1、實驗五串口通信1. 一、實驗目的掌握MCS-5佯L片機的串行口工作原理。2. 學習編程實現(xiàn)MCS-51的UARH訊。3. 掌握CPUJ用串口通訊的方法。二、實驗設備（儀器）PC微機一臺三、實驗原理1、申行通訊基本概念計算機與外界的信息交換稱為通信。常用通信方式有兩種：并行通信與申行通信，簡稱并行傳送和申行傳送。并行傳送具有傳送速度快，效率高等優(yōu)點，但傳送多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線，傳送成本高；申行傳送是按位順序進行數(shù)據(jù)傳送，最少僅需要一根傳輸線即可完成，傳送距離遠，但傳送速度慢。申行通信乂分同步和異步兩種方式。這兩種通信方式的區(qū)別在丁發(fā)送設備時鐘與接收設備時鐘是否嚴格一致。同步通信中，在數(shù)據(jù)

2、傳送開始時先用同步字符來指示（常約定1-2個），并由同時傳送的時鐘信號來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，即檢測到規(guī)定的同步字符后，接著就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。這種傳送方式對硬件結(jié)構(gòu)要求較高。異步通信中，接收器和發(fā)送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的，異步通信用一幀來表示一個字符，其內(nèi)容如下：一個起始位，僅接著是若干個數(shù)據(jù)位，下圖中傳輸45H的數(shù)據(jù)格式。時鐘時鐘同步通信方式異步通信方式起!蛤I8位數(shù)據(jù)位，異步通信數(shù)據(jù)超式innnjiiiiiiiiiii川iiiiI同步1同步I數(shù)據(jù)I-*N*'字符L*字符2#同步通信數(shù)據(jù)格式2、MCS-51單片機的申行接口MCS-51單片機申行口寄存器結(jié)構(gòu)如下圖所

3、示SBUF%申行口的收發(fā)緩沖器,它是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實現(xiàn)全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（99用。MCS-51的申行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。移位時鐘2.1、申行通信控制寄存器控制MCS-51單片機申行口控制寄存器共有三個：特殊功能寄存器SCON和PCON和中斷允許寄存器IE。SCONOPCON地址分別為98H和87H,SCON用于控制和監(jiān)視申行口的工作狀態(tài)，8可以位尋址，PCON沒有位尋址功能。與申行通信有關(guān)的控制寄存器主要是申行通信控制寄存器SCONSCON8051的一個可以位

4、尋址的專用寄存器，用丁申行數(shù)據(jù)通信的控制。SCON勺單元地址98H,位地址9F98Ho寄存器內(nèi)容及位地址表示如下：SCON位地址9F9E9D9C9B9A9998位符號SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI各位功能說明如下:位符號功能說明SM0SM1SM0SM1申行口工作方式選擇位：SM0SM1工作方式功能0008位數(shù)碼傳送,波特率固定，為f晶振/12。01110位數(shù)碼傳送，波特率可變。10211位數(shù)碼傳送，波特率固定,為f晶振/64或f晶振/32。11311位數(shù)碼傳送，波特率可變。SM2SM2多機通信控制位：當申行口以方式2或方式3接收時，如SM若1,則只有當接收到的第九位數(shù)據(jù)（RB8為

5、1,才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入接收SBUF并使RI位置1,產(chǎn)生中斷請求信號；否則將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。而當SM若0時，則不論第九位數(shù)據(jù)為0還是為1,都將前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBU叫，并產(chǎn)生中斷請求信號。對方式0,SM2必須為0,對方式1,當SM2=1只有接收到有效停止位后才使RI位置1。RENREIN允許接收位，用丁對申行數(shù)據(jù)的接收進行控制：REN=0,禁止接收；RE1,允許接收。該位由軟件置1或活零。TB8TB發(fā)送數(shù)據(jù)位8:在方式2和方式3時，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。RB8RB接收數(shù)據(jù)位8:在方式2和方式3中，RB8位存放接收到的第9位數(shù)據(jù)TITI發(fā)送中斷標志：當方式0時，發(fā)送完第8位

6、數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位。在其它方式下，丁發(fā)送停止位之前由硬件置位。因此TI=1,表示幀發(fā)送結(jié)束。其狀態(tài)y供軟件查詢使用，也可請求中斷。TI位由軟件活0。RIRI接收中斷標志：當方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置1。在其它方式下，當接收到停止位時，該位由硬件置位。因此RI=1,表小幀接收結(jié)束。其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可以請求中斷。RI位由軟件活0。PCOND7D6D5D4D3D2D1D0SMOD-GF1GF0PDIDL電源控制寄存器PCO阡SMOm可影響申行口的波特率。SMOD是申行口波特率倍增位，當SMOD=1時，申行口波特率加倍。系統(tǒng)復位默認為SMOD=Q實驗中我們一般了不設置電

