第7章 MCS-51单片机的串行通信及其接口
第7章MCS-51单片机的常用外设扩展
（2）数据线
2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。P0口作 为地址/数据线分时复用。
（3）控制线
CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对 2732进行读操作。注意，CPU对EPROM只能进行读操作， 不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线 实现的。2732控制线的连接有以下几条：
2.硬件电路 单片机与6116的硬件连接如图7-4所示。
3.连线说明
• 地址线：A0～A10连接单片机地址总线P0.0～P0.7、P2.0、P2.1、P2.2 共11根；
• 数据线：I/O0～I/O7连接单片机的数据线，即P0.0～P0.7；
• 控制线：片选端连接单片机的P2.7，即单片机地址总线的最高位A15； 读允许线连接单片机的读数据存储器控制线；
• 对于没有内部ROM的单片机或者程序较长、片内ROM容 量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。 MCS-51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此 最大寻址范围为64K字节（0000H—FFFFH）。
• 这里要注意的是，MCS-51单片机有一个管脚 EA跟程序存 储器的扩展有关。如果接高电平，那么片内存储器地址范 围是0000H—0FFFH（4K字节），片外程序存储器地址范 围是1000H—FFFFH（60K字节）。如果接低电平，不使 用片内程序存储器，片外程序存储器地址范围为0000H— FFFFH（64K字节）。
1. 芯片选择
单片机扩展数据存储器常用的静态RAM芯片有6116（2K×8 位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）等。
根据题目容量的要求我们选用SRAM6116，采 用单一+5V供电，输入输出电平均于TTL兼容，具有 低功耗操作方式，管脚如图7-3所示。
MCS-51单片机串口编程及应用介绍
起 始 位
数
据 位
校 验 位
停 止 位
异步通信的帧格式
二、同步通信传送方式
同步传送：以同步字符 同步传送：以同步字符SYN开始连续发 开始连续发 再以同步字符结束， 送，再以同步字符结束，时钟信号同时发 适用高速、大容量的数据传送。 送。适用高速、大容量的数据传送。
开始 同步字符 同步字符 数据段 同步字符 结束 同步字符
工作原理： 工作原理： 发送：CPU执行 执行MOV SBUF,A，将数据送入SBUF SBUF。 发送：CPU执行MOV SBUF,A，将数据送入SBUF。 发送控制器按波特率发生器（定时器构成） 发送控制器按波特率发生器（定时器构成）提供的时钟速 率将SBUF中的数据一位、一位从TXD输出，发送结束时， SBUF中的数据一位 TXD输出 率将SBUF中的数据一位、一位从TXD输出，发送结束时，置 TI=1。 TI=1。 接收：接收控制器按波特率发生器提供的时钟速率从RXD引 接收：接收控制器按波特率发生器提供的时钟速率从RXD引 RXD 脚一位一位接收数据，当收到一个完整字符时，装入SBUF 脚一位一位接收数据，当收到一个完整字符时，装入SBUF 中，同时置RI=1，通知CPU，CPU执行MOV A,SBUF，将数据读 同时置RI=1，通知CPU，CPU执行MOV A,SBUF， RI=1 CPU 执行 入累加器A 入累加器A。 注意：由于SBUF具有双缓冲作用，它可以在CPU读入之前 注意：由于SBUF具有双缓冲作用，它可以在CPU读入之前 SBUF具有双缓冲作用 CPU 开始接收下一数据， CPU应在下一数据接收完毕前读取 开始接收下一数据， CPU应在下一数据接收完毕前读取 SBUF内容 由于串口的接收、发送各自独立， 内容。 SBUF内容。由于串口的接收、发送各自独立，所以可同时发 送及接收，即可以实现全双工通讯。 送及接收，即可以实现全双工通讯。
单片机习题答案
单片机-习题答案第七章MCS-51的串行口1．串行数据传送的主要优点和用途是什么？答：串行数据传送的主要优点是硬件接口简单，接口端口少（2个）。
主要用于多个单片机系统之间的数据通信。
