單片機學習之十八：串行通訊程序：單片機發(fā)送

每次按下k0按鍵，由單片機向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)62。

二、實驗目的

掌握單片機串行通訊的概念、特點

掌握串行通訊波特率的計算方法

掌握max232接口芯片的連接方法

掌握方式1串口通訊的簡單程序編寫

三、實驗任務(wù)分析：

在這個實驗里面，我們來學習編寫一個單片機和PC機之間的通訊程序。首先我們來學習一些和串行通訊有關(guān)的理論知識。

通訊的基本方式分為并行通訊和串行通訊。由于MCS-51系列單片機有一個異步全雙工（全雙工：指的是數(shù)據(jù)可以同時進行雙向的傳送）的串行口，所以我們只研究串行通訊的問題。這里有個新概念－異步，下面我們簡單的給大家解釋一下。

（一）、異步通訊的概念

由于單片機自帶的串行口是異步的，所以我們現(xiàn)在只研究異步通訊問題

在異步傳送中，一幀信息是一位一位進行傳送的。每一個要傳送的字符要用“起始位”和“停止位”作為字符開始和結(jié)束的標志，傳送的時候每個字符的的組成格式如下：

1幀信號＝起始位＋數(shù)據(jù)位（可以是5、6、7、8位數(shù)據(jù)）＋停止位，具體格式由通訊雙方約定。

（二）、關(guān)于異步通訊需要了解的知識

從異步通訊的特點中我們可以知道，在異步數(shù)據(jù)傳送中，通訊雙方事先必須約好兩項事宜：

（1）、字符格式：雙方要約定兩者之間以什么樣的格式傳遞信息，比如字符的編碼形式、奇偶校驗形式、以及起始位和停止位的規(guī)定。在單片機中我們是靠選擇串口的工作方式來約定格式的，如何選擇稍后介紹。

（2）、波特率：在異步數(shù)據(jù)傳送中，通訊雙方傳送數(shù)據(jù)的速率應該相同。我們用“波特率”作為衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標，它定義為“每秒傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)”。

例如：數(shù)據(jù)傳送的速率是120字符/秒，每一個字符假如是10位，則傳送的波特率為：120×10＝1200（比特）

一般的，異步傳送速率在50～9600比特之間。

可見，在通訊程序中，我們首先應該進行初始化工作，約定雙方異步通訊的相關(guān)協(xié)議。

那么怎樣進行初始化呢？這就涉及到串行接口的控制問題，下面我們來談?wù)勥@個問題。

（三）、MCS-51的串行通訊接口

MCS-51單片機內(nèi)部有一個功能很強的異步全雙工串行口，該串行口有四種工作方式，供不同的場合使用（如何選擇后面介紹）。通訊的波特率可以由我們編寫的軟件設(shè)置，由片內(nèi)的定時器/計數(shù)器T1或者T0產(chǎn)生。下面我們就來詳細的介紹一下。

1、串行口的工作方式

串行口的四種工作方式中，串行通訊只使用方式1、2、3，方式0主要用于擴展I/O口，這種方式我們不做詳細說明，大家可參考相關(guān)教材。

方式1：

這是串口通訊中最常用的方式，為10位異步通訊接口，一幀信息（10位）＝起始位（0）＋8位數(shù)據(jù)（低位在前）＋停止位（1）。

另外，方式1還有一個特點，波特率可變，我們能夠靈活進行設(shè)置（如何設(shè)置我們稍后介紹），因此這種方式在串行通訊中應用的十分廣泛，我們在該試驗中，就選擇這個工作方式。

方式2和3：

一般用于主－從式多機通訊的情況下，本試驗采用的是方式1，所以我們暫時也不介紹拉！

2、串行口工作方式的選擇

既然決定采用方式1，那么就要對控制寄存器初始化了。串行口的四種通訊方式，使用哪種由特殊功能寄存器SCON決定（也在特殊功能寄存器區(qū)，地址是98H，可位尋址，它的各位在單片機復位的時候被清零）。SCON各位說明如下：圖

