单片机原理及应用 (7)

其中，SMOD为PCON寄存器最高位的值，其值为1 或0。
当定时器1作波特率发生器使用时，选用工作方式2（即自 动加载定时初值方式）。选择方式2可以避免通过程序反复装入 定时初值所引起的定时误差，使波特率更加稳定。假定计数初 值为X，则计数溢出周期为：
12 (256 X) fosc
溢出率为溢出周期的倒数。则波特率的计算公式为：
波特率
fosc/12 可变 fosc/64 或者fosc/32 可变
方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特 率是可变的，由T1的溢出率决定。
8.3.1 串行工作方式0
1. 数据输出（发送） 当数据写入SBUF后，数据从RXD端在移位脉冲（TXD）的 控制下，逐位移入74LS164，74LS164能完成数据的串并转换。 当8位数据全部移出后，TI由硬件置位，发生中断请求。若CPU 响应中断，则从0023H单元开始执行串行口中断服务程序，数据 由74LS164并行输出。其接口逻辑如图8.3所示。
8.1.2 数据转换
串行接口电路为用户提供了两个串行口缓冲寄存器 （SBUF），一个称为发送缓存器，它的用途是接收片内总线 送来的数据，即发送缓冲器只能写不能读。发送缓冲器中的数
据通过TXD引脚向外传送。另一个称为接收缓冲器，它的用途
是向片内总线发送数据，即接收缓冲器只能读不能写。接收缓 冲器通过RXD引脚接收数据。因为这两个缓冲器一个只能写， 一个只能读，所以共用一个地址99H。串行接口电路如图8.2所 示。
5） RB8——接收数据位8 在方式2、3时，RB8是接收的第9位数据。 在方式1时，RB8是接收的停止位 在方式0时，不使用RB8 6） TI——发送中断标志位 在方式0时，发送完第8位数据后，该位由硬件置位。 在其它方式下，于发送停止位之前，由硬件置位。 因此，TI＝1表示帧发送结束，其状态既可供软件查询使用， 也可请求中断。 TI由软件清“0”。 7） RI——接收中断标志位 在方式0时，接收完第8位数据后，该位由硬件置位。 在其它方式下，于接收到停止位之前，该位由硬件置位。 因此，RI＝1表示帧接收结束，其状态既可供软件查询使用， 也可请求中断。 RI由软件清“0”。
一帧数据
图8.1 字符帧格式
2.
传送的速率 串行通信的速率用波特率来表示，所谓波特率就是指一秒钟
传送数据位的个数。每秒钟传送一个数据位就是1波特。即：1 波特＝1bps（位/秒） 。
在串行通信中，数据位的发送和接收分别由发送时钟脉冲
和接收时钟脉冲进行定时控制。时钟频率高，则波特率高，通 信速度就快；反之，时钟频率低，波特率就低，通信速度就慢。
D0
。。。。。。
D7
RXD 8051 TXD
A B
CLK
74LS164
STB
P1.0
图8.3接口逻辑
2.
数据输入（接收）
要实现接收数据，必须首先把SCON中的允许接收位REN设 置为1。当REN设置为1时，数据就在移位脉冲的控制下，从RXD 端输入。当接收到8位数据时，置位接收中断标志位RI，发生中 断请求。其接口逻辑如图8.4所示。由逻辑图可知，通过外接 74LS165，串行口能够实现数据的并行输入。
位地址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
位符号
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
各位的说明如下： 1） SM0 、SM1——串行口工作方式选择位 其状态组合和对应工作方式为： SM0 SM1 工作方式 0 0 方式0 0 1 方式1
1 0 方式2 1 1 方式3 2） M2——允许方式2、3的多机通信控制位 在方式2和3中，若SM2＝1且接收到的第九位数据（RB8） 为1，才将接收到的前8位数据送入接收SBUF 中，并置位RI 产生中断请求；否则丢弃前8位数据。若 SM2＝0，则不论第九 位数据（RB8）为1还是为0,都将 前8位送入接收SBUF中，并 产生中断请求。 方式0时，SM2必须置0。 3） REN——允许接收位 REN＝0 禁止接收数据 REN＝1 允许接收数据 4） TB8——发送数据位8 在方式2、3时，TB8 的内容是要发送的第9位数据,其值由 用户通过软件来设置。
TI（发送中断 发送SBUF TXD串行输出 单片机内 部总线 接收SBUF
移位时钟
输入移位寄存器
RXD串行输入
RI（接收中断）
图8.2 MCS-51串行口寄存器结构
8.2 MCS-51单片机串行通信的控制寄存器
1. 串行口控制寄存器（SCON） SCON是MCS-51单片机的一个可位寻址的专用寄存器，用于 串行数据通信的控制。单元地址为98H，位地址为98H～9FH。寄 存器的内容及位地址表示如下：
• •
假定A机为发送机，B机为接收机。
当A机发送时，先送一个“AA”信号，B机收到后回答一个 “BB” 信号，表示同意接收。
•
当A机接收到“BB”后，开始发送数据，每发送一次求一 次“检 查和”，假定数据块长16个字节，起始地址为30H，一 个数据块发送完后再发出“检查和”。
•
B机接收的数据并转存到数据区，起始地址也为30H，同时 每接收一次也计算一次“检查和”，当一个数据块收齐后，再接 收A机发来的“检查和”，并将它与B机的“检查和”进行比较。 若两者相等，说明接收正确，B机回答一个00；若两者不相等， 说明接收不正确，B机回答一个FF，请求重发。 • A机收到00的答复后，结束发送。若收到的答复非0，则重 新将数据发送一次。 • 双方均以1200波特的速率传送。假设晶振频率为6MHz ，计 算定时器1的计数初值：
当REN=1且接收到起始位后，在移位脉冲的控制下，把接收 到的数据移入接收缓冲寄存器（SBUF）中，停止位到来后，把 停止位送入RB8中，并置位RI，通知CPU接收到一个字符。 3. 波特率的设定 工作在方式1时，其波特率是可变的，波特率的计算公式为：
2SMOD 波特率＝ (定时器1的溢出率） 32
2SMOD fosc 波特率＝ 32 12 (256 X)
实际使用中，波特率是已知的。因此需要根据波特率的计 算公式求定时初值X。用户只需要把定时初值设置到定时器1， 就能得到所要求的波特率。
4.