2．简述串行口接收和发送数据的过程。
答：以方式一为例。
发送：数据位由TXT端输出，发送1帧信息为10为，当CPU执行1条数据写发送缓冲器SBUF的指令，就启动发送。
发送开始时，内部发送控制信号/SEND变为有效，将起始位想TXD输出，此后，每经过1个TX时钟周期，便产生1个移位脉冲，并由TXD输出1个数据位。
8位数据位全部完毕后，置1中断标志位TI，然后/SEND信号失效。
接收：当检测到起始位的负跳变时，则开始接收。
接受时，定时控制信号有2种，一种是位检测器采样脉冲，它的频率是RX时钟的16倍。
也就是在1位数据期间，有16个采样脉冲，以波特率的16倍的速率采样RXD引脚状态，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，取其中2次相同的值，以确认是否是真正的起始位的开始，这样能较好地消除干扰引起的影响，以保证可靠无误的开始接受数据。
3．帧格式为1个起始位，8个数据位和1个停止位的异步串行通信方式是方式（1）。
4．串行口有几种工作方式？有几种帧格式？各种工作方式的波特率如何确定？答：串行口有3种工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3；有3种帧格式，方式2和3具有相同的帧格式；方式0的发送和接收都以fosc/12为固定波特率，方式1的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率方式2的波特率=2SMOD/64×fosc方式3的波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率5．假定串行口串行发送的字符格式为1个起始位，8个数据位，1个奇校验位，1个停止位，请画出传送字符“A”的帧格式。
起始位01000000校验位停止位6．判断下列说法是否正确：（1）串行口通信的第9数据位的功能可由用户定义。
第7章补充习题
第7章 MCS-51的串行口一、填空1. MCS-51单片机的串行接口有种工作方式。
其中方式为多机通信方式。
2. 串行口中断标志RI/TI由置位，清零。
3. MCS-51串行接口有4种工作方式,这可在初始化程序中用软件填写特殊功能寄存器（）加以选择.4. 用串口扩并口时,串行接口工作方式应选为方式。
5. 串行通信按照数据传送方向可分为三种制式： 、 和 。
6. 波特率定义为 。
串行通信对波特率的基本要求是互相通信的甲乙双方必须具有的 波特率。
7. 多机通信时，主机向从机发送信息分地址帧和数据帧两类，以第9位可编程TB8作区分标志。
TB8=0，表示 ；TB8=1，表示 。
8. 当从机 时，只能接收主机发出的地址帧，对数据不予理睬。
9. 多机通信开始时，主机首先发送地址，各从机核对主机发送的地址与本机地址是否相符，若相符，则置 。
二、判断1. 要进行多机通信，MCS-51串行接口的工作方式应为方式1。
（）2. MCS-51的串行接口是全双工的。
（）3. MCS-51上电复位时，SBUF=00H。
（）。
三、简答1. 串行通信和并行通信有什么区别？各有什么优点？2. 什么是串行异步通信，它有哪些作用？并简述串行口接收和发送数据的过程。
3. 简述MCS-51单片机多机通信的特点。
4. 若异步通信按方式2传送，每分钟传送3000个字符，其波特率是多少？5. 什么是串行异步通信，它有哪些作用？并简述串行口接收和发送数据的过程。
6. 8051单片机四种工作方式的波特率应如何确定？7. 某异步通信接口，其帧格式由1个起始位（0），7个数据位，1个偶校验和1个停止位（1）组成。
当该接口每分钟传送1800个字符时，试计算出传送波特率。
8. 串行口工作方式在方式1和方式3时，其波特率与fosc、定时器T1工作模式2的初值及SNOD位的关系如何？设fosc=6MHz，现利用定时器T1模式2产生的波特率为110bps。
试计算定时器初值。
MCS51单片机的结构
MCS51单片机的结构MCS-51单片机是Intel公司设计开发的一种高度集成的8位微控制器（microcontroller），主要应用于嵌入式系统中。
它采用了Harvard 架构，包含一个CPU核心、片内存储器、外围接口和定时器/计数器等功能模块。
在本文中，我将详细介绍MCS-51单片机的结构。
MCS-51单片机的结构主要分为以下几个部分：1.中央处理器（CPU）核心：MCS-51单片机的CPU核心采用了8位的数据总线和地址总线，以及一组功能强大的指令集。
