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  • 摘要:传统方法设计单片机串行口波特率时,往往要使用特殊频率晶振。本文在分析MCS-51单片机串行口工作原理基础上,提出基于12MHz晶振单片机系统,通过编程实现所需波特率的插值调整设计方法。 引言单片机在...
  • 51单片机串行口波特率计算

    千次阅读 2019-06-19 21:48:58
    在这种方式下,数据从 RXD 端串行输出或输入,同步信号从 TXD 端输出,波特率固定不变,为振荡率 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧,没有起始位和停止位,先发送或接收最低位。 常用于串行口外接移位寄存器,以...

     

    1.工作方式介绍:

     

    方式 0 这种工作方式比较特殊,与常见的微型计算机的串行口不同,它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下,数据从 RXD 端串行输出或输入,同步信号从 TXD 端输出,波特率固定不变,为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧,没有起始位和停止位,先发送或接收最低位。 

    常用于串行口外接移位寄存器,以扩展并行I/O口,这种方式不适用与两个MCS-51之间的串行通信。
     

    方式1真正用于数据的串行发送和接收。TXD引脚和RXD引脚分别用于发送和接收数据。

    方式1收发1帧数据为10位,1个起始位(0),8个数据位,1个停止位(1),先发送或接收最低位。


    方式 2 串行口工作于方式2和方式3时,被定义为9位异步通信接口。每帧数据均为11位,1位起始位0,8位数据位(先低位),1位可程控为10的第九位数据和1位停止位1。采用这种方式可接收或发送 11 位数据,以 11 位为一帧,比方式 1 增加了一个数据位,其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途,可以通过软件控制它,再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合,可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定,只有两种选择,为振荡率的 1/64 1/32 ,可由 PCON 的最高位选择。 

    方式 3 方式 3 与方式 2 完全类似,唯一的区别是方式 3 的波特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。

     

    SM0  SM1   方式   

     0      0        0   同步移位寄存器方式(用于扩展I/O口)

     0      1        1   8位异步收发,波特率可变(由定时器控制)

     1      0        2   9位异步收发,波特率为fosc/64fosc/32

     1      1        3   9位异步收发,波特率可变(由定时器控制)

     

    2.计算公式总结:

     

    方式0波特率固定为:fosc / 12

     

    方式1波特率的计算公式为:(串行口为波特率可变的8位异步通信接口,SMOD为PCON寄存器的最高位值(0或1))

             方式1波特率 =(2^SMOD / 32) * 定时器T1的溢出率

    注:当SMOD=1时,要比SMOD=0时的波特率加倍,所以也称SMOD位为波特率倍增位

     

    方式2的波特率由下式确定:

             方式2波特率=( 2^SMOD / 64) * fosc

    方式3的波特率由下式确定:

             方式3波特率 = (2^SMOD / 32) * 定时器T1的溢出率

     

    溢出速率 = 1 / 溢出时间

    溢出时间(相当于定时时间)= (2^8 – TH1初值)* Tcy

    机器周期Tcy = 12时钟周期 = 12*(1/fosc)

    故:溢出速率 = 1 / 溢出时间 = 1 / [(256 - TH1初值)* (12 / fosc)] = fosc / [12 *(256-TH1初值)]

    计数速率 = 1 / 计数时间 = 1 / (12 / fosc) = fosc / 12

    故也可写成:溢出速率 = 计数速率 / (256-TH1初值) = fosc / [12 *(256-TH1初值)]   

    注:一般来说,定时器方式2用来确定波特率是比较理想的,它不需要中断服务程序设置初值,且算出的波特率比较准确。在用户使用的波特率不是很低的情况下,建议使用定时器T1的方式2来确定波特率。定时器方式1或方式3定时,常用T1作为波特率发生器。

    而对于定时器方式0和方式1的最大特点是计数溢出后,计数器为全0。因而在循环定时或循环计数应用时就存在反复装入计数初值的问题。这不仅影响定时精度,而且也给程序设计带来麻烦。方式2就是针对此问题而设置的。定时器/计数器的方式2位自动恢复初值的(初值自动装入)8位定时器/计数器,TLX作为常数缓冲器,当TLX计数器溢出时,在置1溢出标志位TFX的同时,还自动的将THX中的初值送入至TLX,使TLX从处置开始重新计数。这种方式可以省去用户软件中重装处置的程序,简化定时器初值的计算方法,可以相当精确的确定定时时间。

