN=1允许串行口接收数据。
REN=0禁止串行口接收数据。
(4)TB8——发送的第9位数据
方式2和3时,TB8是要发送的第9位数据,可作为奇偶校验位使用,也可作为地址帧或数据帧的标志。
=1为地址帧,=0为数据帧
(5)RB8——接收到的第9位数据
方式2和3时,RB8存放接收到的第9位数据。
在方式1,如果SM2=0,RB8是接收到的停止位。
在方式0,不使用RB8。
(6)TI——发送中断标志位
方式0时,串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”,
其它工作方式,串行口发送停止位的开始时置“1”。
TI=1,表示一帧数据发送结束,可供软件查询,也可申请中断。
CPU响应中断后,向SBUF写入要发送的下一帧数据。
TI必须由软件清0。
(7)RI——接收中断标志位
方式0时,接收完第8位数据时,RI由硬件置1。
其它工作方式,串行接收到停止位时,该位置“1”。
RI=1,表示一帧数据接收完毕,并申请中断,CPU从接收SBUF取走数据。
该位状态也可软件查询。
RI必须由软件清“0”。
7.1.2特殊功能寄存器PCON
字节地址为87H,没有位寻址功能。
SMOD:
波特率选择位。
例如:
方式1的波特率的计算公式为:
方式1波特率=(2SMOD/32)×定时器T1的溢出率
也称SMOD位为波特率倍增位。
7.2串行口的4种工作方式
7.2.1方式0
同步移位寄存器输入/输出方式,常用于外接移位寄存器,以扩展并行I/O口。
8位数据为一帧,不设起始位和停止位,先发送或接
收最低位。
波特率固定为fosc/12。
帧格式如下:
1.方式0发送
当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时,产生一个正脉冲,串行口即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出,低位在先,TXD引脚输出同步移位脉冲,发送完8位数据置“1”中断标志位TI。
时序如图7-5所示。
2.方式0接收
REN=1,接收数据,REN=0,禁止接收。
REN=1,允许接收。
向串口的SCON写入控制字(置为方式0,并置“1”REN位,同时RI=0)时,产生一个正脉冲,串行口即开始接收数据。
RXD为数据输入端,TXD为移位脉冲信号输出端,接收器也以fosc/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息,当收到8位数据时置“1”RI。
表示一帧数据接收完,时序如下:
方式0下,SCON中的TB8、RB8位没有用到,发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI,CPU响应中断。
TI或RI须由用户软件清“0”,可用如下指令:
CLRTI;TI位清“0”
CLRRI;RI位清“0”
方式0时,SM2位必须为0。
7.2.2方式1
SM0、SM1=01
方式1一帧数据为10位,1个起始位(0),8个数据位,1个停止位
(1),先发送或接收最低位。
帧格式如下:
1.方式1发送
方式1输出时,数据由TXD输出,
一帧信息为10位,1位起始位0,8位数据位(先低位)和1位停止位1。
当执行一条数据写发送缓冲器SBUF的指令,就启动发送。
图中TX时钟的频率就是发送的波特率。
发送开始时,内部发送控制信号变为有效。
将起始位向TXD输出,此后,每经过一个TX时钟周期,便产生一个移位脉冲,并由TXD输出一个数据位。
8位数据位全部发送完毕后,置“1”TI。
方式1发送数据的时序,如图7-8所示。
2.方式1接收
数据从RXD(P3.0)脚输入。
当检测到起始位的负跳变时,开始接收数据。
定时控制信号有两种):
接收移位时钟(RX时钟,频率和波特率相同)和位检测器采样脉冲(频率是RX时钟的16倍,1位数据期间,有16个采样脉冲),当采样到RXD端从1到0的跳变时就启动检测器,接收的
值是3次连续采样(第7、8、9个脉冲时采样)进行表决以确认是否是真正的起始位(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。
⑴RI=0,即上一帧数据接收完成时,RI=1发出的中断请求已被响应,SBUF中的数据已被取走,说明“接收SBUF”已空。
⑵SM2=0或收到的停止位=1(方式1时,停止位已进入
RB8),则收到的数据装入SBUF和RB8(RB8装入停止位),且置“1”中断标志RI。
若这两个条件不同时满足,收到的数据将丢失。
7.2.3方式2
9位异步通信接口。
每帧数据均为11位,1位起始位0,8位数据位(先低位),1位可程控的第9位数据和1位停止位。
帧格式如下。
方式2波特率=(2SMOD/64)×fosc
1.方式2发送
发送前,先根据通讯协议由软件设置TB8(例如,双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位)。
方式2发送数据波形如图所示。
例7-1方式2发送在双机通讯中的应用。
下面的发送中断服务程序,是在双机通讯中,以TB8作为奇偶校验位,处理方法为数据写入SBUF之前,先将数据的奇偶校验位写入TB8,以保证采用偶校验发送。
PIPTI:
PUSHPSW;现场保护
PUSHAcc
SETBRS1;选择第2组工作寄存器区
CLRRS0
CLRTI;发送中断标志清“0”
MOVA,@R0;取数据
MOVC,P;校验位送TB8,采用偶校验
MOVTB8,C
MOVSBUF,A;启动发送
INCR0;数据指针加1
POPAcc;恢复现场
POPPSW
