单片机学习之十八：串行通讯程序：单片机发送

一、实验现象：

 

每次按下k0按键，由单片机向电脑发送数据62。

二、实验目的

 

         掌握单片机串行通讯的概念、特点

         掌握串行通讯波特率的计算方法

         掌握max232接口芯片的连接方法

         掌握方式1串口通讯的简单程序编写

 三、实验任务分析：

 

在这个实验里面，我们来学习编写一个单片机和PC机之间的通讯程序。首先我们来学习一些和串行通讯有关的理论知识。

通讯的基本方式分为并行通讯和串行通讯。由于MCS-51系列单片机有一个异步全双工（全双工：指的是数据可以同时进行双向的传送）的串行口，所以我们只研究串行通讯的问题。这里有个新概念－异步，下面我们简单的给大家解释一下。

 （一）、异步通讯的概念

由于单片机自带的串行口是异步的，所以我们现在只研究异步通讯问题

在异步传送中，一帧信息是一位一位进行传送的。每一个要传送的字符要用“起始位”和“停止位”作为字符开始和结束的标志，传送的时候每个字符的的组成格式如下：

1帧信号＝起始位＋数据位（可以是5、6、7、8位数据）＋停止位，具体格式由通讯双方约定。

 （二）、关于异步通讯需要了解的知识

从异步通讯的特点中我们可以知道，在异步数据传送中，通讯双方事先必须约好两项事宜：

（1）、字符格式：双方要约定两者之间以什么样的格式传递信息，比如字符的编码形式、奇偶校验形式、以及起始位和停止位的规定。在单片机中我们是靠选择串口的工作方式来约定格式的，如何选择稍后介绍。

（2）、波特率：在异步数据传送中，通讯双方传送数据的速率应该相同。我们用“波特率”作为衡量数据传送速率的指标，它定义为“每秒传送的数据位数”。

例如：数据传送的速率是120字符/秒，每一个字符假如是10位，则传送的波特率为：120×10＝1200（比特）

一般的，异步传送速率在50～9600比特之间。

可见，在通讯程序中，我们首先应该进行初始化工作，约定双方异步通讯的相关协议。

那么怎样进行初始化呢？这就涉及到串行接口的控制问题，下面我们来谈谈这个问题。

 （三）、MCS-51的串行通讯接口

MCS-51单片机内部有一个功能很强的异步全双工串行口，该串行口有四种工作方式，供不同的场合使用（如何选择后面介绍）。通讯的波特率可以由我们编写的软件设置，由片内的定时器/计数器T1或者T0产生。下面我们就来详细的介绍一下。

1、串行口的工作方式

串行口的四种工作方式中，串行通讯只使用方式1、2、3，方式0主要用于扩展I/O口，这种方式我们不做详细说明，大家可参考相关教材。

          方式1：

这是串口通讯中最常用的方式，为10位异步通讯接口，一帧信息（10位）＝起始位（0）＋8位数据（低位在前）＋停止位（1）。

另外，方式1还有一个特点，波特率可变，我们能够灵活进行设置（如何设置我们稍后介绍），因此这种方式在串行通讯中应用的十分广泛，我们在该试验中，就选择这个工作方式。

          方式2和3：

一般用于主－从式多机通讯的情况下，本试验采用的是方式1，所以我们暂时也不介绍拉！

 2、串行口工作方式的选择

既然决定采用方式1，那么就要对控制寄存器初始化了。串行口的四种通讯方式，使用哪种由特殊功能寄存器SCON决定（也在特殊功能寄存器区，地址是98H，可位寻址，它的各位在单片机复位的时候被清零）。SCON各位说明如下：图

 

         SM0、SM1：串行接口的工作方式选择：

 

00－方式0；01－方式1；10－方式2；11－方式3。由于在该试验中我们选择方式1，所以应该把SM0和SM1置为01。

         SM2：允许方式2和方式3进行多机通讯的控制位，所以如果我们使用方式2、3进行多机通讯时，将该位置1；但是在本实验中我们采用方式1，所以SM2置0即可。

        再来看看TI：串行口发送中断标志。

当一帧信息发送完成时，发送中断标志TI置1，向CPU申请中断。所以在有串口中断程序的时候，我们初始化的时候应该把这一位置0，免得还没有开始发送就申请中断啦！（我们先这样简单的解释一下，说多了大家可能会晕哦，如果想了解的更加详细，自己参考相关教材吧！^_^）。

          RI：串行口接受中断标志。

当串口接受完一帧信息后，接受中断标志RI置1，向CPU申请中断，如果CPU允许中断，就进入串行中断服务程序。同样，在有串口中断程序的时候，初始化的时候也应该把RI清0，免得还没有开始接受就申请中断啦！

但是这里需要说明一点：CPU事先不能分辩是TI还是RI的中断请求，所以必须在中断服务程序中加以判断，然后在程序中用软件清零。

         REN：允许串行口接受控制位。当REN=1时为允许串行口接受数据；当REN=0时为禁止接受状态。在这个实验里面，由于我们用单片机发送数据，所以这一位置0置1均可，我们就把它置0吧。