00－方式0；01－方式1；10－方式2；11－方式3。由于在該試驗中我們選擇方式1，所以應該把SM0和SM1置為01。

SM2：允許方式2和方式3進行多機通訊的控制位，所以如果我們使用方式2、3進行多機通訊時，將該位置1；但是在本實驗中我們采用方式1，所以SM2置0即可。

再來看看TI：串行口發(fā)送中斷標志。

當一幀信息發(fā)送完成時，發(fā)送中斷標志TI置1，向CPU申請中斷。所以在有串口中斷程序的時候，我們初始化的時候應該把這一位置0，免得還沒有開始發(fā)送就申請中斷啦?。ㄎ覀兿冗@樣簡單的解釋一下，說多了大家可能會暈哦，如果想了解的更加詳細，自己參考相關(guān)教材吧！^_^）。

RI：串行口接受中斷標志。

當串口接受完一幀信息后，接受中斷標志RI置1，向CPU申請中斷，如果CPU允許中斷，就進入串行中斷服務(wù)程序。同樣，在有串口中斷程序的時候，初始化的時候也應該把RI清0，免得還沒有開始接受就申請中斷啦！

但是這里需要說明一點：CPU事先不能分辯是TI還是RI的中斷請求，所以必須在中斷服務(wù)程序中加以判斷，然后在程序中用軟件清零。

REN：允許串行口接受控制位。當REN=1時為允許串行口接受數(shù)據(jù)；當REN=0時為禁止接受狀態(tài)。在這個實驗里面，由于我們用單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，所以這一位置0置1均可，我們就把它置0吧。

TB8：在方式1中該位沒有用，在方式2、3中，是要發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)。所以這一位是1和0均可。

RB8：在方式2、3中，它是接受到的第九位數(shù)據(jù)位。在方式1中，當SM2=0，RB8是已經(jīng)接受的停止位。

綜上所述，我們這個實驗里面，對串口的初始化程序可以是：mov scon，＃40h

3、串口波特率的計算

當串口工作于方式1，波特率是可變的，我們可以靈活的進行設(shè)置，通過給計數(shù)器置入不同的初值，產(chǎn)生不同的波特率。

計數(shù)初值N和波特率之間的關(guān)系可以用下面的公式描述：

N=28－（2SMOD×fosc）/（32×12×波特率）

其中的SMOD是特殊功能寄存器PCON的最高位，叫做波特率選擇位，格式如下，其中和串口有關(guān)的只有D7位，其余的我們就不研究了。

它的設(shè)置可以通過如下的程序完成：

mov pcon，＃00h ；使smod＝0

mov pcon，＃80h ；使smod＝1

下面通過例子說明N的計算方法，例如：

（1）、系統(tǒng)晶振12MHZ，當SMOD=1，欲產(chǎn)生的波特率為2400，時間常數(shù)N的計算如下：

N=256－（2×12×106）/（32×12×2400）＝256－26.04＝230＝E6H

（2）、系統(tǒng)晶振12MHZ，當SMOD=0，欲產(chǎn)生的波特率為2400，時間常數(shù)N的計算如下：

N=256－（1×12×106）/（32×12×2400）＝256－13.02=243＝F3H

關(guān)于N的計算我們就簡單的說這么多吧，后面的說明里面有一個常用的波特率設(shè)置的表格，在設(shè)置波特率的時候可以進行查閱。

從上面我們可以看到，SMOD取0或者1都可以產(chǎn)生2400的波特率，那么到底應該如何選擇呢？其實，SMOD的選擇影響著波特率的準確度。關(guān)于這部分內(nèi)容的詳細討論大家可以參考相關(guān)教材，我們就不多說了。

