ch串行通信技術(shù)實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ch串行通信技術(shù)實(shí)用串行通信基礎(chǔ)

并行通信中，信息傳輸?shù)奈粩?shù)和數(shù)據(jù)位數(shù)相等；串行通信中，數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。并行通信速度快，傳輸線多，適合于近距離的數(shù)據(jù)通信，但硬件接線成本高；串行通信速度慢，但硬件成本低，傳輸線少，適合于長距離數(shù)據(jù)傳輸。第1頁/共31頁串行通信的制式

在串行通信中數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間進(jìn)行傳送的，按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工（simplex）、半雙工（halfduplex）和全雙工（fullduplex）三種制式。在單工制式下，通信線的一端是發(fā)送器，一端是接收器，數(shù)據(jù)只能按照一個(gè)固定的方向傳送。在半雙工制式下，系統(tǒng)的每個(gè)通信設(shè)備都由一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器組成，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)站發(fā)送，一個(gè)站接收；兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳送不能同時(shí)進(jìn)行。即只能一端發(fā)送,一端接收，其收發(fā)開關(guān)一般是由軟件控制的電子開關(guān)示。全雙工通信系統(tǒng)的每端都有發(fā)送器和接收器，可以同時(shí)發(fā)送和接收，即數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳送。兩個(gè)獨(dú)立通信的回路。第2頁/共31頁單工方式半雙工方式全雙工方式第3頁/共31頁異步通信

在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符為單位組成字符幀傳送的。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地發(fā)送，每一幀數(shù)據(jù)是低位在前，高位在后，通過傳輸線被接收端一幀一幀地接收。發(fā)送端和接收端可以由各自獨(dú)立的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘彼此獨(dú)立，互不同步。在異步通信中，接收端是依靠字符幀格式來判斷發(fā)送端是何時(shí)開始發(fā)送何時(shí)結(jié)束發(fā)送的。字符幀也叫數(shù)據(jù)幀，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位等四部分組成。第4頁/共31頁圖7.4異步通信幀格式第5頁/共31頁(1)起始位：在沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通信線上處于邏輯“1”狀態(tài)。(2)數(shù)據(jù)位：在起始位之后，發(fā)送端發(fā)出(接收端接收)的是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴(yán)格限制，如5位、6位、7位或8位等。由低位到高位逐位傳送。(3)奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完(接收完)之后，可發(fā)送奇偶校驗(yàn)位，它只占幀格式的一位，用于傳送數(shù)據(jù)的有限差錯(cuò)檢測或表示數(shù)據(jù)的一種性質(zhì)，是發(fā)送和接收雙方預(yù)先約定好的一種檢驗(yàn)(檢錯(cuò))方式。(4)停止位：字符幀格式的最后部分為停止位，邏輯“1”電平有效，位數(shù)可以是1位、1/2位或2位。表示一個(gè)字符幀信息的結(jié)束，也為發(fā)送下一個(gè)字符幀信息做好準(zhǔn)備。奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)是按字符校驗(yàn)，即在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，在每一個(gè)字符的最高位之后都附加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位“1”或“0”，使被傳送字符(包括奇偶校驗(yàn)位)中含“1”的位數(shù)都為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或都為奇數(shù)(奇校驗(yàn))。第6頁/共31頁異步通信

異步通信的另一個(gè)重要指標(biāo)為波特率。波特率為每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，也叫比特?cái)?shù)，單位為b/s，即位/秒。波特率用于表征數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋ㄌ芈试礁?，?shù)據(jù)傳輸速度越快。通常，異步通信的波特率為50～9600b/s。字符的實(shí)際傳輸速率是每秒傳字符幀數(shù)，和字符幀格式有關(guān)。建議采用11.0592MHz的晶振，可以計(jì)算出比較精確的波特率。在串行通信中，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間除了采用相同的字符幀格式(異步通信)或相同的同步字符(同步通信)來協(xié)調(diào)同步工作外，兩者之間發(fā)送數(shù)據(jù)的速度和接收數(shù)據(jù)的速度也必須相同，這樣才能保證被傳送數(shù)據(jù)的成功傳送。第7頁/共31頁同步通信