该CPU支持多种指令，包括数据传送指令、算术逻辑指令、位操作指令和条件跳转指令等。
它还包括一个累加寄存器和标志寄存器，用于存储操作数和标志位信息。
2.存储器部分：MCS-51单片机包含片内存储器和片外存储器。
片内存储器主要用于存储程序代码和数据，包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。
ROM用于存储程序代码，RAM用于存储数据和临时变量。
片外存储器通过地址线和数据线与单片机连接，可以扩展存储器容量。
3.输入输出（I/O）接口：MCS-51单片机通过多个I/O口与外部世界进行数据交互。
每个I/O 口包含一组引脚，可以用作输入或输出。
这些引脚可以通过配置寄存器来选择其功能。
MCS-51单片机还支持中断输入，可以用于实现外部设备的中断功能。
4.定时器/计数器（Timer/Counter）：MCS-51单片机内置了多个定时器/计数器模块，用于生成精确的时间延迟或测量外部事件的时间间隔。
定时器可以产生周期性的中断信号，用于实现定时任务。
计数器可以计数外部事件的脉冲数量，用于测量时间间隔。
5.串行通信接口：MCS-51单片机内置了一个串行通信接口，可以用于与其他设备进行数据传输。
该接口支持异步串行通信协议，如UART（通用异步收发器）或SPI（串行外围接口）等。
它可以通过配置寄存器来设置通信参数，如波特率和数据格式等。
6.时钟电路：MCS-51单片机需要一个精确的时钟源来驱动内部运算和外设操作。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
图7.3 用8031的P1口设计的4×4键盘
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.1.2 键盘按键识别方法
首先在键处理程序中将P1.3~P1.0依次按位变低， P1.3~P1.0在某一时刻只有一个为低。在某一位为低时读行线， 根据行线的状态即可判断出哪一个按键被按下。 如9号键按下时，当列线P1.2为低时，读回的行线状态中 P1.4被拉低，由此可知2号键被按下。 一般在扫描法中分两步处理按键，首先是判断有无键按下， 即使列线（P1.3~P1.0）全部为低，读行线，如行线 （P1.4~P1.7）全为高，则无键按下，如行线有一个为低，则 有键按下。当判断有键按下时，使列线依次变低，读行线，进 而判断出具体哪个键按下。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.2 LED显示器接口及显示方式
表7.2 段选码、位选码及显示状态表
段选码 （字型） F9H A4H B0H 99H 92H 位选码 P2.4~P2.0 11110 11101 11011 10111 01111 1 2 3 4 5 显示器显示状态
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
图7.6为LED显示器的内部结构及外形。
（a）共阴极 （b）共阳极 （c）LED实物 图7.6 LED显示结构及实物
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
7.2.1 LED显示器原理
7段LED显示数字0~F，符号等字型见表7.1，其中a段为最 低位，dp为最高位。
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
单片机原理及应用教程
第 7章 MCS-51单片机常用接口技术
主 编 范立南 谢子殿 副主编 刘 彤 尹授远 李雪飞
第7章 MCS-51单片机常用接口技术
binbin详解第7章-串行输入输出接口电路
5. 信号的调制和解调
利用电话信道（频带宽度通常为 利用电话信道（频带宽度通常为300～3400Hz）进行远距离传输，为完 ～ ）进行远距离传输， 成传输数字信号，通常把数字信号的“ 或 成传输数字信号，通常把数字信号的“0”或“1”转换成较高的不同频率的模拟 转换成较高的不同频率的模拟 信号，而在接收端再将该模拟信号转换成数字信号。前一种转换称为调制， 调制 信号，而在接收端再将该模拟信号转换成数字信号。前一种转换称为调制，后 一种转换称为解调。完成调制、解调功能的设备叫做调制解调器（Modem） 一种转换称为解调。完成调制、解调功能的设备叫做调制解调器（Modem）。 解调 调制解调器