7、源控制寄存器。IED7D6D5D4D3D2D1D0EA-ESET1EX1ET0EX0中斷允許寄存器IE中的ES位可選擇申行口中斷允許或禁止。ES=0,禁止申行口中斷；ES=1,允許申行口中斷。2.2、申行通信的四種工作方式8051單片機的申行通信共有四種工作方式：1.申行工作方式0申行口為同步移位寄存器方式，波特率固定為f晶振/12。該方式主要用丁I/O口擴展等，方式0傳送數(shù)據(jù)時，申行數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)端輸入或輸出，而TXD(P3.1)此時僅作為同步移位脈沖發(fā)生器發(fā)出移位脈沖。申行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以8位為一幀，不設起始位和停止位，其格式如下：D0D1D2D3D4D5D6D72.申行工作方

8、式1(1)方式1傳送的數(shù)據(jù)格式方式1傳送一幀為10位的申行數(shù)據(jù)，包括1位起始位，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。其幀格式為：起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止方式1的波特率的確定方式1的波特率是可變的，計算公式為：波特率=(2sm°732)X(T1溢出率)其中SMOD；PCONJ存器最高位的值。(2) 方式1數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方式1的數(shù)據(jù)發(fā)送由一條寫入單片機發(fā)送寄存器SBUF指令啟動。8位數(shù)據(jù)在申行口由硬件自動加入起始位和停止位組成完整的幀格式。在內(nèi)部移位脈沖作用下，由TXD端申行輸出。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，使TXD俞出端維持”1”狀態(tài)并置使TI標志位置1以通知CPU®送下一個字符

9、。接收數(shù)據(jù)由接收單片機SCO時的REN置1開始，隨后申行口不斷采樣RXD端電平，當采樣到RXD電平從1向0跳變時，就認定是接收信號并開始接收從RXD端輸入的數(shù)據(jù)，并送入內(nèi)部接收寄存器SBUF中，直到停止位到來之后，并使RI位置1,通知CP皿SBU呻取走接收到的一幀字符。方式1傳送數(shù)據(jù)時發(fā)送前應先活TI,接收前應先活RI。3.申行工作方式2方式2是11位為一幀的申行通信方式，即1位始位，9位數(shù)據(jù)位和1位停止位。其中第9位數(shù)據(jù)既可作奇偶校驗位，也可作控制位使用。其幀格式為：起始D0D1D2D3D4D5D6D7D8停止附加第9位（D8）由軟件置1或活零。方式2發(fā)送時單片機自動將SBUF8位數(shù)據(jù)加上S

10、COTB8作為第9位數(shù)據(jù)進行發(fā)送。接收時，單片機將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF而在SCO町RB8位中存放第9位數(shù)據(jù)。方式2波特率只有兩種，用公式表示：波特率=（2SMO/64）Xf晶振當SMOD=0波特率為f晶振/64當SMOD=1波特率為f晶振/324.申行工作方式3方式3通信過程與方式2完全相同。區(qū)別僅在丁方式3的波特率可通過設置定時的工作方式和初值來設定（與申行工作方式1波特率設定方法相同）。順便指出，由丁方式1和方式3的波特率設置較為靈活，在單片機申行通信中得到廣泛應用。2.3、申行口的通信波特率MCS-51單片機申行通訊的波特率隨申行口工作方式選擇不同而不同，它除了與系統(tǒng)的震蕩頻率

11、fosc,電源控制寄存器PCON勺SMO眩有關(guān)外，還與定時器T1的設置有關(guān)。申行口的通信波特率反映了申行傳輸數(shù)據(jù)的速率。通信波特率的選用，不僅和所選通信設備、傳輸距離和MODEM號有關(guān)，還受傳輸線狀況所制約。用戶應根據(jù)實際需要加以正確選用。1、方式0的波特率在方式0下，申行口的通信波特率是固定不變的，僅與系統(tǒng)震蕩頻率fosc有關(guān)，其值為fosc/12（fosc為主機頻率）。2、方式2的波特率在方式2下，波特率也只有兩種：fosc/32或fosc/64。用戶可以根據(jù)PCON中SMOD：狀態(tài)來驅(qū)使申行口在那個波特率下工作。選定公式為：qsmod波特率=飛廠上這就是說：若SMODM則所選波特率為fo

12、sc/64;若SMOD亍1則波特率為fosc/32。3、方式1或方式3的波特率在這兩種方式下，申行口波特率是由定時器Ti或T2（僅8052有）的溢出率和SMO缺定的，因此要確定波特率，關(guān)鍵是要計算定時器Ti或T2的溢出率，Ti或T2是可編程的，可選的波特率的范圍很大，因此，這是很常用的工作方式。8051系列單片機沒有定時器T2,因此波特率只能由Ti產(chǎn)生。8052系列單片機，當專用寄存器T2CON勺RCLK位為0時，接收波特率由T1產(chǎn)生，當RCLK=1時，由T2產(chǎn)生；當T2CON勺TCLK=0寸發(fā)送波特率由T1產(chǎn)生，當TCLK=1時，由T2產(chǎn)生。以下只討論由定時器T1產(chǎn)生波特率的情況。定時器T1

