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第七章单片机串行口及应用
7.1串行口的结构与工作原理
7.2工作方式与波特率的设置
7.3I²C总线及应用
7.4串行口应用举例
7.5RS-232C与USB简介
思考练习题
7.1串行口的结构与工作原理
80C51单片机中的串行口是一个全双工通信接口,能同
时进行发送和接收。它可以作UART(通用异步接收和发送器)
用,也可以作同步移位寄存器用。其帧格式和波特率可通过
软件编程设置,在使用上非常方便灵活。
7.1.1串行口的结构
80C51单片机的串行口主要由两个数据缓冲器、一个输
入移位寄存器、一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发
生器T1等组成,其结构见图7-1。
图7-1串行口结构
串行口数据缓冲器SBUF是可以直接寻址的专用寄存器,
在80C51中,一个作为发送缓冲器,一个作为接收缓冲器,
两个缓冲器共用一个地址99H,由读/写信号区分。CPU写
SBUF时为发送缓冲器,读SBUF时为接收缓冲器。接收缓冲
器是双缓冲的,可以避免在接收下一帧数据之前,CPU未能
及时响应接收器的中断,把上帧数据取走,而产生两帧数据
重叠的问题。对于发送缓冲器,为了保持最大传输速率,一
般不需要双缓冲,这是因为发送时CPU是主动的,不会产生
写重叠的问题。
特殊功能寄存器SCON用来存放串行口的控制和状态信
息。T1作为串行口的波特率发生器,其波特率是否增倍可
由特殊功能寄存器PCON的最高位控制。
7.1.2串行通信过程
串行通信的过程如下。
(1)接收数据的过程:在进行通信时,当CPU允许接收
时(即SCON的REN位置1),外界数据通过引脚RXD(P3.0)串
行输入,数据的最低位首先进入输入移位寄存器;一帧接收
完毕再并行送入缓冲器SBUF中,同时将接收中断标志位RI
置位,向CPU发出中断请求。CPU响应中断后,用软件将RI
位清除,同时读取输入的数据。接着又开始下一帧的输入过
程,重复直至所有数据接收完毕。
(2)发送数据的过程:CPU要发送数据时,将数据并行
写入发送缓冲器SBUF中,同时启动数据由TXD(P3.1)引脚
串行发送。当一帧数据发送完即发送缓冲器空时,由硬件自
动将发送中断标志位TI置位,向CPU发出中断请求。CPU响
应中断后,用软件将TI位清除,同时将下一帧数据写入
SBUF中,重复上述过程直到所有数据发送完毕。
7.1.3串行口工作方式及帧格式
80C51单片机串行口可以通过软件设置四种工作方式,
各种工作方式的数据格式均有所不同,四种工作方式及帧格
式如下。
1.方式0
这种工作方式比较特殊,与常见的微型计算机的串行口
不同,它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下,数
据从RXD端串行输出或输入,同步信号从TXD端输出,波
特率固定不变,为振荡频率的1/12。该方式以8位数据为一
帧,没有起始位和停止位,先发送或接收最低位。
2.方式1
串行口采用该方式时,特别适合于点对点的异步通信。
该方式规定发送或接收一个字符10位为一帧,即1个起始位、
8个数据位、1个停止位,波特率可以改变。
3.方式2
采用这种方式可以接收或发送11位数据,以11位为一帧,
它比方式1增加了一个数据位,其余相同。第9个数据即D8
位具有特别的用途,可以通过软件来控制,再加上特殊功能
寄存器SCON中SM2位的配合,可使80C51单片机串行口适
用于多机通信。方式2的波特率固定,只有两种选择,为振
荡频率的1/64或1/32,可由PCON的最高位选择。
4.方式3
方式3和方式2完全类似,唯一的区别是方式3的波特率
是可变的。方式3的帧格式与方式2一样,为11位一帧,所以
方式3也适用于多机通信。
7.1.4串行口控制
80C51串行口的工作方式选择、中断标志、可编程位的
设置、波特率的增倍均是通过两个特殊功能寄存器SCON和
PCON来控制的。
1.电源和波特率控制寄存器PCON
PCON的地址为87H,只能进行字节寻址,不能按位寻
址。PCON是为在CHMOS结构的51系列单片机上实现电源
控制而附加的,而HMOS结构的51系列单片机只用了其最高
位,其余位都是虚设的。PCON的最高位D7位作SMOD,是
串行口波特率的增倍控制位。当SMOD=1时,波特率加倍。
当SMOD=0时,波特率不加倍。系统复位时,SMOD位为0。
PCON其它各位定义在第二章已述。
2.串行口控制寄存器SCON
深入理解SCON各位的含义,正确地用软件设定修改
SCON各位是运用80C51串
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