第 9章 串行通信及实验第 9章 串行通信及实验
9.1 串行通信基础
在单片机系统中,CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信，即数据的各位同时传送，如图 9.1(a)所示；串行通信，即数据一位一位顺序传送，
如图 9.1(b)所示。
第 9章 串行通信及实验
图 9.1 两种通信方式的示意图第 9章 串行通信及实验串行通信的优点与缺点
两种基本通信方式比较起来，串行通信方式能够节省传输线，特别是数据位数很多和远距离数据传送时，这一优点更为突出；
串行通信方式的主要缺点是传送速度比并行通信要慢。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1 串行通信的分类
按照串行数据的时钟控制方式,串行通信可分为同步通信和异步通信两类。
在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.1 异步通信异步通信 （ Asynchronous Communication）
在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.2 字符帧（ Character Frame）
字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、
奇偶校验位和停止位等四部分组成，如图
9.2所示。
第 9章 串行通信及实验图 9.2 异步通信的字符帧格式第 9章 串行通信及实验
起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑 0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。
数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取 5位,6位,7位或 8位，低位在前高位在后。
第 9章 串行通信及实验奇偶校验位与停止位
奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，
用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。
停止位：位于字符帧最后，为逻辑 1高电平。
通常可取 1位,1.5位或 2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。
第 9章 串行通信及实验两相邻字符帧之间
在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没有空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户来决定。图 9.2（ b）表示有 3个空闲位的字符帧格式。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.3 波特率（ baud rate）
异步通信的另一个重要指标为波特率。
波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，
也叫比特数，单位为 bit/s，即位 /秒。波特率用于表征数据传输的速度，波特率越高，
数据传输速度越快。但波特率和字符的实际传输速率不同，字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数，和字符帧格式有关。
第 9章 串行通信及实验异步通信的优点
通常，异步通信的波特率为 50～ 9600bit/s。
异步通信的优点是不需要传送同步时钟，
字符帧长度不受限制，故设备简单。缺点是字符帧中因包含起始位和停止位 而降低了有效数据的传输速率。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.4 同步通信（ Synchronous
Communication）
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信息。这里的信息帧和异步通信的字符帧不同，通常有若干个数据字符，如图 9.3所示。
第 9章 串行通信及实验
图 9.3 同步通信的字符帧格式第 9章 串行通信及实验三部分组成
图 9.3（ a）为单同步字符帧结构，图
9.3（ b）为双同步字符帧结构，但它们均由同步字符、数据字符和校验字符 CRC三部分组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。
第 9章 串行通信及实验同步通信的缺点
同步通信的数据传输速率较高，通常可达
56Kb/s或更高，其缺点是要求发送时钟和接收时钟必须保持严格同步。
第 9章 串行通信及实验
9.1.2 串行通信的制式
在串行通信中数据是在两个站之间进行传送的，按照数据传送方向，串行通信可分为单工（ simplex）、半双工（ half duplex）
和全双工（ full duplex）三种制式。图 9.4为三种制式的示意图。
第 9章 串行通信及实验图 9.4为三种制式的示意图第 9章 串行通信及实验
在单工制式下，通信线的一端接发送器，
一端接接收器，数据只能按照一个固定的方向传送。如图 9.4(a)所示。
单工制式第 9章 串行通信及实验半双工制式
在半双工制式下，系统的每个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，如图
9.4(b)所示。在这种制式下，数据能从 A站传送到 B站，也可以从 B站传送到 A站，但是不能同时在两个方向上传送，即只能一端发送,一端接收。其收发开关一般是由软件来进行控制的。
第 9章 串行通信及实验全双工通信系统
全双工通信系统的每端都有发送器和接收器，可以同时发送和接收，即数据可以在两个方向上同时传送。如图 9.4(c)所示。
在实际应用中，尽管多数串行通信接口电路具有全双工功能，一般情况只工作于半双工制式下，这种用法简单、实用。
第 9章 串行通信及实验
9.1.3 串行通信的接口电路
串行接口电路的种类和型号很多。能够完成异步通信的硬件电路称为 UART，即通用异步接收器 /发送器；能够完成同步通信的硬件电路称为 USRT；既能够完成异步又能同步通信的硬件电路称为 USART。
第 9章 串行通信及实验串行接口电路数据形式
从本质上说，所有的串行接口电路都是以并行数据形式与 CPU连接，以串行数据形式与外部逻辑设备连接。它们的基本功能是从外部逻辑设备接收串行数据，转换成并行数据后传送给 CPU，或从 CPU接收并行数据，转换成串行数据后输出到外部逻辑设备。
第 9章 串行通信及实验
9.2 串行通信总线标准及其接口
在单片机应用系统中，数据通信主要采用异步串行通信。在设计通信接口时，必须根据需要选择标准接口，并考虑传输介质、
电平转换等问题。采用标准接口后，能够方便地把单片机和外设、测量仪器等有机地连接起来，从而构成一个测控系统。例如当需要单片机和 PC机通信时，通常采用
RS-232接口进行电平转换。
第 9章 串行通信及实验异步串行通信接口主要有三类
异步串行通信接口主要有三类,RS-232接口； RS-449,RS-422和 RS-485接口以及
20mA电流环。下面介绍较常用的 RS-232接口标准。
第 9章 串行通信及实验
9.2.1 RS-232C接口
RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会（ EIA） 1962年公布,1969年最后修订而成的。其中 RS表示 Recommended Standard，
232是该标准的标识号,C表示最后一次修订。
第 9章 串行通信及实验
RS-232C
RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备（ DTE）和数据电路终接设备
（ DCE）之间的电气性能。例如 CRT、打印机与 CPU的通信大都采用 RS-232C接口，
MCS-51单片机与 PC机的通信也是采用该种类型的接口。由于 MCS-51系列单片机本身有一个全双工的串行接口，因此该系列单片机用 RS-232C串行接口总线非常方便。
第 9章 串行通信及实验
RS-232C
RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于 15米，传输速率最大为
20kB/s。
第 9章 串行通信及实验
9.2.2 RS-232C信息格式标准
RS-232C采用串行格式，如图 9.5所示。该标准规定,信息的开始为起始位,信息的结束为停止位 ;信息本身可以是 5,6,7,8位再加一位奇偶位。如果两个信息之间无信息，
则写,1”，表示空。
第 9章 串行通信及实验图 9.5 RS-232C信息格式第 9章 串行通信及实验
9.2.3 RS-232C电平转换器
RS-232C规定了自己的电气标准，由于它是在 TTL电路之前研制的，所以它的电平不是 +5V和地，而是采用负逻辑，即：
逻辑,0”,+5V～ +15V
逻辑,1”,-5V～ -15V
第 9章 串行通信及实验
RS-232C不能和 TTL电平直接相连
因此,RS-232C不能和 TTL电平直接相连，
使用时必须进行电平转换，否则将使 TTL