应用举例（用方式1实现双机串行通信）
（1）通信双方的硬件连接
作为应用系统首先要研究通信双方如何连接。一种办法是把 两片8051的串行口直接相连，一片8051的TXD与另一片的RXD 相连，RXD与另一片的TXD相连，地与地连通。由于8051串行 口的输出是TTL电平，两片相连所允许的距离极短。 （2）通信双方的软件约定 为实现双机通信，我们规定如下：
行口波特率为设定值。当系统复位时，SMOD=0。
8.3 MCS-51单片机串行通信工作方式
串行口的工作方式由SM0和SM1确定，编码和功能如表8-1所 示。
表8-1 串行口工作方式
SM0
0 0 1 1
SM1
0 1 0 1
方式
方式0 方式1 方式2 方式3
功能说明
移位寄存器方式 8位UART 9位UART 9位UART
.........
D0
A B CLK
74LS164 STB
P .0 1
图8.5 电路设计
解：电路如图8.5。软件部分如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 1000H MAIN： MOV SCON，#00H CLR ES MOV A， #80H DELR： CLR P1.0 MOV SBUF， A WAINT： JNB TI， WAIT SETB P1.0 ACALL DELAY CLR TI RR A AJMP DELR EDN
；串行口工作在方式0 ；禁止串行中断 ；发光二极管从左边亮起 ；关闭并行输出 ；串行输出 ；状态查询 ；开启并行输出 ；调用延时子程序 ；清发送中断标志 ；发光右移 ；继续
8.3.2 串行工作方式1
方式1为10位为一帧的异步串行通信方式。其帧格式为1个 起始位、8个数据位和1个停止位。如图8.6所示。
高位在后。
3）奇偶校验位：占一位，用于对字符传送作正确性检查， 因此奇偶校验位是可选择的，共有三种可能，即奇偶校验、偶 校验和无校验，由用户根据需要选定。 4）停止位：末尾，为逻辑“1”高电平，可取1、1.5、2位， 表示一帧字符传送完毕。
数 数 起 据 据 始 位 位 位 （0） （1） 数 奇 停 停 起 据 偶 止 止 始 位 位 位 位 位 （n－1）
D0
......
D7
RXD 8051 TXD
Q
CLK
74LS165
STB
P1.0
图8.4 外接移位寄存器输入
【例8-1】使用74LS164的并行输出端接8支发光二极管，利用 它的串入并出功能，把发光二极管从左到右依次点亮，并反复循 环。假定发光二极管为共阴极接法。
。。。。。。
D7
RXD TXD 8051
8.1.1 数据传送
单片机的串行通信使用的是异步串行通信，所谓异步就是指 发送端和接收端使用的不是同一个时钟。异步串行通信通常以
字符（或者字节）为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端一
帧一帧地传送，接收端通过传输线一帧一帧地接收。 1. 字符帧的帧格式 字符帧由四部分组成，分别是起始位、数据位、奇偶校验 位、停止位。如图8.1所示： 1） 起始位：位于字符帧的开头，只占一位，始终位逻辑低 电平，表示发送端开始发送一帧数据。 2） 数据位：紧跟起始位后，可取5、6、7、8位，低位在前，
2. 电源控制寄存器（PCON）
PCON不可位寻址，字节地址为87H。它主要是为 CHMOS型单片机80C51的电源控制而设置的专用寄存器。 其内容如下：
位序 位符号 D7 SMOD D6 / D5 / D4 / D3 GF1 D2 GF0 D1 PD D0 IDL