第7单 串行通信2.doc

二．方式1： 8位数据异步通讯方式
1. 设定为10位异步通信方式：1个起始位(“0”)，8位数据位，1个停止位(“1”)。
2. RXD：接收数据端。
TXD：发送数据端。【注意和方式0不一样，恢复正常】
3.波特率：用T1作为波特率发生器

4.发送：在TI＝0时，当把数据写入SBUF后，即可启动发送，串行口内自动把发送缓冲器中的数据送入发送移位寄存器。发送移位寄存器先发一位起始位，接着按先低位后高位，再发停止位，从而完成一帧的发送。串行数据均由TXT端输出，TI在发送停止位时，由硬件置TI=1。
接收：在RI＝0和REN＝1的条件下。在接收到第9数据位（即停止位）时，接收电路必须满足以下两个条件：
RI＝0且SM2＝0；
接收到的停止位为“1”时，
才能把接收到的8位字符存入“SBUF（接收）”中，把停止位送入RB8中，使RI＝1并发出串行口中断请求（若中断开放）。若上述条件不满足，则这次收到的数据就被舍去，不装入“SBUF（接收）”中，这是不能允许的，因为这意味着丢失了一组接收数据。
在方式1下，发送时钟、接收时钟和通信波特率都由定时器溢出率脉冲经过32分频得到，并可由SMOD＝1倍频。因此，方式1的波特率是可变的。
其实，SM2是用于方式2和方式3的。在方式1下，SM2应设为“0”。

方式1时序图：

三．方式2和方式3
方式2和方式3都是11为异步收发。两者的差异仅在于通信波特率有所不同：方式2的波特率由fosc经过32或64分频后提供；方式3的波特率由定时器T1（或T2）的溢出率经32分频后提供。
方式2和方式3的发送过程类似于方式1，所不同的是方式2和方式3有9位有效数据位。发送时，CPU除要把发送字符装入“SBUF（发送）”外，还要把第9位数据位预先装入SCON的TB8中。第9数据位可由用户安排，可以是奇偶校验位，也可以是其它控制位。
第9数据位的值装入TB8后，便可用一条以SBUF为目的的传送指令把发送数据装入SBUF来启动发送过程。一帧数据发送完后，TI＝1，CPU便可通过查询TI来以同样方法发送下一个字符帧。
方式2和方式3的接收过程也和方式1类似。所不同的是：方式1时RB8中存放的是停止位，方式2和方式3时RB8中存放的是第9数据位。因此，方式2和方式3时必须满足接收有效字符的条件变为：RI＝0且SM2＝0或收到的第9数据位为“1”，只有上述两个条件同时满足，接收到的字符才能送入SBUF，第9数据位才能装入RB8中，并使RI＝1；否则，这次收到的数据无效，RI也不置位。
其实，上述第一个条件（RI＝0）是要求SBUF空，即用户应预先读走SBUF中的信息，以便让接收电路确认它已空。第二个条件（SM2＝0）是提供了利用SM2和第9数据位共同对接收加以控制：如果第9数据位是奇偶校验位，则可令SM2＝0，以保证串口能可靠接收；如果要求利用第9数据位参与接收控制，则可令SM2＝1，然后依靠第9数据位的状态来决定接收是否有效。

方式2、3时序图：

7.3.4 串行口的编程及应用
一．串行口的初始化编程
1．串行口控制寄存器SCON位的确定
根据工作方式确定SM0、SM1位；对于方式2和方式3还要确定SM2位；如果是接收端，则置允许接收位REN为1；如果方式2和方式3发送数据，则应将发送数据的第9位写入TB8中。
2．设置波特率
串行通信，收、发双方发送或接收的波特率必须一致。
方式0和方式2的波特率是固定的；
方式1和方式3的波特率是可变的，由T1溢出率确定。
定时器的不同工作方式，得到的波特率的范围不一样，这是由T1在不同工作方式下计数位数的不同所决定。
（1）方式0时，波特率固定为晶体振荡频率fosc的1/12（fosc /12），不受SMOD位值的影响。若fosc = 12 MHz，波特率为1Mbit/s。
（2）方式2时，波特率仅与SMOD位的值有关。

方式2 波特率 = 

如果SMOD＝0，则所选波特率为fosc /64；如果SMOD＝1，则所选波特率为fosc /32。
若fosc = 12 MHz： SMOD = 0，波特率 = 187.5 kbit/s；SMOD = 1，波特率 为375 kbit/s。
（3）方式1或方式3，常用T1作为波特率发生器，其关系式为 ：
（7-1）
由式（7-1）见，T1溢出率和SMOD的值共同决定方式1或方式3的波特率。
【注：定时器T1的溢出率定义为定时时间的倒数
定时时间可参见CAP5
T1的定时时间＝计数值×机器周期
＝