电路烧坏，实际应用时必须注意！常用的电平转换集成电路是传输线驱动器 MC1488
和传输线接收器 MC1489。
第 9章 串行通信及实验
MC1488内部有三个与非门和一个反相器，
供电电压为 ± 12V，输入为 TTL电平，输出为 RS-232C电平,MC1489内部有四个反相器，供电电压为 ± 5V，输入为 RS-232C电平，输出为 TTL电平。
另一种常用的电平转换电路是 MAX232，
图 9.6为 MAX232的引脚图。
第 9章 串行通信及实验图 9.6 MAX232引脚图第 9章 串行通信及实验
9.2.4 RS-232C总线规定
RS-232C标准总线为 25根，采用标准的 D型
25芯插头座。各引脚的排列如图 9.7所示。
第 9章 串行通信及实验简单的全双工系统
在最简单的全双工系统中，仅用发送数据、
接收数据和信号地三根线即可，对于 MCS-
51单片机，利用其 RXD（串行数据接收端）
线,TXD（串行数据发送端）线和一根地线，就可以构成符合 RS-232C接口标准的全双工通信口。
第 9章 串行通信及实验
图
9.7
RS-
232C
引脚图第 9章 串行通信及实验
9.3 MCS-51单片机的串行接口
MCS-51单片机的内部有一个可编程全双工串行通信接口，它具有 UART的全部功能，
该接口不仅可以同时进行数据的接收和发送，也可做同步移位寄存器使用。该串行口有 4种工作方式，帧格式有 8位,10位和
11位，并能设置各种波特率。本节将对其结构、工作方式和波特率进行介绍。
第 9章 串行通信及实验
9.3.1 MCS-51单片机的串行口结构
MCS-51单片机内部有两个独立的接收、发送缓冲器 SBUF,SBUF属于特殊功能寄存器。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，二者共用一个字节地址（ 99H）。串行口的结构如图 9.8
所示。
第 9章 串行通信及实验特殊功能寄存器
与 MCS-51串行口有关的特殊功能寄存器有
SBUF,SCON,PCON，下面对它们分别详细介绍。
第 9章 串行通信及实验图 9.8 MCS-51单片机串行口结构示意图第 9章 串行通信及实验
9.3.2 串行口数据缓冲器 SBUF
SBUF是两个在物理上独立的接收、发送寄存器，一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放欲发送的数据，可同时发送和接收数据。两个缓冲器共用一个地址 99H，
通过对 SBUF的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。 CPU在写 SBUF时，就是修改发送缓冲器；读
SBUF，就是读接收缓冲器的内容。
第 9章 串行通信及实验接收或发送数据
接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线 RXD（ P3.0）、
TXD(P3.1)来实现的，因此可以同时发送、
接收数据，为全双工制式。
第 9章 串行通信及实验
9.3.3 串行口控制寄存器 SCON
SCON用来控制串行口的工作方式和状态，可以位寻址，字节地址为 98H。
其格式如图 9.9所示。
SCON 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
图 9.9 SCON的各位定义
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
第 9章 串行通信及实验
SM0,SM1：串行工作方式选择位。定义如下表 9.1所示。
表 9.1 串行工作方式选择位
SM0 SM1 工作方式 功 能 波特率
0 0 方式 0 8位同步移位寄存器 fosc/12
0 1 方式 1 10位 UART 可变
1 0 方式 2 11位 UART fosc/64或f
osc/32
1 1 方式 3 11位 UART 可变第 9章 串行通信及实验多机通信控制位
SM2：多机通信控制位，用于方式 2和方式
3中。在方式 2和方式 3处于接收时,若 SM2=1,
且接收到的第 9位数据 RB8为 0时,不激活 RI；
若 SM2=1，且 RB8=1时，则置 RI=1。
第 9章 串行通信及实验方式 2,3处于接收或发送方式
在方式 2,3处于接收或发送方式，若
SM2=0，不论接收到第 9位 RB8为 0还是为 1，
TI,RI都以正常方式被激活。在方式 1处于接收时，若 SM2=1,则只有收到有效的停止位后,RI置 1。在方式 0中,SM2应为 0。
第 9章 串行通信及实验允许串行接收位
REN：允许串行接收位。由软件置位或清零。 REN=1时，允许接收,REN=0时，禁止接收。
第 9章 串行通信及实验
TB8：
发送数据的第 9位。在方式 2和方式
3中，由软件置位或复位，可做奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定地址帧时 TB8为 1，数据帧时 TB8为 0。
RB8：
接收数据的第 9位。功能同 TB8。
发送数据的第 9位第 9章 串行通信及实验发送中断标志位
TI：发送中断标志位。在方式 0中，发送完
8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，
在发送停止位之初由硬件置位。因此 TI是发送完一帧数据的标志，可以用指令来查询是否发送结束。 TI=1时，也可向 CPU申请中断，响应中断后都必须由软件清除 TI。
第 9章 串行通信及实验接收中断标志位
RI：接收中断标志位。在方式 0中，接收完
8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，
在接收停止位的中间由硬件置位。同 TI一样，也可以通过指令来查询是否接收完一帧数据。 RI=1时，也可申请中断，响应中断后都必须由软件清除 RI。
第 9章 串行通信及实验
SCON中的低 2位与中断有关
SCON中的低 2位与中断有关，在中断的有关章节中有详细论述。
第 9章 串行通信及实验
9.3.4 电源及波特率选择寄存器
PCON
PCON主要是为 CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，不可以位寻址，字节地址为 87H。在 HMOS的 8051单片机中,PCON除了最高位以外其它位都是虚设的。其格式如图 9.10所示。
第 9章 串行通信及实验图 9.10 PCON的各位定义第 9章 串行通信及实验
SMOD为波特率选择位
与串行通信有关的只有 SMOD位。 SMOD
为波特率选择位。在方式 1,2和 3时，串行通信的波特率与 SMOD有关。当 SMOD=1
时，串行通信波特率乘 2，当 SMOD=0时，
串行通信波特率不变。
其他各位用于电源管理，在此不再赘述。
第 9章 串行通信及实验
9.3.5 MCS-51单片机串行口的工作方式
MCS-51单片机串行口有 4种工作方式，由
SCON中的 SM1,SM0位来决定，如表 9.1
所示。
第 9章 串行通信及实验
9.3.5.1 方式 0
在工作方式 0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为 fosc/12。串行数据从
RXD（ P3.0）端输入或输出,同步移位脉冲由 TXD(P3.1)送出。这种方式常用于扩展
I/O口。
第 9章 串行通信及实验
当一个数据写入串行口发送缓冲器 SBUF时，
串行口将 8位数据以 fosc/12的波特率从 RXD
引脚输出（低位在前），发送完置中断标志 TI为 1，请求中断。在再次发送数据之前，
必须由软件清 TI为 0。具体接线图如图 9.11
所示。其中 74LS164为串入并出移位寄存器。
发送第 9章 串行通信及实验图 9.11 方式 0用于扩展 I/O口输出第 9章 串行通信及实验接收
在满足 REN=1和 RI=0的条件下，串行口即开始从 RXD端以 fosc/12的波特率输入数据
（低位在前），当接收完 8位数据后，置中断标志 RI为 1，请求中断。在再次接收数据之前，必须由软件清 RI为 0。具体接线图如图 9.12 所示。其中 74LS165为并入串出移位寄存器。
第 9章 串行通信及实验图 9.12 方式 0用于扩展 I/O口输入第 9章 串行通信及实验串行控制寄存器 SCON
串行控制寄存器 SCON中的 TB8和 RB8在方式 0中未用。值得注意的是，每当发送或接收完 8位数据后，硬件会自动置 TI或 RI为 1，
CPU响应 TI或 RI中断后，必须由用户用软件清 0。方式 0时,SM2必须为 0。
第 9章 串行通信及实验
在工作方式 1下，串行口为波特率可调的 10
位通用异步接口 UART，发送或接收一帧信息，包括 1位起始位,8位数据位和 1位停止位。其帧格式如图 9.13所示：
9.3.5.2 方式 1
第 9章 串行通信及实验图 9.13 10位的帧格式第 9章 串行通信及实验
发送时，数据从 TXD输出，当数据写入发送缓冲器 SBUF后，启动发送器发送。当发送完一帧数据后，置中断标志 TI为 1。方式 1所传送的波特率取决于定时器 T1的溢出率和
PCON中的 SMOD位。
发送第 9章 串行通信及实验接收接收时，由 REN置 1允许接收，串行口采样 RXD，当采样到 1到 0的跳变时，确认是起始位,0”，就开始接收一帧数据。当
