單片機-第八章-串行通信技術(shù)解析

1、 8.1 串行通信基本知識 8.1.1 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信 通信方式有兩種，即通信方式有兩種，即并行通信并行通信和和串行通信串行通信 并行通信并行通信是指數(shù)據(jù)的各位是指數(shù)據(jù)的各位同時進行傳送同時進行傳送（發(fā)送或接（發(fā)送或接收）的通信方式。其收）的通信方式。其優(yōu)點優(yōu)點是傳送速度快；是傳送速度快；缺點缺點是數(shù)是數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線。據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線。 串行通信串行通信指數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的一位一位按順序傳送的通信方式。通信方式。它的突出它的突出優(yōu)點優(yōu)點是只需一對傳輸線是只需一對傳輸線(利用電話線就可作利用電話線就可作為傳送線為傳送線)，這樣就大大降低了傳送成本

2、，特別適用，這樣就大大降低了傳送成本，特別適用于遠距離通信；其于遠距離通信；其缺點缺點是傳送速度較低。是傳送速度較低。8.1.2 串行通信的傳輸方式 單工單工(或單向或單向)配置，只允許數(shù)據(jù)向一個方向傳送；配置，只允許數(shù)據(jù)向一個方向傳送； 半雙工半雙工(或半雙向或半雙向)配置，允許數(shù)據(jù)向兩個方向中的任配置，允許數(shù)據(jù)向兩個方向中的任一方向傳送，但每次只能有一個發(fā)送，一個接收；一方向傳送，但每次只能有一個發(fā)送，一個接收； 全雙工全雙工(全雙向全雙向)配置，允許同時雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，配置，允許同時雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對單向配置，它要求兩端的通信設(shè)全雙工配置是一對單向配置，它要求兩端的

3、通信設(shè)備都具有完整和獨立的發(fā)送和接收能力。備都具有完整和獨立的發(fā)送和接收能力。 幀格式，幀格式，一個字符由四部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、一個字符由四部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。奇偶校驗位和停止位。 起始位（起始位（0）：）：占用一位，用來通知接收設(shè)備一個待占用一位，用來通知接收設(shè)備一個待接收的字符開始到達。接收的字符開始到達。 數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位：58位位數(shù)據(jù)（規(guī)定低位在前，高位在后）數(shù)據(jù)（規(guī)定低位在前，高位在后） 奇偶校驗位（奇偶校驗位（可省略），也可用來確定一幀中的字可省略），也可用來確定一幀中的字符所代表信息的性質(zhì)符所代表信息的性質(zhì)(地址數(shù)據(jù)等地址數(shù)據(jù)等)。 停止位（停止位（

4、1）停止位用來表征字符的結(jié)束。停止位可停止位用來表征字符的結(jié)束。停止位可以是以是1位、位、1.5位或位或2位。接收端收到停止位后，知道位。接收端收到停止位后，知道上一字符已傳送完畢上一字符已傳送完畢 2. 同步通信同步通信 3. 波特率波特率 波特率的定義波特率的定義是每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)是每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)(亦稱亦稱比特數(shù)比特數(shù))，單位是，單位是b/s。 假設(shè)假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是數(shù)據(jù)傳送速率是120字符字符/s，而每個字符格式包，而每個字符格式包含含10個代碼（個代碼（1個起始位、個起始位、1個終止位、個終止位、8個數(shù)據(jù)位）。個數(shù)據(jù)位）。這時，傳送的波特率為這時，傳送的波特率為

5、（10b字符）字符）120字符字符s = 1200 bs 每一位每一位代碼的傳送時間代碼的傳送時間Td為為波特率的倒數(shù)波特率的倒數(shù)。8.2 串行接口的組成和特性串行接口的組成和特性8.2.1 串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu) 組成：組成：兩個物理上獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存兩個物理上獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存SBUF、發(fā)送控、發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門。制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門。 發(fā)送緩沖寄存器發(fā)送緩沖寄存器SBUF只能只能寫寫，不能讀；，不能讀； 接收緩沖寄存器接收緩沖寄存器SBUF只能只能讀讀，不能寫。，不能寫。 兩個緩沖寄存器兩個緩沖寄存器共用一個地址共用一個