T1的溢出率＝1/定时时间t=

所以： 波特率 = （2SMOD/32）×fosc/[12 ×(2n-初值)]

其中：N为定时器T1的位数，它和定时器T1的设定方式有关。即
如果定时器T1为方式0，则N＝13；
如果定时器T1为方式1，则N＝16；
如果定时器T1为方式2，则N＝8。
在实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时（自动装初值），即TL1作为8位计数器，TH1存放定时初值。这种方式操作方便，也避免因软件重装初值带来的定时误差。

实际使用时，经常根据已知波特率和时钟频率fosc来计算T1的初值X。为避免繁杂的初值计算，常用的波特率和初值X间的关系常列成下表的形式，以供查用。
下表列出了常用波特率与定时器T1的初值关系表
波特率
fosc
(MHz)
SMOD
定时器T1

所选方式
相应初值
模式1、3
9.6K
12
0
0
2
FD
4.8K
12
0
0
2
FB
2.4K
12
0
0
2
F3
1.2K
12
0
0
2
E6
0.6K
12
0
0
2
CC

B＝9600，初值＝252.74=253=FD
B＝4800，初值＝249.48=250=FB
B=2400，初值＝242.97＝243=128+64+32+16+2+1=F3
B=1200，初值＝229.95=230＝128＋64＋32＋4＋2＝11100110＝E6
B＝600，初值＝203.92=204＝128＋64+8+4=CC

4种方式比较：

方式
波特率
传送位数
发送端
接收端
用途
0
1/12 Fosc
(固定不变)
8（数据）
RXD
RXD
接移位寄存器，扩充并口
1
2SMOD/32T1溢出率
10（起始位、8位数据位、
停止位）
TXD
RXD
单机通信
2
2SMOD/64T1fosc
11（第9位为1：地址；
为0：数据）
TXD
RXD
多机通信
3
2SMOD/32T1溢出率
11位（同方式2）
TXD
RXD
多机通信

二．串行口的应用
通常用于三种情况：
利用方式0扩展并行I/O口；
利用方式1实现点对点的双机通信；
利用方式2或方式3实现多机通信。

1．利用方式0扩展并行I/O口
MCS-51单片机的串行口在方式0时，当外接一个串入并出的移位寄存器，就可以扩展并行输出口，当外接一个并入串出的移位寄存器时，就可以扩展并行输入口。

AT89S51的串口的方式0是同步串行通信接口。方式0的典型应用是外扩串行输入并行输出的同步移位寄存器74LS164，实现并行I/O的扩展。
【例14-5】图14-2是利用串行口方式0通过74LS164外接8个LED发光二极管的接口电路，编写程序使发光二极管轮流显示。图中CLK端为同步脉冲输入端。STB为控制端，当STB=0时，则8位并行输出端关闭，但是允许串行数据从A和B端输入。当STB=1时，A和B输入端关闭，但允许8位并行数据输出。

H = HIGH（高）电平
h = 先于低-至-高时钟跃变一个建立时间 (set-up time) 的 HIGH（高）电平
L = LOW（低）电平
l = 先于低-至-高时钟跃变一个建立时间 (set-up time) 的 LOW（低）电平
q = 小写字母代表先于低-至-高时钟跃变一个建立时间的参考输入 (referenced input) 的状态↑ = 低-至-高时钟跃变

当8位串行数据发送完毕后，引起中断，在中服务程序中，串行发出下一个8位数据。参考程序如下。

图14-2 串行口方式0外接8个LED发光二极管的接口电路
【已调试，cap72、CAP72LED、CAP72LED2】
#include <reg51.h>
#include<stdio.h>
sbit P10 = P1^0；
unsigned char nIndex；
void Delay(unsigned int count)；
main()
{
SCON = 0x00； /* 串行口初始化为方式0*/
ES=1；
EA=1； /* 全局中断允许 */
nIndex=1；
SBUF=nIndex；
P10=0； // MR为复位端
while(1)
{；}
}
void Serial_Port() interrupt 4 using 0
{
if(TI= =1)
{
TI＝0； // 清除串行发送中断请求
P10=1； //
Delay( 500)；
nIndex<<=1；
if(nIndex= =0) nIndex=1；
SBUF=nIndex；
}
}

void Delay(count )
{ unsigned char j；
unsigned int i;
for(i=0;i<count;i++)
for(j=0;j<120;j++);
}

#include <reg51.h>
sbit P10=P1^0;
unsigned char nIndex;
void delay(unsigned int count);

void main(void)
{
SCON=0x00;
ES=1;
EA=1;
nIndex=1;
SBUF=nIndex;
P10=0;
while(1);