RI=0且停止位为 1或 SM2=0时，停止位进入
RB8位，同时置位中断标志 RI；否则信息将丢失。所以，在工作方式 1接收时，应先用软件清除 RI或 SM2标志。
第 9章 串行通信及实验在工作方式 2下，串行口为 11位
UART，传送波特率与 SMOD有关。发送或接收一帧数据包括 1位起始位,8
位数据位,1位可编程位 (用于奇偶校验 )和 1位停止位。其帧格式如图 9.14所示。
9.3.5.3 方式 2
第 9章 串行通信及实验图 9.14 11位的帧格式第 9章 串行通信及实验发送时，先根据通信协议由软件设置
TB8，然后用指令将要发送的数据写入
SBUF，则启动发送器。写 SBUF的指令，
除了将 8位数据送入 SBUF外，同时还将
TB8装入发送移位寄存器的第 9位，并通知发送控制器进行一次发送。一帧信息即从
TXD发送，在送完一帧信息后,TI被自动置 1，在发送下一帧信息之前,TI必须由中断服务程序或查询程序清 0。
发送第 9章 串行通信及实验接收
当 REN=1时，允许串行口接收数据。数据由 RXD端输入，接收 11位的信息。当接收器采样到 RXD端的负跳变，并判断起始位有效后，开始接收一帧信息。当接收器接收到第 9位数据后，若同时满足以下两个条件,RI=0； SM2=0或接收到的第 9位数据为
1，则接收数据有效,8位数据送入 SBUF，
第 9位送入 RB8，并置 RI=1。若不能同时满足上述两个条件，则丢弃信息。
第 9章 串行通信及实验
9.3.5.4 方式 3
工作方式 3为波特率可变的 11位 UART通信方式，除了波特率设定方式不同之外，工作方式 3和工作方式 2完全相同。
第 9章 串行通信及实验
9.3.6 MCS-51单片机串行口的波特率设定在串行通信中，收发双方对传送的数据速率即波特率要有一定的约定。通过上一小节的论述，我们已经知道,MCS-51单片机的串行口通过编程可以有 4种工作方式。
其中工作方式 0和工作方式 2的波特率是固定的，工作方式 1和工作方式 3的波特率可变，由定时器 T1的溢出速率决定。
第 9章 串行通信及实验
9.3.6.1 工作方式 0和工作方式 2
在工作方式 0中，波特率为时钟频率的
1/12，即 fosc/12，固定不变。
在工作方式 2中，波特率取决于 PCON中的
SMOD值，当 SMOD=0时，波特率为
fosc/64；当 SMOD=1时，波特率为 fosc/32。
即：
波特率 = fOSC (2SMOD/64)。
第 9章 串行通信及实验
9.3.6.2 工作方式 1和工作方式 3
在工作方式 1和工作方式 3下，波特率由定时器 T1的溢出速率和 SMOD共同决定。即：
波特率 = T1溢出速率 (2SMOD/32)。
第 9章 串行通信及实验计数速率为外部输入时钟频率
其中 T1的溢出速率取决于单片机定时器 T1
的计数速率和定时器的预置值。计数速率与 TMOD寄存器中的 C/ T位有关，当 C/ T=0
时，计数速率为 fosc/12，当 C/ T=1时，计数速率为外部输入时钟频率。
第 9章 串行通信及实验
实际上，当定时器 T1作为波特率发生器使用时，通常是工作在模式 2，即自动重装计数初值的 8位定时器，此时 TL1作计数用，
自动重装的值在 TH1内。假设计数的预置值（初始值）为 X，那么每过 256-X个机器周期，定时器溢出一次。为了避免溢出而产生不必要的中断，此时应禁止 T1中断。
溢出周期为,12 (256-X)/fOSC
第 9章 串行通信及实验溢出速率为溢出周期的倒数
溢出速率为溢出周期的倒数，所以
波特率 = (2SMOD/32)(fOSC /12(256-X))
表 9.2列出了各种常用的波特率及获得办法。
第 9章 串行通信及实验第 9章 串行通信及实验
9.4 MCS-51单片机的串行接口实验
9.4.1 串行转并行实验
MCS-51单片机的串口工作于方式 0时，通常是用作串行信号 /并行信号的转换器。
MCS-51单片机的 TXD(P3.1)提供频率为
fosc/12的串行时钟,RXD(P3.0)提供待转换的串行信号。
第 9章 串行通信及实验
9.4.1.1 硬件电路
硬件电路如图 9-15所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-15 串并转换实验硬件电路第 9章 串行通信及实验
在工作目录下创建 serial_parellel工程，将
serial_parellel.c源文件添加进去，经编译、
连接后得到载入单片机的十六进制目标文件 serial_parellel.hex即可。
工程窗口如图 9-16所示。
9.4.1.2 软件第 9章 串行通信及实验图 9-16 工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 serial_parellel.c源程序。
//---串行信号转并行信号实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
//---延时子程序 ---
delay()
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验主程序
main()
{ SCON=0x00; //串口工作于方式 0
while(1)
{ SBUF=0xc0; //发送 "0"的显示编码
delay(); //延时
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.1.3 运行结果
实验的运行结果如图 9-17所示。
图 9-17 串行信号转并行信号实验运行结果第 9章 串行通信及实验
9.4.2 单机自发自收实验
该实验中，单片机的串口工作于方式 1下，
为简单起见，实现的功能是本机自发自收信息。为此，将串口的发送端和接收端直接连接,TXD(P3.1)发送信息，本机的
RXD(P3.0)接收信息。
9.4.2.1 硬件电路
硬件电路如图 9-18所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-18 单机自发自收实验硬件电路第 9章 串行通信及实验
9.4.2.2 软件
在工作目录下创建 one_cpu工程，将
one_cpu.c源文件添加进去，经编译、连接后得到载入单片机的十六进制目标文件
one_cpu.hex即可。
工程窗口如图 9-19所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-19 单机自发自收实验工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 one_cpu.c源程序。
//---单机自发自收实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0x50;//串口工作于方式 1，允许接收
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ SBUF=0xc0; //发送 "0"的显示编码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xc0; //显示发送信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P0=SBUF; //显示接收信息
delay(); //延时
}
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.2.3 实验运行结果
从图 9-20和图 9-21可以看到串口发送和接收信息的过程。
图 9-20 发送信息显示第 9章 串行通信及实验图 9-21 发送接收信息显示第 9章 串行通信及实验
9.4.3 双机通信实验
该实验中，单片机的串口工作于方式 1下，
实现的功能是甲机和乙机实现通信。为此，
将甲机串口的发送端和乙机串口的接收端连接；将甲机串口的接收端和乙机串口的发送端连接。
第 9章 串行通信及实验双机通信实验
为了便于观察实验结果，由甲机先发送,0”
的显示码，乙机接收到之后，再发送,1”
的显示码作为应答，甲机接收到之后，再发送,0”的显示码，如此循环下去。
第 9章 串行通信及实验
9.4.3.1 硬件电路
双机通信实验的硬件电路见图 9-22。
图 9-22 双机通信实验的硬件电路第 9章 串行通信及实验
9.4.3.2 软件
在工作目录下分别创建 two_cpu_1和
two_cpu_2工程，将 two_cpu_1.c和
two_cpu_2.c源文件添加进去，经编译、连接后得到载入甲机和乙机的十六进制目标文件 two_cpu_1.hex和 two_cpu_2.hex即可。
工程窗口如图 9-23和图 9-24所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-23 two_cpu_1工程窗口第 9章 串行通信及实验图 9-24 two_cpu_2工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 two_cpu_1.c源程序。
//---双机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0x50;//串口工作于方式 1，允许接收