RETI;中断返回
2.方式2接收
SM0、SM1=10,且REN=1。
数据由RXD端输入,接收11位信息。
当位检测到RXD从1到0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9位数据后,需满足两个条件,才能将接收到的数据送入SBUF。
(1)RI=0,意味着接收缓冲器为空。
(2)SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1时。
当上述两个条件满足时,接收到的数据送入SBUF(接收缓冲器),第9位数据送入RB8,并置“1”RI。
若不满足两个条件,接收的信息将被丢弃。
方式2接收数据的时序如图所示。
例7-2方式2接收在双机通讯中的应用。
本例与上例相对应。
若第9位数据为校验位,在接收程序中作偶校验处理,设1组寄存器区的R0为数据缓冲器指针。
PIRI:
PUSHPSW
PUSHAcc
SETBRS0;选择1组寄存器区
CLRRS1
CLRRI
MOVA,SBUF;收到数据送A
MOVC,P
JNCL1;C=0。
跳L1
JNBRB8,ERP;ERP为出错处理程序
AJMPL2
L1:
JBRB8,ERP;RB8=1,跳ERP
L2:
MOV@R0,A
INCR0
POPAcc
POPPSW
ERP:
………;出错处理程序段
………
RETI
7.2.4方式3
SM0、SM1=11,串口为方式3。
波特率可变的9位异步通讯方式,除波特率外,方式3和方式2相同。
方式3的时序见方式2。
方式3波特率=(2SMOD/32)×定时器T1的溢出率
7.3多机通讯
要保证主机与所选择的从机实现可靠地通讯,必须保证串口具有识别功能。
SCON中的SM2位就是满足这一条件而设置的多机通讯控制位。
原理:
在串行口以方式2(或方式3)接收时,若SM2=1,表示置多机通讯功能位,这时有两种可能:
(1)接收到的第9位数据为1时,数据才装入SBUF,并置中断标志RI=1向CPU发出中断请求;
(2)接收到的第9位数据为0时,则不产生中断标志,信息将抛弃。
若SM2=0,则接收的第9位数据不论是0还是1,都产生RI=1中断标志,接收到的数据装入SBUF中。
应用上述特性,便可实现MCS-51的多机通讯。
设多机系统中有一主机和3个8031从机,如下图。
主机的RXD与从机的TXD相连,主机TXD与从机的RXD端相连。
从机地址分别为00H、01H、02H。
多机通讯工作过程:
(1)从机串行口编程为方式2或方式3接收,且置“1”SM2和REN位,使从机只处于多机通讯且接收地址帧的状态。
(2)主机先将从机地址(即准备接收数据的从机)发给各从机,主机发出的地址信息的第9位为1,
各从机接收到的第9位信息RB8为1,且由于SM2=1,则置“1”RI,各从机响应中断,执行中断程序。
在中断服务子程序中,判主机送来的地址是否和本机地址相符合,相符则该从机清“0”SM2位,准备接收主机的数据或命令;若不符,则保持SM2=1状态。
(3)接着主机发送数据帧,此时各从机串行口接收到
的RB8=0,只有地址相符合的从机系统(即已清“0”SM2位的从机)才能激活RI,从而进入中断,在中断程序中接收主机的数据(或命令);
其它的从机因SM2=1,又RB8=0不激活中断标志RI,不能进入中断,接收的数据丢失。
前图所示的多机系统是主从式,由主机控制多机之间的通讯,从机和从机的通讯只能经主机才能实现。
7.4波特率的制定方法
方式0、方式2的波特率是固定的;方式1、方式3波特
率由定时器T1的溢出率来确定。
7.4.1波特率的定义
波特率的定义。
对于定时器的不同工作方式,波特率的范围不一
7.4.2定时器T1产生波特率的计算
(1)方式0波特率=时钟频率fosc×1/12,不受SMOD位的值的影响。
若fosc=12MHz,波特率为fosc/12即1Mb/s。
(2)方式2波特率=(2SMOD/64)×fosc
若fosc=12MHz:
SMOD=0波特率=187.5kb/s;
SMOD=1波特率=375kb/s
(3)方式1或方式3时,波特率为:
波特率=(2SMOD/64)×T1的溢出率
实际设定波特率时,T1常设置为方式2定时(自动装初值)这种方式不仅操作方便,也可避免因软件重装初值而带来的定时误差。
实际使用时,为避免烦杂的初值计算,常用的波特率和初值X间的关系列成表7-2(P148),以供查用。
表7-2有两点需要注意:
(1)时钟振荡频率为12MHz或6MHz时,表中初值X和相应的波特率之间有一定误差。
例如,FDH的对应的理论值是10416波特(时钟6MHz)。
与9600波特相差
816波特,消除误差可以调整时钟振荡频率fosc实现。
例如采用的时钟振荡频率为11.0592MHz。
(2)如果串行通讯选用很低的波特率,例如,波特率选为55,可将定时器T1设置为方式1定时。
但在这种情况下,T1溢出时,需用在中断服务程序中重新装入初值。
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,可用改变初值的方法加以调整。
例7-3若8031单片机的时钟振荡频率为11.0592MHz,选用T1为方式2定时作为波特率发生器,波特率为2400b/s,求初值。
上述结果可直接从表7-2中查到。
这里时钟振荡频率选为11.0592MHz,就可使初值为整数,从而产生精确的波特率。
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- 第七 单片机 串行口 应用
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