}

void serial_port() interrupt 4 using 0
{
if(TI==1)
{
TI=0;
P10=1;
delay(1000);
nIndex<<=1;
if(nIndex==0) nIndex=1;
SBUF=nIndex;
}
}

void delay(unsigned int count)
{
unsigned char j;
unsigned int i;
for(i=0;i<count;i++)
for(j=0;j<120;j++);

}

#include <reg51.h>
sbit P10=P1^0;
unsigned char nIndex;
unsigned char zixing[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
void delay(unsigned int count);

void main(void)
{
SCON=0x00;
P10=0;
P10=1;
SBUF=0x92; // LED 上显示数字“5”，只发送一次，没有用中断
while(1);
}

#include <reg51.h>
sbit P10=P1^0;
unsigned char zixing[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
void delay(unsigned int count);

void main(void)
{
SCON=0x00;
ES=1;
EA=1;
SBUF=zixing[0];
P10=0;
while(1);
}

void serial_port() interrupt 4 using 0
{
if(TI= =1)
{ TI=0;
P10=1;
delay(1000);
SBUF=zixing[nIndex];
}
}

void delay(unsigned int count)
{
unsigned char j;
unsigned int i;
for(i=0;i<count;i++)
for(j=0;j<120;j++);
}

（2）方式0接收应用举例
图7-8为串行口外接两片8位并行输入串行输出的寄存器74LS165扩展两个8位并行输入口的电路。

当74LS165的端由高到低负跳变时，并行输入端的数据被置入寄存器；当= 1，且时钟禁止端（第15脚）为低电平时，允许TXD（P3.1）串行移位脉冲输入，这时在移位脉冲作用下，数据由右向左方向移动，以串行方式进入串行口的接收缓冲器中。

图7-8 扩展74LS165作为并行输入口
在图7-8中：
TXD（P3.1）作为移位脉冲输出与所有75LS165的移位脉冲输入端CLK相连；
RXD（P3.0）作为串行数据输入端与74LS165的串行输出端SO相连；P1.0与相连，用来控制74LS165的串行移位或并行输入；
74LS165的时钟禁止端（第15脚）接地，表示允许时钟输入。
当扩展多个8位输入口时，相邻两芯片的首尾（QH与SIN）相连。

在方式0，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件使TI或RI中断标志位置“1”，CPU响应TI或RI中断，在中断服务程序中向发送SBUF中送入下一个要发送的数据或从接收SBUF中把接收到的1B存入内部RAM中。

#include <reg51.h>
sbit SPL = P2^5;

void delay(unsigned int count)
{
unsigned char k;
while(count--)
{
for(k=0;k<120;k++); // 延时1ms
}
}

void main(void)
{
SCON = 0x10; // 0001 0000；方式0，REN＝1
while(1)
{
SPL = 0;
SPL = 1; // S/L端出现正跳变
while(RI = = 0);
RI = 0;
P0 = SBUF;
delay(20);
}
}

7.3.2 单片机双机通信

在很多应用系统中，需要单片机之间进行通信。在串行通信中，如果通信的两个单片机之间距离很短（1m以内），则可以将两个单片机的串口直接相连，用串行方式进行通信，这时一个单片机的发送线（TXD）应与另一个单片机的接收线（RXD）相连。

如果两个需要相互通信的单片机之间距离较远（30m以内），可采用RS232接口延长通信距离，此时必须将单片机的TTL电平与RS232标准电平进行转换。需要在两个单片机接口部分增加RS232电平转换芯片，常用的此类芯片有MAX232等。

如果两个需要相互通信的单片机之间距离很远，可以采用RS485总线方式进行通信，该方式的传输距离一般在1500m以内，通信双方都需要采用MAX485芯片将TTL信号变为差模信号进行传送。
如果需要采用无线通信方式，可以在单片机串口上连接无线数据传输模块来实现。只要通信双方的单片机上都有无线传输模块，模块的通信方式设定一致（波特率、无线信号频率等），且单片机通信程序中的波特率与模块的相同，则基于无线方式的串口通信也非常简单。

通信双方约定发送方为甲机，接收方为乙机。首先甲机发送一个联络数据（0XAA），乙机接收到后响应应答信号（0XBB），然后接收甲机发送的数据。
如果乙机接收到的数据不正确（检查的累加和），就向甲机发送0XFF，甲机收到0XFF后重传数据。
如果乙机接收到的数据正确（检查的累加和），就向甲机发送0X00，甲机收到0X00后重传数据。