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ SBUF=0xc0; //发送 "0"的显示编码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0xc0; //显示发送信息
P2=0xff; //不显示接收信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P2=SBUF; //显示接收信息
P0=0xff; //不显示发送信息
delay(); //延时
}
}
第 9章 串行通信及实验以下为 two_cpu_2.c源程序。
//---双机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0x50;//串口工作于方式 1，允许接收
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P2=SBUF; //显示接收信息
P0=0xff; //不显示发送信息
delay(); //延时第 9章 串行通信及实验
SBUF=0xf9; //发送 "1"的显示编码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0xf9; //显示发送信息
P2=0xff; //不显示接收信息
delay(); //延时
}
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.3.3 双机通信实验运行结果
从图 9-25和图 9-26可看到实验运行结果。
图 9-25 甲机发送、乙机接收示意图第 9章 串行通信及实验图 9-26 乙机发送、甲机接收示意图第 9章 串行通信及实验
9.4.4 多机通信实验
该实验使用了 3片 AT89C51，分别为甲机、
乙机和丙机。其中，甲机为主机，乙机和丙机为从机，乙机地址为 0x01，丙机地址为 0x02。串口工作于方式 3，通过 SM2来实现地址帧和数据帧的区别，主机发送信息中 TB8若为 1，则表示发送信息为地址帧；
第 9章 串行通信及实验
TB8=0
若 TB8为 0，则表示发送信息为数据帧。从机的 SM2初始值均为 1，接收地址帧后与本机地址进行比较，若一致则将 SM2清零以接收后续数据帧，若不一致则维持 SM2不变，不接收数据帧。实验中为简单起见，
数据帧只有一帧，从机在接收到数据帧后将 SM2置位为 1，回复到初始状态。
第 9章 串行通信及实验
9.4.4.1 硬件电路
多机通信实验的硬件电路见图 9-27。
图 9-27 多机通信实验的硬件电路第 9章 串行通信及实验
9.4.4.2 软件
在工作目录下分别创建 three_cpu_1、
three_cpu_2和 three_cpu_3工程，将
three_cpu_1.c,three_cpu_2.c和
three_cpu_3.c源文件添加进去，经编译、连接后得到载入甲机和乙机的十六进制目标文件 three_cpu_1.hex,three_cpu_2.hex和
three_cpu_3.hex即可。
为简单起见,three_cpu_1(主机 )工程窗口如图 9-28所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-28 多机通信实验 three_cpu_1(主机 )工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 three_cpu_1.c源文件。
//---多机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADDRESS1 0x01
#define ADDRESS2 0x02
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0xd8;//串口工作于方式 3，允许接收,TB8=1
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ TB8=1;
SBUF=ADDRESS1; //发送地址帧，寻址乙机
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xf9; //显示发送地址信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待从机应答
RI=0; //清除接收标志位第 9章 串行通信及实验
If (SBUF==ADDRESS1)
{ TB8=0;//数据帧
SBUF=0xf8;//发送 "7"的显示码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0xf8; //显示发送数据信息
delay(); //延时
}
第 9章 串行通信及实验
TB8=1;
SBUF=ADDRESS2; //发送地址帧，寻址丙机
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xa4; //显示发送地址信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待从机应答
RI=0; //清除接收标志位第 9章 串行通信及实验
if(SBUF==ADDRESS2)
{TB8=0;//数据帧
SBUF=0x80;//发送 "8"的显示码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0x80; //显示发送数据信息
delay(); //延时
}
}
}
第 9章 串行通信及实验以下为 three_cpu_2.c源文件。
//---多机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADDRESS 0x01
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
---主程序 ---
main( )
{ SCON=0xf0; //串口工作于方式 3，允许接收,SM2=1
PCON=0x80; //SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff; TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{while(!RI);//等待地址接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
if(SBUF==ADDRESS)
{SM2=0; //可以接收数据帧
SBUF=ADDRESS;//发送地址
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xf9; //显示地址信息
delay(); //延时第 9章 串行通信及实验
while(!RI);//等待地址接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P0=SBUF; //显示接收信息
delay(); //延时
SM2=1; //等待接收地址帧
P1=0xff;
P0=0xff; //清除显示
}
}
}
第 9章 串行通信及实验以下为 three_cpu_3.c源文件。
//---多机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADDRESS 0x02
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
---主程序 ---
main( )
{ SCON=0xf0;//串口工作于方式 3，允许接收，
SM2=1
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{while(!RI);//等待地址接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
if(SBUF==ADDRESS)
{SM2=0; //可以接收数据帧
SBUF=ADDRESS;//发送地址
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xa4; //显示地址信息
delay(); //延时第 9章 串行通信及实验
while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P0=SBUF; //显示接收信息
delay();
delay(); //延时
SM2=1; //等待接收地址帧
P1=0xff;
P0=0xff; //清除显示
}
}
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.4.3 实验运行结果
从图 9-29至图 9-32可见双机通信实验运行结果。
图 9-29 甲机发送地址帧，乙机接收地址帧后准备接收数据帧第 9章 串行通信及实验图 9-30 甲机发送数据帧，乙机接收第 9章 串行通信及实验图 9-31 甲机发送地址帧，丙机接收地址帧后准备接收数据帧第 9章 串行通信及实验图 9-32 甲机发送数据帧，丙机接收
