第6章串行接口及串行通信技術(shù)

1、第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 第第6章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 6.1 串行通信基礎(chǔ)知識(shí)串行通信基礎(chǔ)知識(shí) 6.2 AT89C51的串行接口的串行接口 6.3 AT89C51串行接口的應(yīng)用與編程串行接口的應(yīng)用與編程 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 6.1 串行通信基礎(chǔ)知識(shí)串行通信基礎(chǔ)知識(shí) 一、一、串行通信基本概念串行通信基本概念1.并行通信和串行通信 1）并行通信并行通信 并行通信是指構(gòu)成信息的二進(jìn)制字符的各位數(shù)據(jù)采用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳送的通信方法，如圖6.1所示。 特點(diǎn)：傳輸控制簡單、

2、速度快。但距離長時(shí)傳輸線多，成本高。 2）串行通信串行通信 串行通信是指構(gòu)成信息的二進(jìn)制字符的各位數(shù)據(jù)一位一位順序地傳送的通信方式，如圖6.2所示。 特點(diǎn)：傳輸控制復(fù)雜、速度慢，但傳輸線少，成本低。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) WRRDWRRDCSD0P2.7P0.0P0.7D7微型計(jì)算機(jī)(89C51)外設(shè)(8255)圖6.1 并行通信示意圖 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 微型計(jì)算機(jī)(89C51)外設(shè)TXDRXDRXDTXD發(fā)送 圖6.2 串行通信示意圖 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2. 異步通

3、信和同步通信 串行通信串行通信又分為兩種基本通信方式，即異步通信和同步通信。 1） 異步通信 在異步通信中，被傳送的信息通常是一個(gè)字符代碼或一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，它們都以規(guī)定的相同傳送格式(字符幀格式)一幀一幀地發(fā)送或接收。 字符幀格式由四部分組成：起始位，數(shù)據(jù)位，奇字符幀格式由四部分組成：起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位和停止位偶校驗(yàn)位和停止位，如圖6.3所示。下面介紹各部分的功能。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) D70/1D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D1111108位數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)停止位空閑位8位數(shù)據(jù)第n1字符幀起始位奇偶校驗(yàn)停止位起始位10第n字符幀第n1字

4、符幀圖6.3 異步通信幀格式第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) (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),當(dāng)信號(hào)變?yōu)?時(shí)表示起始位。 (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(cè)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。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) (4) 停止位：字符幀格式的最

5、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。 異步通信的特點(diǎn)：不要收發(fā)雙方時(shí)鐘嚴(yán)格一致，易異步通信的特點(diǎn)：不要收發(fā)雙方時(shí)鐘嚴(yán)格一致，易于實(shí)現(xiàn)，但每個(gè)字符要附加于實(shí)現(xiàn)，但每個(gè)字符要附加23位的起止位，各幀之間位的起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。還有間隔，因此傳輸效率不高。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2）同步通信 同步通信是一種連續(xù)串行傳送連續(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一幀信息。這里的信息幀和異步通信的字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)

6、字符符幀不同，通常有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符，如圖6.4所示。其格格式由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符式由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符CRC三部分組成。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。 同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使數(shù)據(jù)傳送完全同步。其特點(diǎn)是傳輸速率高，但控制，使數(shù)據(jù)傳送完全同步。其特點(diǎn)是傳輸速率高，但硬件復(fù)雜。硬件復(fù)雜。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 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6.4 同步通信數(shù)據(jù)傳送格式 第第9 9章章

7、串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3. 串行通信的制式制式 1）單工(Half duplex)制式 在單工方式下，通信線的A端只有發(fā)送器，B端只有接收器，信息數(shù)據(jù)只能單方向傳送，即只能由A端傳送到B端而不能反傳。如圖6.5所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 發(fā)送器A端接收器B端圖6.5 單工方式第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2）半雙工( Half duplex)制式 半雙工方式中，通信線路兩端的設(shè)備都有一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，如圖6.6所示。數(shù)據(jù)可雙方向傳送但不能同時(shí)傳送，即A端送B端收或B端送A端收，A、B兩端的發(fā)送

