基于89C51單片機(jī)串口通信程序的設(shè)計(jì)

ID:104835 · 發(fā)表于 2016-2-4 04:07

      MCS-51系列單片機(jī)上有一個(gè)通用異步接收／發(fā)送器UART，通過(guò)引腳RXD[P3．O]和TXD[P3．1]可與外音B電路進(jìn)行全雙工的串行異步通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)由TXD端送出，接收時(shí)數(shù)據(jù)由RXD端輸入。本文將具體介紹單片機(jī)串口的特點(diǎn)和編程方法，并且在最后給出一個(gè)實(shí)用的單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過(guò)串口通信的程序。

串行接口的基本特點(diǎn)

      MCS-51單片機(jī)的串行端口有4種基本工作方式，通過(guò)編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場(chǎng)合的需要。其中方式0主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的I／O電路；工作方式1多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，還可以作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。

   串行端口有兩個(gè)控制寄存器SCON、PCON，用于設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送波特率[每秒傳送的位數(shù)]以及作為中斷標(biāo)志等。

   串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器SBUF[在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為99H]，該寄存器為發(fā)送和接收所共用。發(fā)送時(shí)，只寫不讀；接收時(shí)，只讀不寫。在一定條件下，向SBuF寫入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)了發(fā)送過(guò)程；讀SBuF就啟動(dòng)了接收過(guò)程。

   串行端口的波特率可以用程序來(lái)控制。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器T1的定時(shí)溢出時(shí)間確定，使用十分方便靈活。

串口控制寄存器

1. 特殊功能寄存器SCON

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

SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其定義如下：

SM2：多機(jī)通訊控制位，僅用于方式2和方式3。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)SM2必須有軟件設(shè)置為1；接收數(shù)據(jù)時(shí)，如果SM2=1只有接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，RI才置位；如果SM2=0只要接收第9位數(shù)據(jù)，RI就置位。

REN：接收允許控制位。由軟件置位(REN=1)才允許接收，又由軟件清O(REN=0)來(lái)禁止接收。

TB8：是要發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2或方式3中，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清0。例如�？杉s定作為奇偶校驗(yàn)位,或在多機(jī)通訊中作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。

RB8：接收到的數(shù)據(jù)的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若(SM2)=O，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(shù)據(jù)。

TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。發(fā)送數(shù)據(jù)前必須軟件清0，發(fā)送過(guò)程中TI一直為0，當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動(dòng)置1。如果要再發(fā)送，必須用軟件再清0。在編寫串行通信程序的時(shí)候，可以使用軟件查詢TI的方法獲得數(shù)據(jù)是否已發(fā)送完畢。

RI：接收中斷標(biāo)志位。接收數(shù)據(jù)前必須軟件清0，接收過(guò)程中RI一直為0，當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動(dòng)置1。如果要再接收，必須用軟件再清0。在編寫串行通信程序的時(shí)候，可以使用軟件查詢RI的方法獲得數(shù)據(jù)是否已接收完畢。

2. 特殊功能寄存器PCON

PCON的字節(jié)地址為87H，它的第7位SMOD是與串口的波特率設(shè)置有關(guān)的選擇位。

SMOD：波特率加倍位。在計(jì)算串行方式1、2、3的波特率時(shí)SMOD=0波特率不加倍；SMOD=1波特率加倍。

MCS-51單片機(jī)的串行的工作方式

MCS-51單片機(jī)的全雙工串行口可編程為4種工作方式，現(xiàn)分述如下：

1方式O

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(kuò)展I／O口，也可以外接同步輸入／輸出設(shè)備。波特率固定為fosc／12，其中fosc為時(shí)鐘頻率。

8位串行數(shù)據(jù)是從RXD輸入或輸出，TXD用來(lái)輸出同步脈沖。

輸出：串行數(shù)據(jù)從RXD引腳輸出，TXD引腳輸出移位脈沖。CPU將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器SBUF時(shí)，立即啟動(dòng)發(fā)送，將8位數(shù)據(jù)以fos／12的固定波特率從RXD輸出，低位在前，高位在后。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI由硬件置位。

輸入：RXD為串行數(shù)據(jù)輸入端，TXD仍為同步脈沖移位輸出端。當(dāng)(R1)=0且(REN)=1時(shí)，開始接收。當(dāng)接收到第8位數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