9.1 串行通信基础
在单片机系统中,CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信，即数据的各位同时传送，如图 9.1(a)所示；串行通信，即数据一位一位顺序传送，
如图 9.1(b)所示。
第 9章 串行通信及实验
图 9.1 两种通信方式的示意图第 9章 串行通信及实验串行通信的优点与缺点
两种基本通信方式比较起来，串行通信方式能够节省传输线，特别是数据位数很多和远距离数据传送时，这一优点更为突出；
串行通信方式的主要缺点是传送速度比并行通信要慢。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1 串行通信的分类
按照串行数据的时钟控制方式,串行通信可分为同步通信和异步通信两类。
在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.1 异步通信异步通信 （ Asynchronous Communication）
在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.2 字符帧（ Character Frame）
字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、
奇偶校验位和停止位等四部分组成，如图
9.2所示。
第 9章 串行通信及实验图 9.2 异步通信的字符帧格式第 9章 串行通信及实验
起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑 0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。
数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取 5位,6位,7位或 8位，低位在前高位在后。
第 9章 串行通信及实验奇偶校验位与停止位
奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，
用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。
停止位：位于字符帧最后，为逻辑 1高电平。
通常可取 1位,1.5位或 2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。
第 9章 串行通信及实验两相邻字符帧之间
在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没有空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户来决定。图 9.2（ b）表示有 3个空闲位的字符帧格式。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.3 波特率（ baud rate）
异步通信的另一个重要指标为波特率。
波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，
也叫比特数，单位为 bit/s，即位 /秒。波特率用于表征数据传输的速度，波特率越高，
数据传输速度越快。但波特率和字符的实际传输速率不同，字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数，和字符帧格式有关。
第 9章 串行通信及实验异步通信的优点
通常，异步通信的波特率为 50～ 9600bit/s。
异步通信的优点是不需要传送同步时钟，
字符帧长度不受限制，故设备简单。缺点是字符帧中因包含起始位和停止位 而降低了有效数据的传输速率。
第 9章 串行通信及实验
9.1.1.4 同步通信（ Synchronous
Communication）
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信息。这里的信息帧和异步通信的字符帧不同，通常有若干个数据字符，如图 9.3所示。
第 9章 串行通信及实验
图 9.3 同步通信的字符帧格式第 9章 串行通信及实验三部分组成
图 9.3（ a）为单同步字符帧结构，图
9.3（ b）为双同步字符帧结构，但它们均由同步字符、数据字符和校验字符 CRC三部分组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。
第 9章 串行通信及实验同步通信的缺点
同步通信的数据传输速率较高，通常可达
56Kb/s或更高，其缺点是要求发送时钟和接收时钟必须保持严格同步。
第 9章 串行通信及实验
9.1.2 串行通信的制式
在串行通信中数据是在两个站之间进行传送的，按照数据传送方向，串行通信可分为单工（ simplex）、半双工（ half duplex）
和全双工（ full duplex）三种制式。图 9.4为三种制式的示意图。
第 9章 串行通信及实验图 9.4为三种制式的示意图第 9章 串行通信及实验
在单工制式下，通信线的一端接发送器，
一端接接收器，数据只能按照一个固定的方向传送。如图 9.4(a)所示。
单工制式第 9章 串行通信及实验半双工制式
在半双工制式下，系统的每个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，如图
9.4(b)所示。在这种制式下，数据能从 A站传送到 B站，也可以从 B站传送到 A站，但是不能同时在两个方向上传送，即只能一端发送,一端接收。其收发开关一般是由软件来进行控制的。
第 9章 串行通信及实验全双工通信系统
全双工通信系统的每端都有发送器和接收器，可以同时发送和接收，即数据可以在两个方向上同时传送。如图 9.4(c)所示。
在实际应用中，尽管多数串行通信接口电路具有全双工功能，一般情况只工作于半双工制式下，这种用法简单、实用。
第 9章 串行通信及实验
9.1.3 串行通信的接口电路
串行接口电路的种类和型号很多。能够完成异步通信的硬件电路称为 UART，即通用异步接收器 /发送器；能够完成同步通信的硬件电路称为 USRT；既能够完成异步又能同步通信的硬件电路称为 USART。
第 9章 串行通信及实验串行接口电路数据形式
从本质上说，所有的串行接口电路都是以并行数据形式与 CPU连接，以串行数据形式与外部逻辑设备连接。它们的基本功能是从外部逻辑设备接收串行数据，转换成并行数据后传送给 CPU，或从 CPU接收并行数据，转换成串行数据后输出到外部逻辑设备。
第 9章 串行通信及实验
9.2 串行通信总线标准及其接口
在单片机应用系统中，数据通信主要采用异步串行通信。在设计通信接口时，必须根据需要选择标准接口，并考虑传输介质、
电平转换等问题。采用标准接口后，能够方便地把单片机和外设、测量仪器等有机地连接起来，从而构成一个测控系统。例如当需要单片机和 PC机通信时，通常采用
RS-232接口进行电平转换。
第 9章 串行通信及实验异步串行通信接口主要有三类
异步串行通信接口主要有三类,RS-232接口； RS-449,RS-422和 RS-485接口以及
20mA电流环。下面介绍较常用的 RS-232接口标准。
第 9章 串行通信及实验
9.2.1 RS-232C接口
RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会（ EIA） 1962年公布,1969年最后修订而成的。其中 RS表示 Recommended Standard，
232是该标准的标识号,C表示最后一次修订。
第 9章 串行通信及实验
RS-232C
RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备（ DTE）和数据电路终接设备
（ DCE）之间的电气性能。例如 CRT、打印机与 CPU的通信大都采用 RS-232C接口，
MCS-51单片机与 PC机的通信也是采用该种类型的接口。由于 MCS-51系列单片机本身有一个全双工的串行接口，因此该系列单片机用 RS-232C串行接口总线非常方便。
第 9章 串行通信及实验
RS-232C
RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于 15米，传输速率最大为
20kB/s。
第 9章 串行通信及实验
9.2.2 RS-232C信息格式标准
RS-232C采用串行格式，如图 9.5所示。该标准规定,信息的开始为起始位,信息的结束为停止位 ;信息本身可以是 5,6,7,8位再加一位奇偶位。如果两个信息之间无信息，
则写,1”，表示空。
第 9章 串行通信及实验图 9.5 RS-232C信息格式第 9章 串行通信及实验
9.2.3 RS-232C电平转换器
RS-232C规定了自己的电气标准，由于它是在 TTL电路之前研制的，所以它的电平不是 +5V和地，而是采用负逻辑，即：
逻辑,0”,+5V～ +15V
逻辑,1”,-5V～ -15V
第 9章 串行通信及实验
RS-232C不能和 TTL电平直接相连
因此,RS-232C不能和 TTL电平直接相连，
使用时必须进行电平转换，否则将使 TTL
电路烧坏，实际应用时必须注意！常用的电平转换集成电路是传输线驱动器 MC1488
和传输线接收器 MC1489。
