项目八 单片机双机串行通信 [ 项目学习目标 ]

一、知识目标

1. 知道串行通信的概念及特性。2. 了解 AT89S51 单片机串行口的工作模式。3. 掌握单片机双机通信的原理，会进行双机通信电路的设计。二、技能目标1. 能利用两台单片机实验箱来建立双机通信的系统。2. 能实现单片机与单片机串行通信数据的传送。

任务一 认识单片机的串行通信活动 1 认识串行通信 在单片机测控技术领域，对较大规模的测控系统经常需要双机或者多机进行通信。单片机与单片机之间的距离可能是近程的（几米或在同一块电路板上），也可能是远程的（几百米以上），信息交换方式可以使用并行通信，也可以使用串行通信。

我们首先应该知道什么是串行通信。单片机基本的通信方式有并行通信和串行通信两种，你能从下面的图中发现这二者有何区别吗？

图 8-1-1 并行通信 图 8-1-2 串行通信

并行通信：一组信息（通常是字节）的各个数据位 D0~D7 被同时传送的 通信方法。它依靠单片机的 I ／ O 接口实现，其特点是速度快， 但传输线根数多，适用于近距离通信。

串行通信：一组信息的各个数据位 D0~D7 被逐位顺序传送的通信方式。 它可通过单片机的串行接口来实现，其特点是速度慢，但传 输线少，适宜长距离通信。

活动 2 认识 AT89S51 单片机的串行接口 一、异步通信方式 AT89S51 单片机通过引脚 P3.0 复用为串行数据接收引脚 RXD ，

用于接收对方发来的一位数据；引脚 P3.1 复用为串行数据接收引脚 TXD ，

用于向对方发送一位数据。 串行通信又分为同步通信和异步通信。 AT89S51 采用异步通信。异步通信的字符帧格式如下图所示，每个字符由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四个部分顺序组成。这四个部分组成异步传输中的一个传输单元，即字符帧。

图 8-1-3 异步通信的字符帧格式

空闲位：没有数据传送时处于“ 1” 状态；起始位：发送端发送数据时，首先发出“ 0” 信号，占 1 位。 接收端检测线路状态连续为“ 1” 后或在停止位后有一个“ 0” ， 就知道将发来一个新的字符帧。数据位：紧接于起始位后面，它可以占 5 、 6 、 7 或 8 位不等， 数据位传输的顺序总是最低位 D0 在先。奇偶校验位：在数据位之后，占 1 位，用于检验数据传送否有错。停止位：用“ 1” 来表征一个字符帧的结束。停止位可以占 1 位、 1.5 位 或 2 位不等。接收端接收到停止位时，表明这一字符已接收 完毕，也表明下一个字符帧可能到来。若停止位以后不是紧接 着传送下一个字符帧，则让线路上保持为“ 1” ，即空闲等待状态。

串行通信的一个重要指标是波特率。它定义为每秒钟传送二进制数码的位数，以“位／秒”（ bps ）为单位。

二、串行口的控制与状态寄存器 1. 串行口缓冲寄存器 SBUF

AT89S51 单片机内部的串行通信口有两个物理上相互独立的接收、发送

缓冲器 SBUF 用于发送、接收数据。发送缓冲器和接收缓冲器不能互换，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。两个缓冲器占用

同一个端口地址 99H 。具体对哪一个缓冲器进行操作，取决于所使用的指令是

发送还是接收。2. 串行口控制寄存器 SCON

SCON 用于控制和监视串行口的工作状态，定义如下：

SM0 和 SM1 ：串行口工作模式选择位，分别对应四种模式，见表 8-1-

1 。 其中， fOSC 为单片机的晶振频率。

表 8-1-1 串行口工作模式选择表

SM2 ：多机通信控制位。REN ：允许接收控制位，由软件置位或清除。 REN=1 则允许接收， REN=0 ，禁止接收。TB8 ：该位是模式 2 和 3 中要发送的第九位数据。RB8 ：该位是模式 2 和 3 中已接收的第九位数据。TI ： 发送中断标志。在模式 0 中，发送完第 8 位数据时，由硬件置位； 在其他模式中，在发送停止位之初，由硬件置位，申请中断， CPU 响应中断后，发送下一帧数据。在任何模式中，都必须由软件清除 TI 。

3. 电源控制寄存器 PCON

PCON 中的最高位是串行口通信波特率倍增位 SMOD ，当 SMOD ＝ 1

时，串行模式 1 、模式 2 、模式 3 的波特率加倍。

RI ： 接收中断标志。在模式 0 中，接收第 8 位数据结束时，由硬件置位； 在其他模式中，在接收停止位的半中间，由硬件置位，申请中断， 要求 CPU 取走数据。但在模式 1 中， SM2=1 时，若未接收到有效的 停止位，则不会对 RI 置位。在任何模式中，都必须由软件清除 RI 。

