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51單片機的串口通信

作者: 時(shí)間:2016-11-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
  一、原理簡(jiǎn)介

  51 單片機內部有一個(gè)全雙工串行接口。什么叫全雙工串口呢?一般來(lái)說(shuō),只能接受或只能發(fā)送的稱(chēng)為單工串行;既可接收又可發(fā)送,但不能同時(shí)進(jìn)行的稱(chēng)為半雙工;能同時(shí)接收和發(fā)送的串行口稱(chēng)為全雙工串行口。串行通信是指數據一位一位地按順序傳送的通信方式,其突出優(yōu)點(diǎn)是只需一根傳輸線(xiàn),可大大降低硬件成本,適合遠距離通信。其缺點(diǎn)是傳輸速度較低。
  與之前一樣,首先我們來(lái)了解單片機串口相關(guān)的寄存器。
  SBUF 寄存器:它是兩個(gè)在物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器,可同時(shí)發(fā)送、接收數據,可通過(guò)指令對SBUF 的讀寫(xiě)來(lái)區別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作。從而控制外部?jì)蓷l獨立的收發(fā)信號線(xiàn)RXD(P3.0)、TXD(P3.1),同時(shí)發(fā)送、接收數據,實(shí)現全雙工。
  串行口控制寄存器SCON(見(jiàn)表1) 。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201611/322080.htm

表1 SCON寄存器

  表中各位(從左至右為從高位到低位)含義如下。
  SM0 和SM1 :串行口工作方式控制位,其定義如表2 所示。

表2 串行口工作方式控制位

  其中,fOSC 為單片機的時(shí)鐘頻率;波特率指串行口每秒鐘發(fā)送(或接收)的位數。
  SM2 :多機通信控制位。 該僅用于方式2 和方式3 的多機通信。其中發(fā)送機SM2 = 1(需要程序控制設置)。接收機的串行口工作于方式2 或3,SM2=1 時(shí),只有當接收到第9 位數據(RB8)為1 時(shí),才把接收到的前8 位數據送入SBUF,且置位RI 發(fā)出中斷申請引發(fā)串行接收中斷,否則會(huì )將接受到的數據放棄。當SM2=0 時(shí),就不管第位數據是0 還是1,都將數據送入SBUF,并置位RI 發(fā)出中斷申請。工作于方式0 時(shí),SM2 必須為0。
  REN :串行接收允許位:REN =0 時(shí),禁止接收;REN =1 時(shí),允許接收。
  TB8 :在方式2、3 中,TB8 是發(fā)送機要發(fā)送的第9 位數據。在多機通信中它代表傳輸的地址或數據,TB8=0 為數據,TB8=1 時(shí)為地址。
  RB8 :在方式2、3 中,RB8 是接收機接收到的第9 位數據,該數據正好來(lái)自發(fā)送機的TB8,從而識別接收到的數據特征。
  TI :串行口發(fā)送中斷請求標志。當CPU 發(fā)送完一串行數據后,此時(shí)SBUF 寄存器為空,硬件使TI 置1,請求中斷。CPU 響應中斷后,由軟件對TI 清零。
  RI :串行口接收中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數據時(shí),此時(shí)SBUF 寄存器為滿(mǎn),硬件使RI 置1,請求中斷。CPU 響應中斷后,用軟件對RI 清零。
  電源控制寄存器PCON(見(jiàn)表3) 。

表3 PCON寄存器

  表中各位(從左至右為從高位到低位)含義如下。
  SMOD :波特率加倍位。SMOD=1,當串行口工作于方式1、2、3 時(shí),波特率加倍。SMOD=0,波特率不變。
  GF1、GF0 :通用標志位。
  PD(PCON.1) :掉電方式位。當PD=1 時(shí),進(jìn)入掉電方式。
  IDL(PCON.0) :待機方式位。當IDL=1 時(shí),進(jìn)入待機方式。
  另外與串行口相關(guān)的寄存器有前面文章敘述的定時(shí)器相關(guān)寄存器和中斷寄存器。定時(shí)器寄存器用來(lái)設定波特率。中斷允許寄存器IE 中的ES 位也用來(lái)作為串行I/O 中斷允許位。當ES = 1,允許 串行I/O 中斷;當ES = 0,禁止串行I/O 中斷。中斷優(yōu)先級寄存器IP的PS 位則用作串行I/O 中斷優(yōu)先級控制位。當PS=1,設定為高優(yōu)先級;當PS =0,設定為低優(yōu)先級。
  波特率計算:在了解了串行口相關(guān)的寄存器之后,我們可得出其通信波特率的一些結論:
 ?、?方式0 和方式2 的波特率是固定的。
  在方式0 中, 波特率為時(shí)鐘頻率的1/12, 即fOSC/12,固定不變。
  在方式2 中,波特率取決于PCON 中的SMOD 值,即波特率為:

  當SMOD=0 時(shí),波特率為fosc/64 ;當SMOD=1 時(shí),波特率為fosc/32。
 ?、?方式1 和方式3 的波特率可變,由定時(shí)器1 的溢出率決定。

  當定時(shí)器T1 用作波特率發(fā)生器時(shí),通常選用定時(shí)初值自動(dòng)重裝的工作方式2( 注意:不要把定時(shí)器的工作方式與串行口的工作方式搞混淆了)。其計數結構為8 位,假定計數初值為Count,單片機的機器周期為T(mén),則定時(shí)時(shí)間為(256 ?Count)×T 。從而在1s內發(fā)生溢出的次數(即溢出率)可由公式(1)所示:

  從而波特率的計算公式由公式(2)所示:

  在實(shí)際應用時(shí),通常是先確定波特率,后根據波特率求T1 定時(shí)初值,因此式(2)又可寫(xiě)為:

 二、電路詳解

  下面就對圖1 所示電路進(jìn)行詳細說(shuō)明。

圖1 串行通信實(shí)驗電路圖

  最小系統部分(時(shí)鐘電路、復位電路等)第一講已經(jīng)講過(guò),在此不再敘述。我們重點(diǎn)來(lái)了解下與計算機通信的RS-232 接口電路??梢钥吹?,在電路圖中,有TXD 和RXD 兩個(gè)接收和發(fā)送指示狀態(tài)燈,此外用了一個(gè)叫MAX3232 的芯片,那它是用來(lái)實(shí)現什么的呢?首先我們要知道計算機上的串口是具有RS-232 標準的串行接口,而RS-232 的標準中定義了其電氣特性:高電平“1”信號電壓的范圍為-15V~-3V,低電平“0”
  信號電壓的范圍為+3V~+15V??赡苡行┳x者會(huì )問(wèn),它為什么要以這樣的電氣特性呢?這是因為高低電平用相反的電壓表示,至少有6V 的壓差,非常好的提高了數據傳輸的可靠性。由于單片機的管腳電平為T(mén)TL,單片機與RS-232 標準的串行口進(jìn)行通信時(shí),首先要解決的便是電平轉換的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),可以選擇一些專(zhuān)業(yè)的集成電路芯片,如圖中的MAX3232。MAX3232 芯片內部集成了電壓倍增電路,單電源供電即可完成電平轉換,而且工作電壓寬,3V~5.5V 間均能正常工作。其典型應用如圖中所示,其外圍所接的電容對傳輸速率有影響,在試驗套件中采用的是0.1μF。

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