第 9章 串行通信及实验
MC1488内部有三个与非门和一个反相器，
供电电压为 ± 12V，输入为 TTL电平，输出为 RS-232C电平,MC1489内部有四个反相器，供电电压为 ± 5V，输入为 RS-232C电平，输出为 TTL电平。
另一种常用的电平转换电路是 MAX232，
图 9.6为 MAX232的引脚图。
第 9章 串行通信及实验图 9.6 MAX232引脚图第 9章 串行通信及实验
9.2.4 RS-232C总线规定
RS-232C标准总线为 25根，采用标准的 D型
25芯插头座。各引脚的排列如图 9.7所示。
第 9章 串行通信及实验简单的全双工系统
在最简单的全双工系统中，仅用发送数据、
接收数据和信号地三根线即可，对于 MCS-
51单片机，利用其 RXD（串行数据接收端）
线,TXD（串行数据发送端）线和一根地线，就可以构成符合 RS-232C接口标准的全双工通信口。
第 9章 串行通信及实验
图
9.7
RS-
232C
引脚图第 9章 串行通信及实验
9.3 MCS-51单片机的串行接口
MCS-51单片机的内部有一个可编程全双工串行通信接口，它具有 UART的全部功能，
该接口不仅可以同时进行数据的接收和发送，也可做同步移位寄存器使用。该串行口有 4种工作方式，帧格式有 8位,10位和
11位，并能设置各种波特率。本节将对其结构、工作方式和波特率进行介绍。
第 9章 串行通信及实验
9.3.1 MCS-51单片机的串行口结构
MCS-51单片机内部有两个独立的接收、发送缓冲器 SBUF,SBUF属于特殊功能寄存器。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，二者共用一个字节地址（ 99H）。串行口的结构如图 9.8
所示。
第 9章 串行通信及实验特殊功能寄存器
与 MCS-51串行口有关的特殊功能寄存器有
SBUF,SCON,PCON，下面对它们分别详细介绍。
第 9章 串行通信及实验图 9.8 MCS-51单片机串行口结构示意图第 9章 串行通信及实验
9.3.2 串行口数据缓冲器 SBUF
SBUF是两个在物理上独立的接收、发送寄存器，一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放欲发送的数据，可同时发送和接收数据。两个缓冲器共用一个地址 99H，
通过对 SBUF的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。 CPU在写 SBUF时，就是修改发送缓冲器；读
SBUF，就是读接收缓冲器的内容。
第 9章 串行通信及实验接收或发送数据
接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线 RXD（ P3.0）、
TXD(P3.1)来实现的，因此可以同时发送、
接收数据，为全双工制式。
第 9章 串行通信及实验
9.3.3 串行口控制寄存器 SCON
SCON用来控制串行口的工作方式和状态，可以位寻址，字节地址为 98H。
其格式如图 9.9所示。
SCON 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
图 9.9 SCON的各位定义
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
第 9章 串行通信及实验
SM0,SM1：串行工作方式选择位。定义如下表 9.1所示。
表 9.1 串行工作方式选择位
SM0 SM1 工作方式 功 能 波特率
0 0 方式 0 8位同步移位寄存器 fosc/12
0 1 方式 1 10位 UART 可变
1 0 方式 2 11位 UART fosc/64或f
osc/32
1 1 方式 3 11位 UART 可变第 9章 串行通信及实验多机通信控制位
SM2：多机通信控制位，用于方式 2和方式
3中。在方式 2和方式 3处于接收时,若 SM2=1,
且接收到的第 9位数据 RB8为 0时,不激活 RI；
若 SM2=1，且 RB8=1时，则置 RI=1。
第 9章 串行通信及实验方式 2,3处于接收或发送方式
在方式 2,3处于接收或发送方式，若
SM2=0，不论接收到第 9位 RB8为 0还是为 1，
TI,RI都以正常方式被激活。在方式 1处于接收时，若 SM2=1,则只有收到有效的停止位后,RI置 1。在方式 0中,SM2应为 0。
第 9章 串行通信及实验允许串行接收位
REN：允许串行接收位。由软件置位或清零。 REN=1时，允许接收,REN=0时，禁止接收。
第 9章 串行通信及实验
TB8：
发送数据的第 9位。在方式 2和方式
3中，由软件置位或复位，可做奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定地址帧时 TB8为 1，数据帧时 TB8为 0。
RB8：
接收数据的第 9位。功能同 TB8。
发送数据的第 9位第 9章 串行通信及实验发送中断标志位
TI：发送中断标志位。在方式 0中，发送完
8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，
在发送停止位之初由硬件置位。因此 TI是发送完一帧数据的标志，可以用指令来查询是否发送结束。 TI=1时，也可向 CPU申请中断，响应中断后都必须由软件清除 TI。
第 9章 串行通信及实验接收中断标志位
RI：接收中断标志位。在方式 0中，接收完
8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，
在接收停止位的中间由硬件置位。同 TI一样，也可以通过指令来查询是否接收完一帧数据。 RI=1时，也可申请中断，响应中断后都必须由软件清除 RI。
第 9章 串行通信及实验
SCON中的低 2位与中断有关
SCON中的低 2位与中断有关，在中断的有关章节中有详细论述。
第 9章 串行通信及实验
9.3.4 电源及波特率选择寄存器
PCON
PCON主要是为 CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，不可以位寻址，字节地址为 87H。在 HMOS的 8051单片机中,PCON除了最高位以外其它位都是虚设的。其格式如图 9.10所示。
第 9章 串行通信及实验图 9.10 PCON的各位定义第 9章 串行通信及实验
SMOD为波特率选择位
与串行通信有关的只有 SMOD位。 SMOD
为波特率选择位。在方式 1,2和 3时，串行通信的波特率与 SMOD有关。当 SMOD=1
时，串行通信波特率乘 2，当 SMOD=0时，
串行通信波特率不变。
其他各位用于电源管理，在此不再赘述。
第 9章 串行通信及实验
9.3.5 MCS-51单片机串行口的工作方式
MCS-51单片机串行口有 4种工作方式，由
SCON中的 SM1,SM0位来决定，如表 9.1
所示。
第 9章 串行通信及实验
9.3.5.1 方式 0
在工作方式 0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为 fosc/12。串行数据从
RXD（ P3.0）端输入或输出,同步移位脉冲由 TXD(P3.1)送出。这种方式常用于扩展
I/O口。
第 9章 串行通信及实验
当一个数据写入串行口发送缓冲器 SBUF时，
串行口将 8位数据以 fosc/12的波特率从 RXD
引脚输出（低位在前），发送完置中断标志 TI为 1，请求中断。在再次发送数据之前，
必须由软件清 TI为 0。具体接线图如图 9.11
所示。其中 74LS164为串入并出移位寄存器。
发送第 9章 串行通信及实验图 9.11 方式 0用于扩展 I/O口输出第 9章 串行通信及实验接收
在满足 REN=1和 RI=0的条件下，串行口即开始从 RXD端以 fosc/12的波特率输入数据
（低位在前），当接收完 8位数据后，置中断标志 RI为 1，请求中断。在再次接收数据之前，必须由软件清 RI为 0。具体接线图如图 9.12 所示。其中 74LS165为并入串出移位寄存器。
第 9章 串行通信及实验图 9.12 方式 0用于扩展 I/O口输入第 9章 串行通信及实验串行控制寄存器 SCON
串行控制寄存器 SCON中的 TB8和 RB8在方式 0中未用。值得注意的是，每当发送或接收完 8位数据后，硬件会自动置 TI或 RI为 1，
CPU响应 TI或 RI中断后，必须由用户用软件清 0。方式 0时,SM2必须为 0。
第 9章 串行通信及实验
在工作方式 1下，串行口为波特率可调的 10
位通用异步接口 UART，发送或接收一帧信息，包括 1位起始位,8位数据位和 1位停止位。其帧格式如图 9.13所示：
9.3.5.2 方式 1
第 9章 串行通信及实验图 9.13 10位的帧格式第 9章 串行通信及实验
发送时，数据从 TXD输出，当数据写入发送缓冲器 SBUF后，启动发送器发送。当发送完一帧数据后，置中断标志 TI为 1。方式 1所传送的波特率取决于定时器 T1的溢出率和
PCON中的 SMOD位。
发送第 9章 串行通信及实验接收接收时，由 REN置 1允许接收，串行口采样 RXD，当采样到 1到 0的跳变时，确认是起始位,0”，就开始接收一帧数据。当
RI=0且停止位为 1或 SM2=0时，停止位进入