4、數(shù)據(jù)的發(fā)送過程

設(shè)置好了串口的工作方式和波特率，我們就可以進行數(shù)據(jù)的發(fā)送拉。發(fā)送的過程如下：CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)SBUF的指令即可啟動發(fā)送（如mov sbuf，a），串行數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件把TI置位。

（五）、單片機的串口電平轉(zhuǎn)換電路

以上我們介紹的是單片機串口的定義和設(shè)定，在實際使用的時候，單片機串口輸出的是TTL電平，傳輸?shù)木嚯x非常有限，不超過1.5m。而電腦的串口輸出的是RS232電平，兩者的電平并不相同，需要外接接口進行電平匹配，這個電平轉(zhuǎn)換芯片采用專用芯片max232來完成。

在學習板的電路上，是采用3線制連接串口，也就是說和電腦的9針串口連接3條線即可，RXD（串行輸入通道）、TXD（串行輸出通道）、GND，對我們來說已經(jīng)夠用了。具體的電路如下圖所示，這是一個典型電路，可以直接使用：

對這個電路我們簡單解釋一下：

T1IN、T2IN： 兩路TTL電平輸入引腳，連接單片機的串行輸出TXD腳。

T1OUT、T2OUT： 兩路RS232電平輸出引腳，連接電腦9針串口的串行輸入RXD。

R1IN、R2IN： 兩路RS232電平輸入，連接電腦9針串口的串行輸出TXD端。

R1OUT、R2OUT：兩路TTL電平輸出，連接電腦9針串口的串行輸入RXD端。

4個外接電容進行電壓匹配和電源去耦。

通過MAX232的TTL和RS232輸入輸出端口，自動調(diào)節(jié)了單片機串口的TTL電平信號和RS232串行通信信號的電平匹配。

順便說一句：本實驗是單片機和電腦之間的串行通訊，兩者電平不同，所以需要電平轉(zhuǎn)換芯片，如果是單片機和單片機之間的通訊，兩者都是TTL電平，就不需要進行電平轉(zhuǎn)換，兩個串口可以直接通過導線連接。

（六）、串口調(diào)試助手

為了能夠在電腦上看到單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，我們必須用一個軟件來觀察通訊情況。這里采用“串口調(diào)試助手”軟件，這是一個綠色軟件，無需安裝，可以直接運行。它的設(shè)置方法可見下面的圖解：

四、實驗程序

org 0000h

clr p1.5

;以下是串口初始化程序

mov scon,#40h ;選擇串口工作于方式1

mov tmod,#20h ;定時器T1設(shè)置為工作方式2，用作波特率發(fā)生器

mov tl1,#0f3h ;按照波特率為2400計算初值

mov th1,#0f3h ;把計數(shù)初值送入常數(shù)緩沖器

mov pcon,#80h ;smod＝1，波特率變成4800

setb tr1 ;啟動定時器T1

;以下判斷是否按鍵k0按下

wait1: jb p1.1,wait1 ;k0沒有按下，等待

acall del10ms ;延時10ms去抖動

jb p1.1,wait1 ;再次查詢k0，是抖動返回

wait2: jnb p1.1,wait2 ;等待按鍵彈起

mov a,#62h ; 01100010送到a

mov sbuf,a ;發(fā)送信息，傳送的一幀信息為：0＋01100010＋1

ajmp wait1 ;返回繼續(xù)查詢k0是否按下

del10ms: mov r7,#20 ;延時10ms子程序

del1: mov r6,#0ffh

del2: djnz r6,del2

djnz r7,del1

ret

end

五、幾點說明

1、該例子中，單片機向電腦發(fā)送的是一個數(shù)據(jù)，所以我們我們在串口助手上選擇16進制顯示，就會顯示數(shù)據(jù)62，如果我們不選擇16進制顯示，那么發(fā)送的就是ASCII碼，大家可以試一下，這時顯示的是字符b。

2、下表是串口常用的波特率設(shè)置，便于大家使用的時候查閱：