第七章 串行口通信技術(shù)

本章內(nèi)容串行通信基礎(chǔ)

MCS-51的串行接口

MCS-51單片機(jī)雙機(jī)通信

RS-232C串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口

第七章串行口通信技術(shù)串行通信基礎(chǔ)

兩種通信方式的示意圖串行通信基礎(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。

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。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。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。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。MCS-51的串行接口

串行口結(jié)構(gòu)示意圖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(duì)SBUF的讀、寫語句來區(qū)別是對(duì)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)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可變通常我們在做單片機(jī)與單片機(jī)串口通信、單片機(jī)與個(gè)人PC機(jī)串口通信時(shí)，基本都選擇方式1，因此這種方式大家務(wù)必完全掌握。串行口控制寄存器SCON

SM2：多機(jī)通信控制位，用于方式2和方式3中。REN：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(shí)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。SCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI串行口控制寄存器SCON

TI：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(qǐng)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(qǐng)求中斷。RI位也必須由軟件清0。SCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI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。MCS-51串行口的工作方式

方式1

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。MCS-51串行口的波特率

在方式1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。。

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)。串口方式1定時(shí)器1方式2產(chǎn)生常用波特率時(shí)，TL1和TH1中所裝入的值MCS-51單片機(jī)雙機(jī)通信

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兩個(gè)單片機(jī)串行通信程序流程個(gè)人PC與51單片機(jī)的通信RS232串行通信線51單片機(jī)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RS-232C串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口

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RS-232C標(biāo)準(zhǔn)總線為25根，可采用標(biāo)準(zhǔn)的DB-25和DB-9的D型插頭。目前計(jì)算機(jī)上只保留了兩個(gè)DB-9插頭，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器。引腳名稱功能引腳名稱功能1DCD載波檢測6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成2RXD發(fā)送數(shù)據(jù)7RTS發(fā)送請(qǐng)求3TXD接收數(shù)據(jù)8CTS發(fā)送清除4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備完成9RI振鈴指示5SG(GND)信號(hào)地線在簡單的RS232-C標(biāo)準(zhǔn)穿性通信中，僅連接發(fā)送數(shù)據(jù)（2）、接收數(shù)據(jù)（3）和信號(hào)地（5）三個(gè)引腳即可。#include<reg51.h>//包含頭文件reg51.hunsignedcharnum;//用于暫存字節(jié)voidserial_int(void)interrupt4//單片機(jī)串口中斷服務(wù)程序{if(RI){RI=0;//清零接受中斷標(biāo)志位num=SBUF;//把接受緩沖器的字節(jié)存入變量numP1=~num;//變量num逐位取反，送到P1口

SBUF=num;//把變量num的字節(jié)送到發(fā)送緩沖器

while(TI==0);//等待發(fā)送完畢TI=0; //清零發(fā)送中斷標(biāo)志位

}}main()//主程序{TMOD=0x20;//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式2