RB8位，同时置位中断标志 RI；否则信息将丢失。所以，在工作方式 1接收时，应先用软件清除 RI或 SM2标志。
第 9章 串行通信及实验在工作方式 2下，串行口为 11位
UART，传送波特率与 SMOD有关。发送或接收一帧数据包括 1位起始位,8
位数据位,1位可编程位 (用于奇偶校验 )和 1位停止位。其帧格式如图 9.14所示。
9.3.5.3 方式 2
第 9章 串行通信及实验图 9.14 11位的帧格式第 9章 串行通信及实验发送时，先根据通信协议由软件设置
TB8，然后用指令将要发送的数据写入
SBUF，则启动发送器。写 SBUF的指令，
除了将 8位数据送入 SBUF外，同时还将
TB8装入发送移位寄存器的第 9位，并通知发送控制器进行一次发送。一帧信息即从
TXD发送，在送完一帧信息后,TI被自动置 1，在发送下一帧信息之前,TI必须由中断服务程序或查询程序清 0。
发送第 9章 串行通信及实验接收
当 REN=1时，允许串行口接收数据。数据由 RXD端输入，接收 11位的信息。当接收器采样到 RXD端的负跳变，并判断起始位有效后，开始接收一帧信息。当接收器接收到第 9位数据后，若同时满足以下两个条件,RI=0； SM2=0或接收到的第 9位数据为
1，则接收数据有效,8位数据送入 SBUF，
第 9位送入 RB8，并置 RI=1。若不能同时满足上述两个条件，则丢弃信息。
第 9章 串行通信及实验
9.3.5.4 方式 3
工作方式 3为波特率可变的 11位 UART通信方式，除了波特率设定方式不同之外，工作方式 3和工作方式 2完全相同。
第 9章 串行通信及实验
9.3.6 MCS-51单片机串行口的波特率设定在串行通信中，收发双方对传送的数据速率即波特率要有一定的约定。通过上一小节的论述，我们已经知道,MCS-51单片机的串行口通过编程可以有 4种工作方式。
其中工作方式 0和工作方式 2的波特率是固定的，工作方式 1和工作方式 3的波特率可变，由定时器 T1的溢出速率决定。
第 9章 串行通信及实验
9.3.6.1 工作方式 0和工作方式 2
在工作方式 0中，波特率为时钟频率的
1/12，即 fosc/12，固定不变。
在工作方式 2中，波特率取决于 PCON中的
SMOD值，当 SMOD=0时，波特率为
fosc/64；当 SMOD=1时，波特率为 fosc/32。
即：
波特率 = fOSC (2SMOD/64)。
第 9章 串行通信及实验
9.3.6.2 工作方式 1和工作方式 3
在工作方式 1和工作方式 3下，波特率由定时器 T1的溢出速率和 SMOD共同决定。即：
波特率 = T1溢出速率 (2SMOD/32)。
第 9章 串行通信及实验计数速率为外部输入时钟频率
其中 T1的溢出速率取决于单片机定时器 T1
的计数速率和定时器的预置值。计数速率与 TMOD寄存器中的 C/ T位有关，当 C/ T=0
时，计数速率为 fosc/12，当 C/ T=1时，计数速率为外部输入时钟频率。
第 9章 串行通信及实验
实际上，当定时器 T1作为波特率发生器使用时，通常是工作在模式 2，即自动重装计数初值的 8位定时器，此时 TL1作计数用，
自动重装的值在 TH1内。假设计数的预置值（初始值）为 X，那么每过 256-X个机器周期，定时器溢出一次。为了避免溢出而产生不必要的中断，此时应禁止 T1中断。
溢出周期为,12 (256-X)/fOSC
第 9章 串行通信及实验溢出速率为溢出周期的倒数
溢出速率为溢出周期的倒数，所以
波特率 = (2SMOD/32)(fOSC /12(256-X))
表 9.2列出了各种常用的波特率及获得办法。
第 9章 串行通信及实验第 9章 串行通信及实验
9.4 MCS-51单片机的串行接口实验
9.4.1 串行转并行实验
MCS-51单片机的串口工作于方式 0时，通常是用作串行信号 /并行信号的转换器。
MCS-51单片机的 TXD(P3.1)提供频率为
fosc/12的串行时钟,RXD(P3.0)提供待转换的串行信号。
第 9章 串行通信及实验
9.4.1.1 硬件电路
硬件电路如图 9-15所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-15 串并转换实验硬件电路第 9章 串行通信及实验
在工作目录下创建 serial_parellel工程，将
serial_parellel.c源文件添加进去，经编译、
连接后得到载入单片机的十六进制目标文件 serial_parellel.hex即可。
工程窗口如图 9-16所示。
9.4.1.2 软件第 9章 串行通信及实验图 9-16 工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 serial_parellel.c源程序。
//---串行信号转并行信号实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
//---延时子程序 ---
delay()
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验主程序
main()
{ SCON=0x00; //串口工作于方式 0
while(1)
{ SBUF=0xc0; //发送 "0"的显示编码
delay(); //延时
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.1.3 运行结果
实验的运行结果如图 9-17所示。
图 9-17 串行信号转并行信号实验运行结果第 9章 串行通信及实验
9.4.2 单机自发自收实验
该实验中，单片机的串口工作于方式 1下，
为简单起见，实现的功能是本机自发自收信息。为此，将串口的发送端和接收端直接连接,TXD(P3.1)发送信息，本机的
RXD(P3.0)接收信息。
9.4.2.1 硬件电路
硬件电路如图 9-18所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-18 单机自发自收实验硬件电路第 9章 串行通信及实验
9.4.2.2 软件
在工作目录下创建 one_cpu工程，将
one_cpu.c源文件添加进去，经编译、连接后得到载入单片机的十六进制目标文件
one_cpu.hex即可。
工程窗口如图 9-19所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-19 单机自发自收实验工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 one_cpu.c源程序。
//---单机自发自收实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0x50;//串口工作于方式 1，允许接收
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ SBUF=0xc0; //发送 "0"的显示编码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xc0; //显示发送信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P0=SBUF; //显示接收信息
delay(); //延时
}
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.2.3 实验运行结果
从图 9-20和图 9-21可以看到串口发送和接收信息的过程。
图 9-20 发送信息显示第 9章 串行通信及实验图 9-21 发送接收信息显示第 9章 串行通信及实验
9.4.3 双机通信实验
该实验中，单片机的串口工作于方式 1下，
实现的功能是甲机和乙机实现通信。为此，
将甲机串口的发送端和乙机串口的接收端连接；将甲机串口的接收端和乙机串口的发送端连接。
第 9章 串行通信及实验双机通信实验
为了便于观察实验结果，由甲机先发送,0”
的显示码，乙机接收到之后，再发送,1”
的显示码作为应答，甲机接收到之后，再发送,0”的显示码，如此循环下去。
第 9章 串行通信及实验
9.4.3.1 硬件电路
双机通信实验的硬件电路见图 9-22。
图 9-22 双机通信实验的硬件电路第 9章 串行通信及实验
9.4.3.2 软件
在工作目录下分别创建 two_cpu_1和
two_cpu_2工程，将 two_cpu_1.c和
two_cpu_2.c源文件添加进去，经编译、连接后得到载入甲机和乙机的十六进制目标文件 two_cpu_1.hex和 two_cpu_2.hex即可。
工程窗口如图 9-23和图 9-24所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-23 two_cpu_1工程窗口第 9章 串行通信及实验图 9-24 two_cpu_2工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 two_cpu_1.c源程序。
//---双机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0x50;//串口工作于方式 1，允许接收