波特率与字符的传送速率不同： 波特率与字符的传送速率不同：
波特率是每秒钟传送的二进制位数，传送率是每秒钟传送的字符个数， 波特率是每秒钟传送的二进制位数，传送率是每秒钟传送的字符个数，二 者之间存在如下关系： 者之间存在如下关系：
波特率=位 字符 字符/秒 位 秒 字符× 波特率 位/字符×字符 秒=位/秒
串行通信按通信的格式分为：异步通信和同步通信。 串行通信按通信的格式分为：异步通信和同步通信。
通信协议：通信的双方约定，何时开始发送， 通信协议：通信的双方约定，何时开始发送，何时发送完毕以及双方的 联络方式、正确与否等。 联络方式、正确与否等。
第7章 MCS-51串行接口
5．通信协议
(1) 奇偶校验 (2) 累加和校验 (3) 循环冗余码校验 （Cyclic Redundancy Check, 简称CRC）
7.2 MCS-51串行口结构与工作原理
MCS-51单片机内部含有1个可编程全双工串行通信接口， 它有4种工作方式。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(全双工)。 两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址：SBUF(99H）
发送指令：MOV SBUF，A ;将数据写到发送缓冲器SBUF 接收指令：MOV A，SBUF ;读出接收缓冲器SBUF中接收到的数据 控制寄存器共两个：特殊功能寄存器SCON和PCON。
串行数据缓冲器SBUF 在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄 存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。 在物理上有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接 收缓冲寄存器。 发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和 完成串行数据的发送； 接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只 需从SBUF中读出接收数据。 指令 MOV SBUF，A 启动一次数据发送,可向SBUF 再发送下一个数 指令 MOV A，SBUF 完成一次数据接收,SBUF可再 接收下一个数
（2）同步通信 同步通信依靠同步字符保持通信同步。同步通信 是由1～2个同步字符和多字节数据位组成，同步字符作 为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据；多字节 数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等；空闲位 需发送同步字符。（同步字符可以用户约定，也可以有 用ASCⅡ码中规定的SYNC同步字符（即16H）） 同步通信传输速度较快，但要求有准确的时钟来实 现收发双方的严格同步，对硬件要求较高，适用于成批 数据传送。
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7.3 MCS-51串行接口的结构
7.3.2 串行口的控制寄存器
3. 特殊功能寄存器PCON
PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器。 位序号 位名称 D7 SMOD D6 / D5 / D4 / D3 GF1 D2 GF0 D1 PD D0 ID
在HMOS单片机中,该寄存器除最高位外,其它位都是虚设的。 最高位SMOD为串行口波特率倍增位。 当SMOD=1时,方式1、2、3的波特率加倍;系统复位时,SMOD=0。
7.3 MCS-51串行接口的结构
7.3.2 串行口的控制寄存器
2. 串行控制寄存器SCON
位地址
位名称
9FH
SM0
9EH
SM1
9DH
SM2
9CH
REN
9BH
TB8
9AH
RB8
99H
TI
98H
RI
TB8:发送数据位8 ,在方式2和方式3时,TB8为所要发送的第9位数据。 可用作数据的奇偶校验位，该位由软件置位或复位。
MEMO:CPU在响应串行中断要用软件清除TI或者RI，若用查询的方式 同样也需要清除TI或者RI.