#include <reg51.h>
unsigned char data[10],chksum;

void init(void) // 甲机串口初始化程序
{
TMOD=0x20; // 0010 0000, 定时器T1，定时方式2（自动重载方式），Gate(T1)=0
TH1=0xFD; // 设定波特率9600
TL1=0xFD;
//PCON=0x00; // 设为0，可以省略
SCON=0x50; // 0101 0000，串口工作在方式1，允许接收REN=1
TR1=1; // 启动定时器T1
}

void send(void) //甲机发送子程序
{
unsigned char k;
do // 循环与乙机联络，等待乙机的回答信号“0XBB”
{
SBUF=0xAA; // 向乙机发送联络信号“0XAA”
while(TI= =0); // 等待发送“0XAA”结束
TI=0; // 清除TI标志
while(RI= =00); // 等待乙机发送响应信号
RI=0;
} while(SBUF!=0xBB); // 判定回答信号是否是“0XBB”，如果不是，继续联络

do // 接收到乙机的0XBB联络信号后，开始发送data[10]数组中的数据
{ // 或者接收到乙机发来的不是0X00，继续do循环
chksum=0;
for(k=0;k<10;k++) // 循环10次，发送数据，并对所发数据进行累加
{
SBUF=data[k]; // 发送数据
chksun+=data[k]; // 同时累加所发数据的和
while(TI= =0); // 等待数据发送结束
TI=0; // 清除TI标志
}
SBUF=chksun; // 10个数据发送完后，发送累加和结果
while(TI= =0);
TI=0;
while(RI= =0); // 接收乙机发回的累加和数据校验结果
RI=0;
} while(SBUF!=0x00); // 如果接收到的不是0X00，继续do循环，重发数据
}

void main(void) // 甲机主程序
{
init();
send();
while(1);
}

void init(void) // 乙机串口初始化程序
{
TMOD=0x20; // 0010 0000, 定时器T1，定时方式2（自动重载方式），Gate(T1)=0
TH1=0xFD; // 设定波特率9600
TL1=0xFD;
//PCON=0x00; // 设为0，可以省略
SCON=0x50; // 0101 0000，串口工作在方式1，允许接收REN=1
TR1=1; // 启动定时器T1
}

void recv(void) // 乙机接收程序
{
unsigned char k;
while(1)
{
while(RI= =0); // 等待接收甲机的联络信号0XAA
RI=0;
if (SBUF!=0XAA) // 判断接收的数据是否是“0XAA”
{ // 如果不是“0XAA”，则向甲机发送“0XFF”，
SBUF=0XFF; // 向甲机发送0XFF
while(TI= =0); // 等待发送结束
TI=0;
}
else // 接收到的是“0XAA”，则发回应答“0XBB”跳出循环，进入接收数据状态
{
SBUF=0XBB; // 发回应答信号“0XBB”【自己加的】
While(TI= =0); 【等待发送“0XBB”结束】
TI=0; 【】
break; // 跳出while(1)循环【如果甲机不能接收0XBB，怎么办？】
}
}
while(1) // 接收到正确的联络信号0XAA后，开始接收数据
{
chksum=0;
for(k=0;k<10;k++) // 循环接收10个数据
{
while(RI= =0); // 等待一个数据的接收完成
RI=0;
data[k]=SBUF; // 接收到的数据放入data数组中
chksum+=data[k]; // 累加接收到的数据
}
while(RI= =0); // 等待接收甲机发送累加和数据
RI=0;
if(SBUF= =chksum) // 如果接收的累加和数据与本机的累加和结果一样
{
SBUF=0X00; // 向甲机发送“0X00”信号，表示数据正确
while(TI= =0); // 等待发送0X00的完成
TI=0;
break; // 退出while(1)循环
}
else // 如果接收的累加和数据与本机的累加和结果不一样
{
SBUF=0XFF; // 则向甲机发送0XFF，表示累加和结果不一样
while(TI= =0); // 等待发送结束【只要非“0X00”，就表示结果不一样】
TI=0;
}
}
}

void main(void) // 乙机主程序
{
init();
recv ();
while(1);
}

××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

【例5-4】用8051单片机的串行口外接串入并出的芯片CD4094扩展并行输出口控制一组发光二极管，使发光二极管从左至右延时轮流显示。

CD4094是一块8位的串入并出的芯片，带有一个控制端STB。
当STB=0时，打开串行输入控制门，在时钟信号CLK的控制下，数据从串行输入端DATA一个时钟周期（CLK）一位依次输入；
当STB=1，打开并行输出控制门，CD4094中的8位数据并行输出。使用时，8051串行口工作于方式0，8051的TXD接CD4094的CLK，RXD接DATA，STB用P1.0控制，8位并行输出端接8个发光二极管。
#include <reg51.h> //包含特殊功能寄存器库
sbit P10=P1^0;
void main( )
{
unsigned char i，j;
SCON=0x00; //M1M0＝00，方式0；
j=0x01;
//P10=0;
//for (; ;)
While(1)
{
P10=0; //STB=0，打开串行输入控制门
SBUF=j;
while (!TI)；//等待发送完，发送完后TI＝1
P10=1; //STB=1，打开并行输出控制门
TI=0;
for (i=0; i<=254; i++) {;}
j=j*2;
if (j= =0x00) j=0x01;
}
}