13、用作波特率發(fā)生器時，應禁止T1中斷。通常T1工作丁定時方式（專用寄存器TMOD勺D6=0）,T1的計數(shù)脈沖為震蕩頻率的12分頻信號。這兩種方式下，波特率的相應公式為：今SMOD波特率=定時器T,溢出率公式132定時器T1溢出率可定義為：定時器T1溢出率=定時器T1溢出次數(shù)/秒定時器T1溢出率與定時器的操作模式有關(guān)，可通過改變片內(nèi)特殊功能寄存器TMO%定時器T1字段的M、M0兩位，即TMOD.嘩日TMOD.砒，可以使定時器T1工作在四種工作方式（定時器處丁方式3時，相當丁TR1=0停止計數(shù)，故T1實際上只有0、1、2這三種方式）。以下只討論定時器T1處丁方式2（MM）=10,計數(shù)初值自動重裝8位

14、計數(shù)）時溢出率的計算。定時器Ti由兩個8位計數(shù)器TH和TLi構(gòu)成，當Ti處丁方式2時，Ti為8位自動裝載定時器，它使用TLi計數(shù)，溢出后自動將TLi加1,當TLi增至FFH時，再增加i的話TLi就產(chǎn)生溢出。可見，定時器Ti的溢出率不僅與系統(tǒng)時鐘頻率fosc有關(guān)，還與每次溢出后TLi的重裝初值N有關(guān)，N越大，定時器Ti的溢出率也就越大。一種極限情況是：若N=FFH那么每隔i2時鐘周期，定時器Ti就溢出一次。對丁一般情況，定時器Ti溢出一次所需的時間為：i一.(2-N)xi2時鐘周期=(2-N)xi2x(秒)公式2fosc丁是，定時器每秒所溢出的次數(shù)為公式2所示，式中K=&在實際計算時定時

15、器Ti的溢出率的計算公式為：定時器Ti溢出率=題頃i初值)公式3因此，把式公式2代人公式i,便可得到方式i或方式3的波特率計算公式:波特率=-SMOD2fosc/i.(32i2(2k-初值式中：K為定時器Ti的位數(shù)，它和定時器Ti的設定方式有關(guān)。即:若定時器Ti設為方式0,則K=i3若定時器Ti設為方式i,則K=i6若定時器Ti設為方式2或3,則K=8常用波特率和定時器Ti的初值關(guān)系表波特率foscSMOD定時器Tic斤所選方式相應初值申行口方式00.5M6MHzxXxX申行口方式2i87.5K6MHziXxX方式i或3i9.2K6MHzi02FEH9.6K6MHzi02FDH4.8K6MHz

16、002FDH2.4K6MHz002FAHi.2K6MHz002F4H0.6K6MHz002E8Hii06MHz00272H556MHz00iFEEBH其實，定時器Ti通常采用方式2,因為定時器Ti在方式2下工作時，當TLi從全“1”變?yōu)槿?”時，TH自動重裝TLi。這種方式，不僅可使操作方便，也可避免因重裝初值(時間常數(shù)初值)而帶來的定時誤差。應當注意兩點：一是表中定時器Ti的時間常數(shù)初值和相應波特率之間有一定誤差(例如：FDH勺對應波特率的理論值是i04i6波特，與這個表中給出的9699波特相差8i6波特)，消除誤差可以通過調(diào)整單片機的主頻fosc實現(xiàn)，二是在定時器Ti的方式i時的初值應考

17、慮到它的重裝時間(例如表中55波特下的情況)。另外，我們通常在開發(fā)時使用ii.0592M晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢？計算一下就知道了。如我們要得到9600的波特率，晶振為ii.0592M和i2M定時器i為模式2,SMO毆為i,分別看看那所要求的THi為何值。代入公式：ii.0592M晶振時：由9600=(2司2)X(ii.0592M/i2)/(256-THi)得TH仁250i2M晶振時：由9600=(2司2)X(i2M/i2)/(256-THi)得THi249.49上面的計算可以看出使用i2M晶體的時候計算出來的THi不為整數(shù)，而THi的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差

18、存在不能產(chǎn)生精確的9600波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用ii.0592M的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。四、實驗內(nèi)容及步驟編寫兩塊單片機的申口通訊程序，每塊單片機都有2位LED數(shù)碼管顯示其數(shù)值，其中一塊單片機為發(fā)送端，另一塊為接收端。通信成功時兩數(shù)碼管顯示相同。i、用Protues設計兩塊單片機的申口通訊電路原理圖，單片機選用AT89C5!P1口接LED字段ah,P2.0與P2.1口接位選，發(fā)送單片機的TXD(P3.0)與接收單片機的RXD(P3.1)端口相連。2、打開KeiluVision2仿真軟件，首先建立本實驗的項目