同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳輸一幀信息。這里的信息幀和異步通信的字符幀不同，通常有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符，但它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符CRC三部分組成。在同步通信中，同步字符可以采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式，也可以由用戶約定。第8頁/共31頁同步字符數(shù)據(jù)字符1數(shù)據(jù)字符2…數(shù)據(jù)字符n-1數(shù)據(jù)字符n校驗(yàn)字符校驗(yàn)字符圖7.5同步通信數(shù)據(jù)傳送格式第9頁/共31頁MCS-51的串行接口

串行口結(jié)構(gòu)示意圖全雙工異步串行通信接口，也可作為同步移位寄存器使用。第10頁/共31頁MCS-51的串行接口

SBUF是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送寄存器，一個(gè)用于存放接收到的數(shù)據(jù)，另一個(gè)用于存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址99H，通過對SBUF的讀、寫語句來區(qū)別是對接收緩沖器還是發(fā)送緩沖器進(jìn)行操作。CPU在寫SBUF時(shí)，操作的是發(fā)送緩沖器；讀SBUF時(shí)，就是讀接收緩沖器的內(nèi)容。SBUF=send[i];//發(fā)送第i個(gè)數(shù)據(jù)buffer[i]=SBUF;//接收數(shù)據(jù)第11頁/共31頁串行口控制寄存器SCON

SCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI串行口的工作方式SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可變10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可變控制串行口工作方式和狀態(tài)第12頁/共31頁串行口控制寄存器SCON

SCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM2：多機(jī)通信控制位，用于方式2和方式3中。方式0和1，SM2=0REN：允許串行接收位。由軟件置位或清零。REN=1時(shí)，允許接收，REN=0時(shí)，禁止接收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2和方式3中，由軟件置位或復(fù)位。一般可做奇偶校驗(yàn)位。在多機(jī)通信中，可作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識位，一般約定地址幀時(shí)TB8為1，數(shù)據(jù)幀時(shí)TB8為0。RB8：接收數(shù)據(jù)的第9位。功能同TB8。第13頁/共31頁串行口控制寄存器SCON

SCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0中，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他方式中，在發(fā)送停止位之初由硬件置位。因此，TI=1是發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可請求中斷。TI位必須由軟件清0。RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式0中，接收完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他方式中，當(dāng)接收到停止位時(shí)該位由硬件置1。因此，RI=1是接收完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可請求中斷。RI位也必須由軟件清0。第14頁/共31頁電源及波特率選擇寄存器PCONPCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，字節(jié)地址為87H，不可以位尋址。在HMOS的AT89C51單片機(jī)中，PCON除了最高位以外其它位都是虛設(shè)的。

PCON(87H)SMOD×××GF1GF0PDIDL

與串行通信有關(guān)的只有SMOD位。SMOD為波特率選擇位。在方式1、2和3時(shí)，串行通信的波特率與SMOD有關(guān)。當(dāng)SMOD=1時(shí)，通信波特率乘2，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率不變。第15頁/共31頁MCS-51串行口的工作方式

方式0

在方式0下，串行口作同步移位寄存器使用，其波特率固定為fosc/12。串行數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）端輸入或輸出,同步移位脈沖由TXD(P3.1)送出。這種方式通常用于擴(kuò)展I/O口。第16頁/共31頁MCS-51串行口的工作方式

方式1幀格式：1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位發(fā)送時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF后，啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送，數(shù)據(jù)從TXD輸出。當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，置中斷標(biāo)志TI為1。方式1下的波特率取決于定時(shí)器1的溢出率和PCON中的SMOD位。接收時(shí)，REN置1，允許接收，串行口采樣RXD，當(dāng)采樣由1到0跳變時(shí)，確認(rèn)是起始位“0”，開始接收一幀數(shù)據(jù)。當(dāng)RI=0，且停止位為1或SM2=0時(shí)，停止位進(jìn)入RB8位，同時(shí)置中斷標(biāo)志RI；否則信息將丟失。所以，采用方式1接收時(shí)，應(yīng)先用軟件清除RI或SM2標(biāo)志。2選1第17頁/共31頁MCS-51串行口的工作方式