6、地址99H，可以用讀，可以用讀/寫指令區(qū)分。寫指令區(qū)分。 串行串行發(fā)送發(fā)送時，通過時，通過“MOV SBUF，A”寫指令，寫入發(fā)送寫指令，寫入發(fā)送SBUF(99H)，再由，再由TxD一位一位地向外發(fā)送；一位一位地向外發(fā)送； 串行串行接收接收時，時，RxD一位一位地接收數(shù)據(jù)，直到收到一個完整一位一位地接收數(shù)據(jù)，直到收到一個完整的字符數(shù)據(jù)后通知的字符數(shù)據(jù)后通知CPU，再通過，再通過“MOV A，SBUF”讀指令，讀指令，CPU從接收從接收SBUF(99H)讀出數(shù)據(jù)，送到累加器讀出數(shù)據(jù)，送到累加器A中。中。 組成：組成：兩個物理上獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存兩個物理上獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存SBUF、發(fā)送控

7、、發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門。制器、接收控制器、輸入移位寄存器和輸出控制門。 發(fā)送緩沖寄存器發(fā)送緩沖寄存器SBUF只能只能寫寫，不能讀；，不能讀； 接收緩沖寄存器接收緩沖寄存器SBUF只能只能讀讀，不能寫。，不能寫。 兩個緩沖寄存器兩個緩沖寄存器共用一個地址共用一個地址99H，可以用讀，可以用讀/寫指令區(qū)分。寫指令區(qū)分。 串行串行發(fā)送發(fā)送時，通過時，通過“MOV SBUF，A”寫指令，寫入發(fā)送寫指令，寫入發(fā)送SBUF(99H)，再由，再由TxD一位一位地向外發(fā)送；一位一位地向外發(fā)送； 串行串行接收接收時，時，RxD一位一位地接收數(shù)據(jù)，直到收到一個完整一位一位地接收數(shù)據(jù)，

8、直到收到一個完整的字符數(shù)據(jù)后通知的字符數(shù)據(jù)后通知CPU，再通過，再通過“MOV A，SBUF”讀指令，讀指令，CPU從接收從接收SBUF(99H)讀出數(shù)據(jù)，送到累加器讀出數(shù)據(jù)，送到累加器A中。中。 SM0、SM1：串行口工作方式控制位，兩位對應(yīng)四種工作方式，如下表所示（fosc是晶振頻率）。8.2.2 串行口控制器及控制寄存器串行口控制器及控制寄存器1. 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON(98H)8.3 串行通信接口的工作方式串行通信接口的工作方式8.3.1 工作方式工作方式0當(dāng)當(dāng)SMO SMl=00時，串行接口選擇工作方式時，串行接口選擇工作方式0，為同步移位寄，為同步移位寄存器輸入

9、存器輸入/輸出方式，常用于擴展輸出方式，常用于擴展I/O口。串行數(shù)據(jù)通過口。串行數(shù)據(jù)通過RXD輸入或輸出，而輸入或輸出，而TXD用于輸出移位時鐘，作為外接部件的同用于輸出移位時鐘，作為外接部件的同步信號。發(fā)送或接收的是步信號。發(fā)送或接收的是8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)(低位在前，高位在后低位在前，高位在后)。 例如：例如： 圖圖8-6中，串行口外接兩個中，串行口外接兩個74LSl64，74LSl64的的輸出接指示燈輸出接指示燈L0L15。欲使欲使 L0L3、L8、L10、L12、L14亮，其余燈暗，程序設(shè)計如下：亮，其余燈暗，程序設(shè)計如下： LSUB0：MOV SBUF， #0FH ； #00001111B

10、 JNB TI，$ CLR TI MOV SBUF， #055H ； #0101010lB JNB TI，$ CLR TI RET例如： 74LSL66可用于擴展輸入口方式方式0輸入時，輸入時，RXD作為串行數(shù)據(jù)輸入線，作為串行數(shù)據(jù)輸入線，TXD作為移位脈沖作為移位脈沖輸出線，輸出線，在在BEN = 1，RI=0時啟動串行口接收，時啟動串行口接收，TXD端輸出的端輸出的移位脈沖頻率為移位脈沖頻率為fosc = 12MHz，若，若fosc = 12MHz，移位速率為，移位速率為1s位，經(jīng)過位，經(jīng)過8次移位，外部移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部移位寄次移位，外部移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部移位寄存器，并寫入存器，