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ SBUF=0xc0; //发送 "0"的显示编码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0xc0; //显示发送信息
P2=0xff; //不显示接收信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P2=SBUF; //显示接收信息
P0=0xff; //不显示发送信息
delay(); //延时
}
}
第 9章 串行通信及实验以下为 two_cpu_2.c源程序。
//---双机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0x50;//串口工作于方式 1，允许接收
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P2=SBUF; //显示接收信息
P0=0xff; //不显示发送信息
delay(); //延时第 9章 串行通信及实验
SBUF=0xf9; //发送 "1"的显示编码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0xf9; //显示发送信息
P2=0xff; //不显示接收信息
delay(); //延时
}
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.3.3 双机通信实验运行结果
从图 9-25和图 9-26可看到实验运行结果。
图 9-25 甲机发送、乙机接收示意图第 9章 串行通信及实验图 9-26 乙机发送、甲机接收示意图第 9章 串行通信及实验
9.4.4 多机通信实验
该实验使用了 3片 AT89C51，分别为甲机、
乙机和丙机。其中，甲机为主机，乙机和丙机为从机，乙机地址为 0x01，丙机地址为 0x02。串口工作于方式 3，通过 SM2来实现地址帧和数据帧的区别，主机发送信息中 TB8若为 1，则表示发送信息为地址帧；
第 9章 串行通信及实验
TB8=0
若 TB8为 0，则表示发送信息为数据帧。从机的 SM2初始值均为 1，接收地址帧后与本机地址进行比较，若一致则将 SM2清零以接收后续数据帧，若不一致则维持 SM2不变，不接收数据帧。实验中为简单起见，
数据帧只有一帧，从机在接收到数据帧后将 SM2置位为 1，回复到初始状态。
第 9章 串行通信及实验
9.4.4.1 硬件电路
多机通信实验的硬件电路见图 9-27。
图 9-27 多机通信实验的硬件电路第 9章 串行通信及实验
9.4.4.2 软件
在工作目录下分别创建 three_cpu_1、
three_cpu_2和 three_cpu_3工程，将
three_cpu_1.c,three_cpu_2.c和
three_cpu_3.c源文件添加进去，经编译、连接后得到载入甲机和乙机的十六进制目标文件 three_cpu_1.hex,three_cpu_2.hex和
three_cpu_3.hex即可。
为简单起见,three_cpu_1(主机 )工程窗口如图 9-28所示。
第 9章 串行通信及实验图 9-28 多机通信实验 three_cpu_1(主机 )工程窗口第 9章 串行通信及实验以下为 three_cpu_1.c源文件。
//---多机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADDRESS1 0x01
#define ADDRESS2 0x02
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
//---主程序 ---
main( )
{ SCON=0xd8;//串口工作于方式 3，允许接收,TB8=1
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{ TB8=1;
SBUF=ADDRESS1; //发送地址帧，寻址乙机
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xf9; //显示发送地址信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待从机应答
RI=0; //清除接收标志位第 9章 串行通信及实验
If (SBUF==ADDRESS1)
{ TB8=0;//数据帧
SBUF=0xf8;//发送 "7"的显示码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0xf8; //显示发送数据信息
delay(); //延时
}
第 9章 串行通信及实验
TB8=1;
SBUF=ADDRESS2; //发送地址帧，寻址丙机
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xa4; //显示发送地址信息
delay(); //延时
while(!RI);//等待从机应答
RI=0; //清除接收标志位第 9章 串行通信及实验
if(SBUF==ADDRESS2)
{TB8=0;//数据帧
SBUF=0x80;//发送 "8"的显示码
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P0=0x80; //显示发送数据信息
delay(); //延时
}
}
}
第 9章 串行通信及实验以下为 three_cpu_2.c源文件。
//---多机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADDRESS 0x01
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
---主程序 ---
main( )
{ SCON=0xf0; //串口工作于方式 3，允许接收,SM2=1
PCON=0x80; //SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff; TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{while(!RI);//等待地址接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
if(SBUF==ADDRESS)
{SM2=0; //可以接收数据帧
SBUF=ADDRESS;//发送地址
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xf9; //显示地址信息
delay(); //延时第 9章 串行通信及实验
while(!RI);//等待地址接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P0=SBUF; //显示接收信息
delay(); //延时
SM2=1; //等待接收地址帧
P1=0xff;
P0=0xff; //清除显示
}
}
}
第 9章 串行通信及实验以下为 three_cpu_3.c源文件。
//---多机通信实验 ---
//---包含头文件 ---
#include "reg51.h"
//---宏定义 ---
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADDRESS 0x02
第 9章 串行通信及实验
---延时子程序 ---
delay( )
{ uint j;
uchar k;
for(j=0;j<50000;j++)
for(k=0;k<10;k++);
}
第 9章 串行通信及实验
---主程序 ---
main( )
{ SCON=0xf0;//串口工作于方式 3，允许接收，
SM2=1
PCON=0x80;//SMOD=1
TMOD=0x20;//T1作为波特率发生器
TH1=0xff;
TL1=0xff;
TR1=1; //启动 T1
第 9章 串行通信及实验
while(1)
{while(!RI);//等待地址接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
if(SBUF==ADDRESS)
{SM2=0; //可以接收数据帧
SBUF=ADDRESS;//发送地址
while(!TI);//等待发送完毕
TI=0; //清除发送标志位
P1=0xa4; //显示地址信息
delay(); //延时第 9章 串行通信及实验
while(!RI);//等待接收完毕
RI=0; //清除接收标志位
P0=SBUF; //显示接收信息
delay();
delay(); //延时
SM2=1; //等待接收地址帧
P1=0xff;
P0=0xff; //清除显示
}
}
}
第 9章 串行通信及实验
9.4.4.3 实验运行结果
从图 9-29至图 9-32可见双机通信实验运行结果。
图 9-29 甲机发送地址帧，乙机接收地址帧后准备接收数据帧第 9章 串行通信及实验图 9-30 甲机发送数据帧，乙机接收第 9章 串行通信及实验图 9-31 甲机发送地址帧，丙机接收地址帧后准备接收数据帧第 9章 串行通信及实验图 9-32 甲机发送数据帧，丙机接收