左面兩圖分別是方式0擴(kuò)展輸出和輸入的接線圖，74LS164／74LS165是移位寄存器，將單片機(jī)輸出的串行數(shù)據(jù)變?yōu)?位并行數(shù)據(jù)，將外部輸入的8位并行數(shù)據(jù)變成串行數(shù)據(jù)。

2方式1

方式1為波特率可變的10位異步通訊接口方式。發(fā)送或接收一幀信息，包括1個(gè)起始位0，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位1。其中的起始位和停止位在發(fā)送時(shí)自動(dòng)插入的。

輸出：當(dāng)CPU執(zhí)行一條指令將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖SBUF且TI=0時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送。串行數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬件置位TI。

輸入：在(REN)=1時(shí)，串行口采樣RXD引腳，當(dāng)采樣到1至O的跳變時(shí)，確認(rèn)是串行發(fā)送來(lái)的一幀數(shù)據(jù)的開始位0，從而開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完，并檢測(cè)到高電平停止位后，只有滿足①(R1)=0；②(SM2)=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，停止位才進(jìn)入RB8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志RI；否則信息丟失。所以在方式1接收時(shí)，應(yīng)先用軟件清零RI和SM2標(biāo)志。

3. 方式2

方式2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(shù)據(jù)。

輸出：發(fā)送的串行數(shù)據(jù)由TXD端輸出一幀信息為11位，附加的第9位來(lái)自SCON寄存器的TB8位，用軟件置位或復(fù)位。它可作為多機(jī)通訊中地址／數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，也可以作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。當(dāng)CPu執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入SuBF的指令且TI=0時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標(biāo)志TI。

輸入：在(REN)=1時(shí)，串行口采樣RXD引腳，當(dāng)采樣到1至O的跳變時(shí)，確認(rèn)是串行發(fā)送來(lái)的一幀數(shù)據(jù)的開始位0，從而開始接收一幀數(shù)據(jù)。在接收到附加的第9位數(shù)據(jù)后，當(dāng)滿足①(RI)：0；②(SM2)=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，第9位數(shù)據(jù)才進(jìn)入RB8，8位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志Ri；否則信息丟失。且不置位RI。

4. 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。

波特率的選擇

如前所述，在串行通訊中，收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳送率(波特率)要有一定的約定。在MCS-51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(shí)器T1的溢出率控制。

1．方式O

方式0的波特率固定為主振頻率的1/12。

2．方式2

方式2的波特率由PCON中的選擇位SMOD來(lái)決定，可表示為：波特率=2sMoD×fosc／64也就是當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率為1／32×fosc，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率為1／64×fosc。

3．方式1和方式3

定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，其公式如下：

波特率=2SMOD／32×定時(shí)器T1溢出率

T1溢出率=T1計(jì)數(shù)率／產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)

式中T1計(jì)數(shù)率取決于它工作在定時(shí)器狀態(tài)還是計(jì)數(shù)器狀態(tài)。當(dāng)工作于定時(shí)器狀態(tài)時(shí)，T1計(jì)數(shù)率為fOSC門2：當(dāng)工作于計(jì)數(shù)器狀態(tài)時(shí)，T1計(jì)數(shù)率為外部輸入頻率，此頻率應(yīng)小于fOSC／24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時(shí)器T1的工作方式、T1的預(yù)置值(×]有關(guān)。

定時(shí)器T1工作于方式O：溢出所需周期數(shù)=8192-×

定時(shí)器T1工作于方式1：溢出所需周期數(shù)=65536-X

定時(shí)器T1工作于方式2：溢出所需周期數(shù)=256-X

因?yàn)榉绞?為自動(dòng)重裝入初值的8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器模式，所以用它來(lái)做波特率發(fā)生器最恰當(dāng)。這種方式下，T1的溢出率[次／秒]計(jì)算式可以表示為：

T1溢出率=fsoc／12[256-X]

于是波特率(位／秒)表達(dá)式為：

當(dāng)時(shí)鐘頻率選用11．0592MHz時(shí)，取易獲得標(biāo)準(zhǔn)的波特率，所以很多單片機(jī)系統(tǒng)選用這個(gè)看起來(lái)“怪”的晶振就是這個(gè)道理。
左表列出了定時(shí)器T1工作于方式2常用波特率及初值。

ID:241196 · 發(fā)表于 2017-10-20 10:33

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