11、并寫入SBUF，置位，置位RI，停止移位，完成一個字節(jié)的輸，停止移位，完成一個字節(jié)的輸入，入，CPU讀讀SBUF的內(nèi)容便得到輸入結(jié)果。當(dāng)檢測到外部移位的內(nèi)容便得到輸入結(jié)果。當(dāng)檢測到外部移位寄存器內(nèi)容再次有效時寄存器內(nèi)容再次有效時(設(shè)備將數(shù)據(jù)打入外部移位寄存器，打設(shè)備將數(shù)據(jù)打入外部移位寄存器，打入信號入信號 向向CPU請求中斷請求中斷)，清零，清零RI，啟動串行口接收下一個數(shù)，啟動串行口接收下一個數(shù)據(jù)。據(jù)。8.3.2 工作方式工作方式1 工作方式工作方式1，SM0 SMl= 01，為可變波特率的，為可變波特率的8位異步通信方位異步通信方式。式。 發(fā)送數(shù)據(jù)由發(fā)送數(shù)據(jù)由TXD端輸出，接收數(shù)據(jù)由端輸出

12、，接收數(shù)據(jù)由RXD端輸入。端輸入。 方式方式1以以10位為一幀傳輸，設(shè)有位為一幀傳輸，設(shè)有1個起始位個起始位(0)，8個數(shù)據(jù)位和個數(shù)據(jù)位和1個停止位個停止位(1)。其幀格式起始位（。其幀格式起始位（0），），8個數(shù)據(jù)位和個數(shù)據(jù)位和1個停止位個停止位（1）。）。 例：例：80C51串行口按雙工方式收發(fā)串行口按雙工方式收發(fā)ASCII字符，最高位用來作字符，最高位用來作奇偶校驗位，采用奇校驗方式，要求傳送的波特率為奇偶校驗位，采用奇校驗方式，要求傳送的波特率為1 200 b/s。編寫有關(guān)的通信程序。編寫有關(guān)的通信程序。fosc=6Mhz解：解：T1 采用工作方式采用工作方式2，定時初值，定時初值ba

13、udSMODfoscx*384)1( *256主程序主程序 MOV TMOD，#20H ；定時器；定時器1設(shè)為工作方式設(shè)為工作方式2 MOV TLl，#0F3H ；定時器初值；定時器初值 MOV THl，#0F3H ；8位重裝值位重裝值 SETB TRl ；啟動定時器；啟動定時器1 MOV SCON，#50H ；將串行口設(shè)置為方式；將串行口設(shè)置為方式1，REN=l MOV R0，#20H ；發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址；發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址 MOV R1，#40H ；接收數(shù)據(jù)區(qū)首址；接收數(shù)據(jù)區(qū)首址 ACALL SOUT ；先輸出一個字符；先輸出一個字符 SETB ES SETB EA L00P： SJMP $ ；

14、等待中斷；等待中斷 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 ORG 0023H ；串行口中斷入口；串行口中斷入口 AJMP SBR1 ；轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序；轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序 ORG 0100H SBRl： JNB RI,SEND ；TI=1，為發(fā)送中斷，為發(fā)送中斷 ACALL SIN ；RI=1，為接收中斷，為接收中斷 SJMP NEXT ；轉(zhuǎn)至統(tǒng)一的出口；轉(zhuǎn)至統(tǒng)一的出口 SEND：ACALL SOUT ；調(diào)用發(fā)送子程序；調(diào)用發(fā)送子程序 NEXT: RETI ; 中斷返回中斷返回 發(fā)送子程序發(fā)送子程序 SOUT： CLR TI MOV A，R0 ；取發(fā)送數(shù)據(jù)到；取發(fā)送數(shù)據(jù)到A MOV C, P ；奇偶標(biāo)志賦予

15、；奇偶標(biāo)志賦予C CPL C ；奇校驗；奇校驗 MOV ACC.7, C ；加到；加到ASCII碼高位碼高位 INC R0 ；修改發(fā)送數(shù)據(jù)指針；修改發(fā)送數(shù)據(jù)指針 MOV SBUF,A ；發(fā)送；發(fā)送ASCII碼碼 RET ；返回；返回 接收子程序接收子程序 SIN： CLR RI MOV A, SBUF ；讀出接收緩沖區(qū)內(nèi)容；讀出接收緩沖區(qū)內(nèi)容 MOV C, P ；取出校驗位；取出校驗位 CPL C ；奇校驗；奇校驗 ANL A, #7FH ；刪去校驗位；刪去校驗位 MOV R1, A ；讀入接收緩沖區(qū)；讀入接收緩沖區(qū) INC R1 ；修改接收數(shù)據(jù)指針；修改接收數(shù)據(jù)指針 RET ；返回；返回 8