7.4 串行接口的工作方式
7.4.1 方式0
在方式0下，串行口作为8位同步移位寄存器使用，这种方式不能用
于串行异步通信，但可以通过外接移位寄存器来实现I/O口扩展。 ①串行口作为并行输出口使用时，要有“串入并出”的移位寄存器（例 如CD4094或74LS164、74HC164等）配合。（设置STB状态控制 CD4094的输出。）
7.3 MCS-51串行接口的结构
7.3.2 串行口的控制寄存器
2. 串行控制寄存器SCON
位地址
位名称 需要通过指令清除 TI或者RI
9FH
SM0
9EH
SM1
9DH
SM2
9CH
REN
9BH
TB8
9AH
RB8
99H
TI
98H
RI
TI:发送中断标志位，发送完一帧，硬件自动置1，向CPU提出申请中断。 RI:接收中断标志位，接收完一帧，硬件自动置1，向CPU提出申请中断。 MEMO: TI和RI共用一个中断源与中断服务入口地址，因此单片机在 既做为发送机又做为接收机时，应识别是哪种中断，并在对应的中断 清除对应的标志位。
SM0、SM1：串行口工作方式选择位.
SM0 0 SM1 0 工作方式 0 功能说明 8位移位寄存器（用于I/O扩展、fosc/12）
0
1
1
0
1
2
8位异步串行通信（波特率可变，由定时器控制 ）
9位异步串行通信（fosc/32或fosc/64）
1
1
3
9位异步串行通信（波特率可变，由定时器控制
7.3 MCS-51串行接口的结构
并行输入
数据输入
RXD 80C51 TXD P1.0 D7 …….. D0
P/ S
7.4 串行接口的工作方式
7.4.1 方式0
例1：利用串口方式0的功能实现8个发光二极管从上到下 依次点亮，并循环反复。
7.4 串行接口的工作方式
7.4.1 方式0
例1：利用串口方式0的功能实现8个发光二极管从上到下 依次点亮，并循环反复。 查询方式： MOV SCON，#00H ACALL DELAY MOV IE，#00H CLR TI RR A MOV A，#80H AJMP DELR DELR：CLR P1.0 MOV SBUF，A JNB TI，$ SETB P1.0
数据输出 移位脉冲 Fosc/12
7.4 串行接口的工作方式
7.4.1 方式0
在方式0下，串行口作为8位同步移位寄存器使用，这种方式不能用
于串行异步通信，但可以通过外接移位寄存器来实现I/O口扩展。 ②串行口作为并行输入口使用时，要有“并入串出”的移位寄存器（例 如CD4014或74LS165、74HC165等）配合。
举例：设有一帧信息，1个起始位、8个数据位、1个停止 位，传输速率为240字符/s。求波特率。 解：（1＋8＋1）×240 = 2400 b/s = 2400波特。
7.2 串行通信的一般概念
7.2.5 串行通信的接口电路
在串行通信中，数据是逐位按顺序传送的，而计算机 内部的数据是并行的。因此当计算机和外设进行通信时， 必须进行数据转换，实现这种功能目前主要采用通用异步 接收/发送器UART。 UART的主要功能是:一是从计算机接收８位并行数据 并将其转换为串行数据送到串口输出；二是从串口读入外 部串行数据并将其转换为８位并行数据送到计算机。
7.2 串行通信的一般概念
7.2.3 串行的通信类型
三种方式：单工、半双工和全双工
单工 A发 B接
单向
半双工 A发 A接 全双工 A发 A接 B接 B发 B发 B接
双向、分时
双向、同时
三种通信的示意图Βιβλιοθήκη 7.2 串行通信的一般概念
7.2.4 波特率
波特率，即数据传送速率，表示每秒传送二进制代码的 位数，它的单位是b/s (波特 bps)。波特率的倒数即为每位 传输所需的时间。 它与字符的传送速率(字符/秒)之间存在如下关系： 波特率=位/字符×字符/秒=位/秒
1. 数据缓冲器SBUF
在物理上两个独立的接收、发送缓冲器,可同时发送 、接收数据。两个缓冲器只用一个字节地址99H,可通 过指令对SBUF的读写来区别是对接收缓冲器的操作 还是对发送缓冲器的操作。