         TB8：在方式1中该位没有用，在方式2、3中，是要发送的第九位数据。所以这一位是1和0均可。

         RB8：在方式2、3中，它是接受到的第九位数据位。在方式1中，当SM2=0，RB8是已经接受的停止位。

 综上所述，我们这个实验里面，对串口的初始化程序可以是：mov scon，＃40h

3、串口波特率的计算

当串口工作于方式1，波特率是可变的，我们可以灵活的进行设置，通过给计数器置入不同的初值，产生不同的波特率。

计数初值N和波特率之间的关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，叫做波特率选择位，格式如下，其中和串口有关的只有D7位，其余的我们就不研究了。

            

它的设置可以通过如下的程序完成：

mov pcon，＃00h   ；使smod＝0

mov pcon，＃80h   ；使smod＝1

下面通过例子说明N的计算方法，例如：

（1）、系统晶振12MHZ，当SMOD=1，欲产生的波特率为2400，时间常数N的计算如下：

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

（2）、系统晶振12MHZ，当SMOD=0，欲产生的波特率为2400，时间常数N的计算如下：

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

关于N的计算我们就简单的说这么多吧，后面的说明里面有一个常用的波特率设置的表格，在设置波特率的时候可以进行查阅。

从上面我们可以看到，SMOD取0或者1都可以产生2400的波特率，那么到底应该如何选择呢？其实，SMOD的选择影响着波特率的准确度。关于这部分内容的详细讨论大家可以参考相关教材，我们就不多说了。

 4、数据的发送过程

设置好了串口的工作方式和波特率，我们就可以进行数据的发送拉。发送的过程如下：CPU执行一条将数据写入发送缓冲区SBUF的指令即可启动发送（如mov sbuf，a），串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，由硬件把TI置位。

 （五）、单片机的串口电平转换电路

以上我们介绍的是单片机串口的定义和设定，在实际使用的时候，单片机串口输出的是TTL电平，传输的距离非常有限，不超过1.5m。而电脑的串口输出的是RS232电平，两者的电平并不相同，需要外接接口进行电平匹配，这个电平转换芯片采用专用芯片max232来完成。

在学习板的电路上，是采用3线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口连接3条线即可，RXD（串行输入通道）、TXD（串行输出通道）、GND，对我们来说已经够用了。具体的电路如下图所示，这是一个典型电路，可以直接使用：

 

对这个电路我们简单解释一下：

         T1IN、T2IN：   两路TTL电平输入引脚，连接单片机的串行输出TXD脚。

         T1OUT、T2OUT： 两路RS232电平输出引脚，连接电脑9针串口的串行输入RXD。

         R1IN、R2IN：    两路RS232电平输入，连接电脑9针串口的串行输出TXD端。

         R1OUT、R2OUT：两路TTL电平输出，连接电脑9针串口的串行输入RXD端。

          4个外接电容进行电压匹配和电源去耦。

 通过MAX232的TTL和RS232输入输出端口，自动调节了单片机串口的TTL电平信号和RS232串行通信信号的电平匹配。

顺便说一句：本实验是单片机和电脑之间的串行通讯，两者电平不同，所以需要电平转换芯片，如果是单片机和单片机之间的通讯，两者都是TTL电平，就不需要进行电平转换，两个串口可以直接通过导线连接。

 （六）、串口调试助手

为了能够在电脑上看到单片机发送过来的数据，我们必须用一个软件来观察通讯情况。这里采用“串口调试助手”软件，这是一个绿色软件，无需安装，可以直接运行。它的设置方法可见下面的图解：

 

 

 

四、实验程序

 

org 0000h

clr p1.5

 ;以下是串口初始化程序

mov scon,#40h       ;选择串口工作于方式1

mov tmod,#20h      ;定时器T1设置为工作方式2，用作波特率发生器

mov tl1,#0f3h       ;按照波特率为2400计算初值

mov th1,#0f3h       ;把计数初值送入常数缓冲器

mov pcon,#80h      ;smod＝1，波特率变成4800

setb tr1            ;启动定时器T1

 

;以下判断是否按键k0按下

wait1:   jb p1.1,wait1        ;k0没有按下，等待

        acall del10ms       ;延时10ms去抖动

jb p1.1,wait1       ;再次查询k0，是抖动返回

wait2:   jnb p1.1,wait2       ;等待按键弹起

mov a,#62h        ; 01100010送到a

mov sbuf,a         ;发送信息，传送的一帧信息为：0＋01100010＋1

ajmp wait1         ;返回继续查询k0是否按下

 

del10ms: mov r7,#20         ;延时10ms子程序

del1:    mov r6,#0ffh

del2:    djnz r6,del2

        djnz r7,del1

        ret

  end

 五、几点说明

 

1、该例子中，单片机向电脑发送的是一个数据，所以我们我们在串口助手上选择16进制显示，就会显示数据62，如果我们不选择16进制显示，那么发送的就是ASCII码，大家可以试一下，这时显示的是字符b。

2、下表是串口常用的波特率设置，便于大家使用的时候查阅：

工作 方式	波特率	Fosc=6M			Fosc=12M			Fosc=11.0592M
方式1 或者 方式3		SMOD	TMOD	TH1	SMOD	TMOD	TH1	SMOD	TMOD	TH1
	62500	-	-	-	1	20	FFH	-	-	-
	19200	-	-	-	-	-	-	1	20	FDH
	9600	-	-	-	-	-	-	0	20	FDH
	4800	-	-	-	1	20	F3H	0	20	FAH
	2400	1	20	F3H	0	20	F3H	0	20	F4H
	1200	1	20	E6H	0	20	E6H	0	20	E8H
	600	1	20	CCH	0	20	CCH	0	20	D0H