16、.3.3 工作方式工作方式2和工作方式和工作方式3 SM1 SM0= 10，串行接口選擇工作方式，串行接口選擇工作方式2， SM1 SM0= 11，串行接口選擇工作方式，串行接口選擇工作方式3。 方式方式2或方式或方式3是一個是一個9位的異步串行通信接口，位的異步串行通信接口，TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送端，為數(shù)據(jù)發(fā)送端，RXD為數(shù)據(jù)接收端。為數(shù)據(jù)接收端。 方式方式2的波特率固定為的波特率固定為fosc/64或或fosc/32， 方式方式3的波特率由定時器的波特率由定時器T1或或T2 (80C52)的溢出率所的溢出率所確定。確定。 方式方式2和方式和方式3以以11位為位為1幀傳輸，設(shè)有幀傳輸，設(shè)有1個起始

17、位個起始位(0)，8個數(shù)據(jù)位，個數(shù)據(jù)位，1個附加第個附加第9位和位和1個停止位個停止位(1)。 8.4 波特率設(shè)計波特率設(shè)計 8.4.1 波特率的計算方法波特率的計算方法1. 方式方式0波特率波特率 方式方式0波特率波特率 = fosc 12若振蕩器頻率若振蕩器頻率fosc = 12MHz，則波，則波=fosc/12=12MHz/12=1MHz/s，即，即1s移位一次。移位一次。2. 方式方式2波特率波特率 方式方式2波特率波特率 = (2SMOD/64) foscSMOD為為0時，波特率等于振蕩器頻率的時，波特率等于振蕩器頻率的1/64；SMOD為為1時，波特率等時，波特率等于振蕩器頻率的于

18、振蕩器頻率的1/32。3. 方式方式1和方式和方式3的波特率的波特率串行口方式串行口方式1和方式和方式3的波特率由定時器的波特率由定時器T1或或T2(89C52等單片機等單片機)的溢出的溢出率和率和SMOD所確定。所確定。 8.4.2 波特率的產(chǎn)生波特率的產(chǎn)生 1. 用定時器用定時器T1產(chǎn)生波特率產(chǎn)生波特率 方式方式1和方式和方式3波特率波特率 =(2SMOD/32) (T1溢出率溢出率) 溢出周期溢出周期 =12振蕩器頻率振蕩器頻率(256X) 溢出率為溢出周期的倒數(shù)，所以有溢出率為溢出周期的倒數(shù)，所以有 波特率波特率 = 2SMOD 振蕩器頻率振蕩器頻率3212(256X) 定時器定時器T

19、1在工作方式在工作方式2時的初值為時的初值為 X = 256 fosc(SMOD1)/(384波特率波特率)8.5 80C51串行口雙機異步通信串行口雙機異步通信 RS-232C的信號特性的信號特性(1) 數(shù)據(jù)線上的信號電平數(shù)據(jù)線上的信號電平 mark(邏輯邏輯1) = +3+25V space(邏輯邏輯0) = -3-25V(2) 控制和狀態(tài)線上的信號電平控制和狀態(tài)線上的信號電平 ON(邏輯邏輯0)= +3+25V(接通接通) OFF(邏輯邏輯1)= -3-25V(斷開斷開)8.5.2 信號電氣特性與電平轉(zhuǎn)換信號電氣特性與電平轉(zhuǎn)換(1) 專用電平轉(zhuǎn)換芯片專用電平轉(zhuǎn)換芯片MCl488，MCl4

20、89MAX232管腳說明如下：管腳說明如下：C1+、C1-、C2+、C2- 是外接電容是外接電容端；端；R1IN、R2IN則是則是2路路RS-232C電平電平信號接收輸入端；信號接收輸入端；R1OUT、R2OUT是是2路轉(zhuǎn)換后的路轉(zhuǎn)換后的TTL電平接收信號輸出端，送電平接收信號輸出端，送80C51的的RxD接收端；接收端；T1IN、T2IN是是2路路TTL電平發(fā)送電平發(fā)送輸入端，接輸入端，接80C51的的TxD發(fā)送端；發(fā)送端；T1OUT、T2OUT是是2路轉(zhuǎn)換后的路轉(zhuǎn)換后的發(fā)送發(fā)送RS-232C電平信號輸出端，接傳電平信號輸出端，接傳輸線；輸線；V+經(jīng)電容接電源十經(jīng)電容接電源十5V；V-經(jīng)電容