    而定时器方式3是为了增加1个附加的8位定时器/计数器而提供的,从而使MCS-51具有3个定时器/计数器。方式3只适用于定时器/计数器T0,定时器/计数器T1不能工作在方式3。T1处于方式3时相当于TR0=0,停止计数(此时T1可以用来做串口波特率发生器。)

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  • 方式0是外接串行移位寄存器方式。工作时,数据从RXD串行地输入/输出,TXD输出移位脉冲,使外部移位寄存器移位。波特率固定为fosc/12(即,...波特率由T1或T2溢出率确定。 在发送或接收到一帧数据后,硬件置TI=1或
  • 波特率固定为fosc/12(即,TXD每机器周期输出一个同位脉冲时,RXD接收或发送一位数据)。每当发送或接收完一个字节,硬件置TI=1或RI=1,申请中断,但必须用软件清除中断标志。实际应用在串行I/O与并行I/O之间...

    方式0是外接串行移位寄存器方式。工作时,数据从RXD串行地输入/输出,TXD输出移位脉冲,使外部的移位寄存器移位。波特率固定为fosc/12(即,TXD每机器周期输出一个同位脉冲时,RXD接收或发送一位数据)。每当发送或接收完一个字节,硬件置TI=1或RI=1,申请中断,但必须用软件清除中断标志。

    实际应用在串行I/O口与并行I/O口之间的转换。

    2)方式1

    方式1是点对点的通信方式。8位异步串行通信口,TXD为发送端,RXD为接收端。一帧为10位,1位起始位、8位数据位(先低后高)、1位停止位。波特率由T1或T2的溢出率确定。

    在发送或接收到一帧数据后,硬件置TI=1或RI=1,向CPU申请中断;但必须用软件清除中断标志,否则,下一帧数据无法发送或接收。

    d32acbd12a309d2277310460b61de0c3.png

    (1)发送:CPU执行一条写SBUF指令,启动了串行口发送,同时将1写入输出移位寄存器的第9位。发送起始位后,在每个移位脉冲的作用下,输出移位寄存器右移一位,左边移入0,在数据最高位移到输出位时,原写入的第9位1的左边全是0,检测电路检测到这一条件后,使控制电路作最后一次移位,/SEND和DATA无效,发送停止位,一帧结束,置TI=1。

    (2)接收:REN=1后,允许接收。接收器以所选波特率的16倍速率采样RXD端电平,当检测到一个负跳变时,启动接收器,同时把1FFH写入输入移位寄存器(9位)。由于接、发双方时钟频率有少许误差,为此接收控制器把一位传送时间16等分采样RXD,以其中7、8、9三次采样中至少2次相同的值为接收值。接收位从移位寄存器右边进入,1左移出,当最左边是起始位0时,说明已接收8位数据,再作最后一次移位,接收停止位。此后:

    A、若RI=0、SM2=0,则8位数据装入SBUF,停止位入RB8,置RI=1。

    B、 若RI=0、SM2=1,则只有停止位为1时,才有上述结果。

    C、若RI=0、SM2=1,且停止位为0,则所接数据丢失。

    D、若RI=1,则所接收数据丢失。

    无论出现那种情况,检测器都重新检测RXD的负跳变,以便接收下一帧。

    3)方式2、方式3

    方式2和方式3是9位异步串行通信,一般用在多机通信系统中或奇偶校验的通信过程。在通讯中,TB8和RB8位作为数据的第9位,位SM2也起作用。方式2与方式3的区别只是波特率的设置方式不同。

    (1)发送

    向SBUF写入一个数据就启动串口发送,同时将TB8写入输出移位寄存器第9位。开始时,SEND和DATA都是低电平,把起始位输出到TXD。DATA为高,第一次移位时,将‘1’移入输出移位寄存器的第9位,以后每次移位,左边移入‘0’,当TB8移到输出位时,其左边是一个‘1’和全‘0’。检测到此条件,再进行最后一次移位,/SEND=1,DATA=0,输出停止位,置TI=1。

    (2)接收

    置REN=1,与方式1类似,接收器以波特率的16倍速率采样RXD端。

    起始位0移到输入寄存器的最左边时,进行最后一次移位。在RI=0,SM2=0或接收到的第9位=1时,收到的一字节数据装入SBUF,第9位进入RB8,置RI=1;然后又开始检测RXD端负跳变。

    3、 多机通信

    在这里,多机系统是指‘一主多从’。51系列单片机中,利用第9位TB8/RB8来区分地址与数据信息,用位SM2确定接收方是否对地址或数据帧敏感。其原则是:

    1)发送方用第9位TB8=1标志地址帧,TB8=0标志数据帧。

    2)接收方若设置SM2=1,则只能接收到地址信息,若设SM2=0,则不管是地址还是数据帧,都能接收到。

    利用方式2、3的特点,在点对点的通讯中,在发送方可以用第9位TB8作为奇偶校验位。在接收方,SM2位必须清0。

    4、波特率

    1)方式0的波特率=fosc/12

    2)方式2的波特率=2^smod*fosc/64

    3)方式1、3的波特率由T1或T2的溢出率和SMOD位确定:

    (1)用T1:波特率=2^smod*T1定时器的溢出率/32,T1为方式2T1定时器溢出率=1/((12/fosc)*(256-X))例:已知fosc=6MHz,SMOD=0,设置波特率为2400,求T1的计数初值X。

    波特率=1/((12/fosc)*(256-X))/32=fosc/12*32(256-X)(256-X)=fosc/2400/384=6M/2400/384;256-X~=6.5104X~=250=FAH 只能近似计算。

    若fosc=11.0592MHz, 则256-X=11.0592M/2400/384=4068/384=12 X=F4H;可精确算出,对其它常用的标准波特率也是能正确算出。所以这个晶振频率是最常用的。

    如果SMOD=1,则同样的X初值得出的波特率加倍。

    (3)用T2:

    在52型单片机中,串口方式1、3的波特率发生器选择由TCLK、RCLK位确定是T1还是T2。若TCLK=1,则发送器波特率来自T2,否则来自T1。若RCLK=1,则接收器波特率来自T2,否则来自T1。

    由T2产生的波特率与SMOD无关。T2定时的最小单元=2/fosc。T2的溢出脉冲16分频后作为串口的发送或接收脉冲。

    波特率=(1/((2/fosc)(65536-X)))/16=fosc/(32(65536-X))例:已知fosc=11.0592MHz,求波特率=2400时的X2400=11059200/(32(65536-X)) 65536-X=144 X=65392=FF70H计数器初值寄存器:RCAP2H=0FFH,RCAP2L=70H。

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  • 在8051串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。 方式0 方式0的波特率固定为主振频率的1/12。 方式2 方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可由...

    串口的工作方式  


    MCS-51串行口有0、1、2、3四种工作方式。

    方式0:8位同步移位寄存器方式
    方式1:10位通用异步通信
    方式2:11位异步通信
    方式3:可变波特率11位异步通信。

    方式0:同步移位寄存器方式,波特率固定为fosc/12.
    由RXD(P3.0)引脚输入和输出数据,由TXD(P3.1)引脚输出同步移位时钟。
    发送:当执行一条写SBUF的指令(MOV SBUF ,A)时,就启动串行数据的发送。
    接收:当满足REN=1(允许接受)且接收中断标志RI=0是,就会启动一次接受过程。

    方式1:10位通用异步通信
    一帧信息为10位:1位为起始位(0),8位数据位,1位停止位(1)
    TXD(P3.1)是发送端。RXD(p3.2)是接收端。
    采用T1作为串行口接收和发送的波特率发生器,数据传输波特率可调,由T1的溢出决定,可用程序设定。


    TI:发送中断标志
    方式0中,在发送第8位末尾置位;其它方式中,在发送停止位开始时设置。TI=1表示发送帧结束。由硬件置位,用
    软件清零。必须清零,因为如果TI始终等于1,则表示发送帧结束,也就不会再发送帧 。(TI=1表示一直处于中断状态,也就无法发送了,所以要清零)

    RI:接收中断标志
    方式0中,在接收第8位末尾置位;其他方式中,在接收停止位中间设置,RI=1表示帧接收结束。由硬件置位,用软件清除。(RI=1表示一直处于中断状态,也就无法接受了,所以要清零。)

    TI和RI是同一个中断源,两者共用一个中断向量。CPU事先不知道是发送中断TI还是接收中断RI产生的中断请求,所以在全双工通信时,必须由软件来判别。

    REN:允许接收位
    REN=0,禁止接收;REN=1,允许接受。软件设置。

    TB8:方式2和方式3中要发送的第9位数据。在通信协议中,常规定TB8为奇偶校验位。在8051多机通信中,
    TB8用来表示主机发送的是地址还是数据:TB8=0为数据,TB8=1为地址。用软件来置位/清除。