MEMO: MOV A,SUBF;指令对SBUF读，接收数据 MOV SUBF,A;指令对SBUF写，发送数据
7.4 串行接口的工作方式
7.4.1 方式0
同步移位寄存器方式，波特率固定为fosc/12
①发送过程：CPU执行MOV SBUF,A，即启动发送。数据在TXD同步 脉冲的作用下，由低位至高位通过RXD引脚输出。发送数据过程演示 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
②接收过程：数据在TXD同步脉冲的作用下，由低位至高位通过RXD 引脚接收，接收完后硬件自动置RI=1，通知CPU提取数据。
7.3 MCS-51串行接口的结构
7.3.2 串行口的控制寄存器
2. 串行控制寄存器SCON
位地址
位名称
9FH
SM0
9EH
SM1
9DH
SM2
9CH
REN
9BH
TB8
9AH
RB8
99H
TI
98H
RI
REN：允许串行接收控制位,该位由软件置位或复位。 REN=0,禁止从串行口RXD接收数据。
REN=1,允许从串行口RXD接收数据。
7.1 任务5：用串行接口控制信号灯
7.1.3 编写、汇编、运行程序
这个系统中共使用了两台单片机，它们需要有各自的
程序，一个作为发送，另一个作为接收，因此，需要 各自编程。 参考程序在任务5文件中。甲机 乙机
7.1 任务5：用串行接口控制信号灯
7.1.4 问题的提出
① MCS-51单片机在进行串行通信时，使 用到了定时器1，串行通信与之有关系吗？ ② SCON、SBUF这两个寄存器，它们的 作用是什么？如何使用？
7.4 串行接口的工作方式
7.4.1 方式0
例7-1：利用串口方式0的功能实现8个发光二极管从上到下 依次点亮，并循环反复。
中断方式: ORG 0000H LJMP START ORG 0023H LJMP SBR ORG 2000H START:MOV SCON,#00H SETB EA SETB ES MOV A,#80H CLR P1.0 MOV SBUF,A SJMP $ ORG 2100H SBR: SETB P1.0 ACALL DELAY CLR TI RR A CLR P1.0 MOV SBUF,A RETI
③ TI、RI两个中断标志位的用途是什么？ 在其后均有清零的指令，这又是为何呢？
7.2 串行通信的一般概念
7.2.1 两种基本通信方式
并行通信与串行通信 并行通信是数据的各位同时发送或同时接收。 并行通信优点:传送速度快。缺点:不便长距离传送,小于30M。
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。 P0.6 外部设备 P0.7 串行通信优点:便于长距离传送,几米到几千公里。缺点:传送速度较慢。
第7章 MCS-51单片机的串行通信及其接口
7.1 任务5：用串行接口控制信号灯
7.1.1要求
通过甲机向乙机发送数据，乙机P1口所连接的8个
LED实现亮点流动。
7.1 任务5：用串行接口控制信号灯
7.1.2任务分析
在上述图中，甲机、乙机之间通过了TXD、RXD引脚
相连。 由于一条线路在一个时刻只能进行一位的数据传输， 所以这个系统就无法应用8位同时传送数据的方式。 因此，我们则可通过单片机的串行通信口进行相应的 数据传输。 甲机作为发送方，乙机作为接收方。
按低位在前、高位在后顺序排列应为1010110。 前面加1位起始位0，后面配上偶校验位1位0，最后面加1位停止位1， 所以，传送的字符格式为0101011001
7.2 串行通信的一般概念
7.2.2 串行通信的两种基本方式 2. 同步通信
指在发送端与接收端的时钟频率一致的条件下，发送端先发送 1~2个同步字符，随之发送若干个数据字符的方式，适用于大批量 数据传送。优点是传送速率高，缺点是硬件复杂，造价高。
7.3 MCS-51串行接口的结构
7.3.1 串行口的内部结构
发送 SBUF 波特率发生器 门 串行控制寄存器 TXD
发送控制器
串行中断 +