方式2幀格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程位（奇偶校驗(yàn)）、1位停止位。發(fā)送時(shí)，先根據(jù)通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8，然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送。寫SBUF的語句，除了將8位數(shù)據(jù)送入SBUF外，同時(shí)還將TB8裝入發(fā)送移位寄存器的第9位，并通知發(fā)送控制器進(jìn)行一次發(fā)送，一幀信息即從TXD發(fā)送。在送完一幀信息后，TI被自動(dòng)置1，在發(fā)送下一幀信息之前，TI必須在中斷服務(wù)程序或查詢程序中清0。第18頁/共31頁MCS-51串行口的工作方式

方式2當(dāng)REN=1時(shí)，允許串行口接收數(shù)據(jù)。當(dāng)接收器采樣到RXD端的負(fù)跳變，并判斷起始位有效后，數(shù)據(jù)由RXD端輸入，開始接收一幀信息。當(dāng)接收器接收到第9位數(shù)據(jù)后，若同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：RI=0；SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1，則接收數(shù)據(jù)有效，將8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位送入RB8，并置RI=1。若不滿足上述兩個(gè)條件，則信息丟失。第19頁/共31頁MCS-51串行口的工作方式

方式3方式3為波特率可變的11位UART通信方式，除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。

第20頁/共31頁MCS-51串行口的波特率

方式0和方式2在方式0中，波特率為時(shí)鐘頻率的1/12，即fosc/12，固定不變。在方式2中，波特率取決于PCON中的SMOD值，當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率為fosc/64；當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率為fosc/32。即波特率=

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第21頁/共31頁MCS-51串行口的波特率

方式1和方式3在方式1和方式3下，波特率由定時(shí)器T1的溢出率和SMOD共同決定，即：方式1和方式3的波特率=·定時(shí)器1溢出率其中，定時(shí)器1的溢出率取決于單片機(jī)定時(shí)器1的計(jì)數(shù)速率和定時(shí)器的預(yù)置值。計(jì)數(shù)速率與TMOD寄存器中的C/T位有關(guān)，當(dāng)C/T=0時(shí)，計(jì)數(shù)速率為fosc/12，當(dāng)C/T=1時(shí)，計(jì)數(shù)速率為外部輸入時(shí)鐘頻率。。

第22頁/共31頁MCS-51串行口的波特率

方式1和方式3實(shí)際上，當(dāng)定時(shí)器T1做波特率發(fā)生器使用時(shí)，通常是工作在模式2下，即作為一個(gè)自動(dòng)重裝載的8位定時(shí)器，此時(shí)TL1作計(jì)數(shù)用，自動(dòng)重裝載的值在TH1內(nèi)。設(shè)計(jì)數(shù)的預(yù)置值（初始值）為X，那么每過256-X個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器溢出一次。為了避免溢出而產(chǎn)生不必要的中斷，此時(shí)應(yīng)禁止T1中斷。溢出周期為12×（256-X）/fosc.溢出率為溢出周期的倒數(shù)。。

第23頁/共31頁MCS-51單片機(jī)雙機(jī)通信

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兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)距離較近可以將串行口直接相連第24頁/共31頁MCS-51單片機(jī)雙機(jī)通信

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查詢方式1)甲機(jī)發(fā)送編程將甲機(jī)片外1000H～101FH單元的數(shù)據(jù)塊從串行口輸出。定義方式2發(fā)送，TB8為奇偶校驗(yàn)位。發(fā)送波特率375kb/s，晶振為12MHz,SMOD=1。2)乙機(jī)接收編程使乙機(jī)接收甲機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)塊，并存入片內(nèi)50H～6FH單元。接收過程要求判斷RB8，若出錯(cuò)置F0標(biāo)志為1，正確則置F0標(biāo)志為0，然后返回。在進(jìn)行雙機(jī)通信時(shí)，兩機(jī)應(yīng)采用相同的工作方式和波特率。第25頁/共31頁MCS-51單片機(jī)雙機(jī)通信

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中斷方式1)甲機(jī)發(fā)送仍采用查詢方式2）乙機(jī)接收中斷方式第26頁/共31頁RS-232C串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口

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RS-232C的電氣標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯，即：邏輯“0”：+5V～+15V

邏輯“1”：-5V～-15V

因此，RS-232C不能和TTL電平直接相連，否則將使TTL電路燒壞，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須注意。RS-232C和TTL電平之間必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路MAX232。MAX232引腳圖第27頁/共31頁MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的具有兩路接收器和驅(qū)動(dòng)