    RB8:方式2和方式3中接受到的第9位数据。
    方式1中接收到的是停止位。方式0中不使用这一位

    波特率选择

    在串行通讯中,收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。

    方式0
    方式0的波特率固定为主振频率的1/12。

    方式2
    方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可由下式表示:

    波特率=2的SMOD次方除以64再乘一个fosc,也就是当SMOD=1时,波特率为1/32fosc,当SMOD=0时,波特率为1/64fosc

    方式1和方式3
    定时器T1作为波特率发生器,其公式如下:
    波特率=定时器T1溢出率

    T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数


    式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时,T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时,T1计数率为外部输入频率,此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。

    定时器T1工作于方式0:溢出所需周期数=8192-x
    定时器T1工作于方式1:溢出所需周期数=65536-x

    定时器T1工作于方式2:溢出所需周期数=256-x

    因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式,所以用它来做波特率发生器最恰当。

    当时钟频率选用11.0592MHZ时,取易获得标准的波特率,所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。

    下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

    常用波特率 Fosc(MHZ) SMOD TH1初值
    19200 11.0592 1 FDH
    9600 11.0592 0 FDH
    4800 11.0592 0 FAH
    2400 11.0592 0 F4H
    1200 11.0592 0 E8H

    例如9600 11.0592 0 FDH
    波特率=定时器T1溢出率

    T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数

    产生溢出所需的周期数=256-FD(253)=3
    SMOD=0 11059200/12*3 *1/32=9600

    波特率计算


    在串行通信中,收发双方对发送或接收的数据速率要有一定的约定,我们通过软件对MCS—51串行口编程可约定四种工作方式。其中,方式0和方式2的波特率是固定的,而方式1和方式3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率决定。
    串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输人的移位时钟的来源不同,所以,各种方式的波特率计算公式也不同。


    一、方式0的波特率
    方式0时,移位时钟脉冲由56(即第6个状态周期,第12个节拍)给出,即每个机器周期产生一个移位时钟,发送或接收一位数据。所以,波特率为振荡频率的十二分之一,并不受 PCON寄存器中SMOD的影响,即:
    方式0的波特率=fosc/12

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    三、方式l和方式3的波特率
    方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定,故波特宰由定时器T1的
    溢出率与SMOD值同时决定,即:
    方式1和方式3的波特率=2SMOD/32·T1溢出率
    其中,溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。计数速率与TMOD寄存器中C/T的状态有关。当C/T=0时,计数速率=fosc/2;当C/T=1时,计数速率取决于外部输入时钟频率。
    当定时器Tl作波特率发生器使用时,通常选用可自动装入初值模式(工作方式2),在
    工作方式2中,TLl作为计数用,而自动装入的初值放在THl中,设计数初值为x,则每过“256一x”个机器周期,定时器T1就会产生一次溢出。为了避免因溢出而引起中断,此时应禁止T1中断。这时,溢出周期为:

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    系统晶振频率选为11.0592MHZ就是为了使初值为整数,从而产生精确的波特率。
    如果串行通信选用很低的波特率,可将定时器Tl置于工作方式0或工作方式1,但在
    这种情况下,T1溢出时,需用中断服务程序重装初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差,可用改变初值的办法加以调整。
    表6—2列出了各种常用的波特率及其初值。

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  • (笔记总结)80C51串行口的工作方式

    千次阅读 2018-11-29 16:57:38
    方式0时,串行口为同步移位寄存器输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD(P3.0)引脚输入或输出,同步移位脉冲由TXD(P3.1)引脚输出。发送和接收均为8位数据,低位在先,高位在后。波特率固定为...

    1.方式0

    方式0时,串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD(P3.0)引脚输入或输出,同步移位脉冲由TXD(P3.1)引脚输出。发送和接收均为8位数据,低位在先,高位在后。波特率固定为fosc/12。

    方式0输出

    方式0输入

     

    2.方式1

    方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据的发送引脚,RXD是数据的接受引脚。传送一帧数据的格式如图所示,其中1位起始位,8位数据位,1位停止位。

    方式1输出

    方式1输入

    用软件置REN=1时,接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平,检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时,则说明起始位有效,将其移入输入移位寄存器,并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中,数据从输入移位寄存器右边移入,起始位移至输入移位寄存器最左边时,控制电路进行最后一次移位。当RI=0,且SM2=0时,将接收到的9位数据的前八位数据装入接收SBUF,第九位(停止位)进入RB8,并置RI=1,请求中断。

     