21、接地。經(jīng)電容接地。 8.5.3 雙機通信雙機通信1. 通信雙方的約定通信雙方的約定(1) 設(shè)設(shè)A機為發(fā)送者，機為發(fā)送者，B機為接收者。機為接收者。(2) 當(dāng)當(dāng)A機開始發(fā)送時，先發(fā)一個機開始發(fā)送時，先發(fā)一個“0AAH”信號，信號，B機收到后回答一個機收到后回答一個“0BBH”，表示同意接收。表示同意接收。(3) 當(dāng)當(dāng)A機收到機收到“0BBH”后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一次求一次后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一次求一次“校驗和校驗和”?！靶Ｐｒ灪万灪汀笔敲堪l(fā)送的一個字節(jié)數(shù)據(jù)是每發(fā)送的一個字節(jié)數(shù)據(jù)(或命令代碼或命令代碼)都累加到一個單元中去，累加過程都累加到一個單元中去，累加過程中發(fā)生多次向高位進位中發(fā)生多

22、次向高位進位(丟失丟失)，最后在累加單元中所剩余的結(jié)果。假定數(shù)據(jù)塊長，最后在累加單元中所剩余的結(jié)果。假定數(shù)據(jù)塊長度為度為20個字節(jié)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始地址為個字節(jié)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始地址為30H，數(shù)據(jù)塊發(fā)完后再發(fā)送，數(shù)據(jù)塊發(fā)完后再發(fā)送“校驗和校驗和”。(4) B機接收數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，起始地址也為機接收數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，起始地址也為30H，每接收一次也計，每接收一次也計算一次算一次“校驗和校驗和”，當(dāng)接收完一個數(shù)據(jù)塊后，再接收從，當(dāng)接收完一個數(shù)據(jù)塊后，再接收從A機發(fā)來的機發(fā)來的“校驗和校驗和”，并將它與并將它與B機求出的機求出的“校驗和校驗和”進行比較。若二者相等，說明接收正確，進

23、行比較。若二者相等，說明接收正確，B機回答機回答一個一個“00”；若兩者不等，說明接收不正確，；若兩者不等，說明接收不正確，B機回答一個機回答一個“FF”，請求重發(fā)。，請求重發(fā)。(5) 若若A機收到機收到“00”的回答后，結(jié)束發(fā)送。若收到的答復(fù)非零，則將數(shù)據(jù)重發(fā)一的回答后，結(jié)束發(fā)送。若收到的答復(fù)非零，則將數(shù)據(jù)重發(fā)一次。次。(6) 雙方均采用串行口方式雙方均采用串行口方式1進行串行通信。進行串行通信。 3. 用于用于A機發(fā)送的通信子程序機發(fā)送的通信子程序 A機發(fā)送程序設(shè)計如下：機發(fā)送程序設(shè)計如下： ASEN：MOV TMOD，#20H ；設(shè)；設(shè)T1為定時方式為定時方式2 MOV THl， #0E

24、8H ；設(shè)定波特率為設(shè)定波特率為1200bits MOV TLl， #0E8H MOV PCON，#00H SETB TRl ；啟動定時器；啟動定時器T1 MOV SCON，#50H ；串行口設(shè)為方式；串行口設(shè)為方式1 ATl： MOV SBUF，#0AAH ；發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號；發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號 AWl： JBC TI， ARl SJMP AWl ；等待發(fā)送出去；等待發(fā)送出去 AR1： JBC RI，AR2 ；等待；等待B機應(yīng)答機應(yīng)答 SJMP ARl AR2： MOV A， SBUF ；接收聯(lián)絡(luò)信號；接收聯(lián)絡(luò)信號 XRL A， #0BBH JNZ AT1 ；B機未準(zhǔn)備好，繼續(xù)聯(lián)絡(luò)機未準(zhǔn)備好，繼續(xù)聯(lián)絡(luò)

25、 AT2： MOV R0， #30H ；建立數(shù)據(jù)塊地址指針；建立數(shù)據(jù)塊地址指針 MOV R7， #20H ；數(shù)據(jù)塊長度計數(shù)初值；數(shù)據(jù)塊長度計數(shù)初值 MOV R6 ， #00H ；清校驗和寄存器；清校驗和寄存器AT3： MOV SBUF，R0 ；發(fā)送一個數(shù)據(jù)字節(jié)；發(fā)送一個數(shù)據(jù)字節(jié) MOV A， R6 ADD A， R0 ；求校驗和；求校驗和 MOV R6， A ；保存校驗和；保存校驗和 INC R0 ；修改地址指針；修改地址指針 AW2： JBC TI， AT4 SJMP AW2 AT4： DJNZ R7， AT3 ；判數(shù)據(jù)塊發(fā)送完否；判數(shù)據(jù)塊發(fā)送完否 MOV SBUF，R6 ；發(fā)送校驗和；發(fā)送校驗和 AW3： JBC TI， AR3 SJMP AW3 AR3： JBC RI， AR4 ；等待；等待B機應(yīng)答機應(yīng)答 SJMP AR3