活动 3 认识串行口的工作模式1. 模式 0 在模式 0 状态下，串行口为同步移位寄存器方式，其波特率固定为fosc ／ 12 。 RXD （ P3.0）端输入／输出数据，而 TXD （ P3.1）端专用

于输出时钟脉冲给外部移位寄存器。

2. 模式 1 串行口工作在模式 1 为 8 位异步通信口，即一个字符帧由 10个位组

成：1位起始位、 8位数据位和 1位停止位。在接收数据前 SCON寄存器中的

REN

“必须置 1”。 模式１的波特率是可变的，可以由以下公式计算得到：

X-2

1

12

f

32

2k

OSCSMOD

波特率

式中， k 为定时器 T1 的位数（ 8 、 13 、 16 ）； X 为定时器 T1 的计数初值。

3. 模式 2和模式 3

串行口工作在模式 2和模式 3均为 11位异步通信口，数据附加了第9位数据。

发送时，第 9位数据来自 SCON中的 TB8；接收数据时，第 9位数据进入RB8。

同样，接收前 SCON中的 REN “必须置 1”。 模式 2的波特率可以由以下公式计算得到：

64

2f

SMOD

OSC 波特率

模式 3除了波特率可编程外，其余与模式 2相同。

任务二 双机通信 现在我们将在两个单片机之间使用串行方式进行通信，将单片机 A 的开关信息发送到单片机 B ，从而来控制其 LED灯的亮灭。

我们需要两台实验箱，两个组的同学配合将两个主机模块连接起来，一台仅作输入，另一台仅作输出。然后，再由各组分别使用拨码开关模块和 LED 模块。让我们画出双机通信的电路原理图。

活动 1 构建双机通信的硬件平台

图 8-2-1 双机通信的电路原理图

注意：这两台单片机的 GND 端直接相连，而 RXD 端和 TXD 端交叉连接。

技能贴士：

根据两台主机在通信过程中扮演的不同角色，分析单片机 A 作为发送端的工作流程与单片机 B 作为接收端的工作流程。

活动 2 分析双机通信流程

图 8-2-2 单片机 A 的发送流程图 图 8-2-3 单片机 B 的接收流程图

单片机 A 发送的参考程序：

活动 3 编写发送端、接收端程序

单片机 B 接收的参考程序：

两组同学配合完成本项目程序的调试，观察现象是否与预期结果一致。

活动 4 程序调试

仅使用一台实验箱，设计一个单片机自行发送、自行接收的异步串行通信系统。要求：波特率为 600bps ，当程序运行时， P1.0

所连接的 LED 会一闪一闪地点亮，表示串行口发送和接收正常。

【创新活动】

项目知识系统化说明1. 串行通信分为同步通信和异步通信， AT89S51 单片机采用异步通信。2. 异步通信的字符帧格式由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四个部分 顺序组成。3. 串行通信的波特率定义为每秒钟传送二进制数码的位数，以 bps 为单位。4. AT89S51 单片机内部的串行通信口有两个物理上相互独立的接收、发送 缓冲器 SBUF 用于发送、接收数据。5. AT89S51 串行口的工作模式有 4 种，串行口工作在模式 2 和模式 3均为 11 位异步通信口。

项目小结1. 我们了解了串行通信的概念，知道了串行通信与并行通信相比具有 线路简单，适用于长距离传输的优势。2. 我们学会了 AT89S51 单片机串行口的使用。3. 我们初步学会了两个单片机之间利用串行的方式进行通信。

1. 单片机基本的通信方式有哪两种？ 2. 什么是串行通信？什么是并行通信？ 3. AT89S51 单片机异步串行通信的字符帧格式由哪四个部分顺序组成 ?

4. 串行通信的一个重要指标是波特率，它是如何定义的？ 5. AT89S51 单片机串行口有几种工作模式？如何选择？简述其特点？ 6. AT89S51 单片机内部的串行通信口有两个物理上相互独立的接收、发送缓冲器，它们的名称分别是什么？ 7. 请编写串行口方式 1 下的发送程序。设单片机主频为 6MHz ，定时器 T1 用作波特率发生器，波特率为 2400b/s ，发送字符块在内部 RAM

的起始地址为 TBLOCK 单元，字符块长度为 LEN 。要求奇偶校验位在数据第 8 位发送，字符块长度 LEN 率先发送。

思考与练习

8. 在串行口通信编程过程中，如何依据波特率来计算定时器的初值？如果单片机的晶振为 11.0592MHz ，波特率为 9600bps ，其

定时器的初值为多少 ?

9. 双机串行口通信时，两块 AT89S51 单片机的 RXD 端和 TXD 端应该如何连接？

10. 编写程序，实现以下功能：单片机的晶振频率为 12MHz ，串行口工作于模式 3 ，波特率为 2400bps 。