    3.方式2、方式3

    方式2或方式3时,为11位数据的异步通信口,TXD为数据发送引脚,RXD为数据接收引脚。

    方式2、方式3,起始位1位、数据位9位(含附加的第九位,发送时为SCON中的TB8,接收时为SCON中的RB8)、停止位1位,一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/32或1/64。方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。

    方式2、方式3的输出

    发送开始时,先把起始位0输出到TXD引脚,然后发送移位寄存器的输出位(D0)到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位,并由TXD引脚输出。

    第一次移位时,停止位‘1’移入输出移位寄存器的第9位上,以后每次移位,左边都移入‘0’。当停止位移入输出位时,左边其余位全为‘0’,检测电路检测到这一条件时,使控制电路进行最后一次移位,并置TI=1,向CPU请求中断。

    方式2、方式3的输入

    接收时,数据从右边移入输入移位寄存器,在起始位‘0’移到最左边时,控制电路进行最后一次移位。当RI=0,且SM2=0时,接收到的数据装入接收缓存器SBUF和RB8(接收数据的第9位),置RI=1,请求中断。如果条件不满足,则数据丢失,且不置位RI,继续搜索RXD引脚的负跳变。

     

    波特率的计算

    方式0的波特率:fosc/12

    方式2的波特率:(2^SMOD/64)*fosc

    方式1的波特率:(2^SMOD/32)*(TI溢出率)

    方式3的波特率:(2^SMOD/32)*(TI溢出率)

     

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  • 51单片机定时器和波特率

    千次阅读 2017-12-10 10:22:17
    1.引言: 在串行通信中,收发双方发送或接收的数据... 串行口的四种工作方式对应这三种波特率,由于输入的移位时钟的来源不同,所以各种方式的波特率的计算公式也不同。 2.各种方式的波特率介绍 工作方式0 方式0时,
  • 在串行通信中,收发双方对发送或接收的数据速率要有一定的约定,我们通过软件对MCS—51串行口编程可约定四种工作方式。其中,方式0和方式2...由于输人的移位时钟的来源不同,所以,各种方式的波特率计算公式也不同
  • 个人对单片机串口波特率的理解

    千次阅读 2019-04-24 20:34:20
    波特率就是串口每秒发送...串行口工作方式方式1:  (波特率=(2^SMOD)/32)定时器T1溢出率  定时器T1溢出率=单片机内部时钟频率/(256-X) X是定时器初值  波特率=(2^SMOD)/32(单片机内部时钟频率/(...
  • 单片机串行口介绍

    2020-07-10 10:34:07
     串行口是单片机与外界进行信息交换工具,8051单片机通信方式有两种:  并行通信:数据各位同时发送或接收。 串行通信:数据一位一位次序发送或接收。 串行通信的方式  异步通信  用一个起始位0表示字符...
  • 串行口是单片机与外界进行信息交换工具,8051单片机通信方式有两种: 并行通信:数据各位同时发送或接收。 串行通信:数据一位一位次序发送或接收。串行通信的方式异步通信用一个起始位0表示字符开始,用停止...
  • 波特率与定时器初值关系

    千次阅读 2018-06-11 16:08:29
     1波特率=1位/秒 串行口有4种工作方式,其中方式0和方式2的波特率是固定的,方式1和方式3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率来决定的。串行口的4种工作方式对应3种波特率。由于输入的时钟来源不同,所以各种...
  • 串行口应用

    2016-04-14 14:28:00
    方式2和方式3 方式2 和方式3都是为11位数据的异步通信,他们的惟一差别是传输速率不同。TXD为数据发送引脚,RXD为...方式2的波特率固定为晶振的1/64或1/32,方式3的波特率有定时器T1的溢出率决定。一贞数据传输格...
  • //串口1选择定时器1为波特率发生器 TMOD &= 0x0F; //清除定时器1模式位 TMOD |= 0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式 TL1 = 0x94; //设定定时初值 TH1 = 0x94; //设定定时器重装值 ET1 = 0; //...
  • 2440-串行口

    2013-03-16 17:31:00
    1、 在通信领域内,有两种...3、 串行数据传输速度用bps或波特率来描述  每秒传输二进制位数,单位为bps(bit per second )也称波特率 4、 通用异步收发器简称UART,即“Universal Asynchronous Receiver Tr...
  • 51单片机串行接口介绍串行口结构设置工作方式串行口控制寄存器SCON)设置波特率 51单片机内部集成1~2个可编程通用异步串行通信接口(即UART),采用全双工制式。该通信接口有四种工作方式,并且 能设置各种...

空空如也

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