8、/接收只能通過半雙工通信協(xié)議切換交替工作。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 發(fā)送接收A端發(fā)送接收B端圖6.6 半雙工方式第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3）全雙工）全雙工(Full duplex)制式 在全雙工方式下，通信線路A、B兩端都有發(fā)送器和接收器，A、B之間有兩個(gè)獨(dú)立通信的回路，兩端數(shù)據(jù)不是交替發(fā)送和接收，而是同時(shí)發(fā)送和接收。因此通信效率比前兩種要高。該方式下所需的傳輸線至少要有三條，一條用于發(fā)送，一條用于接收，一條用于公用信號(hào)地，如圖6.7所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) A端B端發(fā)送接收發(fā)送

9、接收?qǐng)D6.7 全雙工方式第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 4. 信號(hào)的信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào) 計(jì)算機(jī)的通信要求傳送的是數(shù)字信號(hào)。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時(shí)，通常要借用現(xiàn)存的公用電話網(wǎng)。但是電話網(wǎng)是為300 - 3 400 Hz的音頻模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的，對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸是不合適的。為此在發(fā)送時(shí)需要對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制調(diào)制生成模擬信號(hào)，使之適合在電話網(wǎng)上傳輸。在接收時(shí)，需要進(jìn)行解調(diào)解調(diào)以將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。1）調(diào)制器 把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后送到通信線路上去。2）解調(diào)器 把從通信線路上收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個(gè)裝置中，

10、這就是調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器MODEM，如圖6.8所示。由圖可見，調(diào)制器和解調(diào)器是進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所需的設(shè)備，因此把它叫做數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）。）。通信線路是電話線，也可以是專用線。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.8 調(diào)制解調(diào)通信圖 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 5. 串行通信數(shù)據(jù)的校驗(yàn) 在通信過程中往往要對(duì)數(shù)據(jù)傳送的正確與否進(jìn)行校驗(yàn)。以保證準(zhǔn)確無誤的傳輸數(shù)據(jù)。常用的校驗(yàn)方法有奇偶校驗(yàn)及代碼和校驗(yàn)常用的校驗(yàn)方法有奇偶校驗(yàn)及代碼和校驗(yàn)。 1）奇偶校驗(yàn)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

11、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))。 例：當(dāng)約定為奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；之和應(yīng)為奇數(shù)；當(dāng)約定為偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收方與發(fā)送方的校驗(yàn)裝置和方式應(yīng)一致。接收字符時(shí)，對(duì)“1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若二者不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2）代碼和校驗(yàn) 所謂和校驗(yàn)是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和

12、（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，相符則無差錯(cuò)，否則即認(rèn)為傳送過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 6.傳輸速率與傳輸距離傳輸速率與傳輸距離 1） 波特率波特率 波特率（也叫比特率比特率），即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省Ｋ硎久棵腌娝硎久棵腌妭魉投M(jìn)制代碼的位數(shù)。其單位是傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)。其單位是b /s。 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

13、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。 波特率是串行通信的重要指標(biāo)，對(duì)數(shù)據(jù)的成功傳送至關(guān)重要。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 舉例：設(shè)數(shù)據(jù)的傳送率是240字符/s，而每個(gè)字符格式包含10 bit(1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)，這時(shí)傳送的波特率是： 10b240= 2400 b/s 標(biāo)準(zhǔn)波特率標(biāo)準(zhǔn)波特率為：110bps、300bps、600bps、1200bps、2400bps、9600kbps,19.2kbps、56kbps等。第第9 9章章 串行接口及串行

14、通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2）傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系 傳輸距離與波特率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。通通常傳輸距離隨波特率的增加而減小。常傳輸距離隨波特率的增加而減小。 當(dāng)傳輸線使用每0.3 m（約1英尺）有50 pF電容的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離是隨波特率增加而減小。當(dāng)波特率超過1 000 bit/s時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，如9600 bit/s時(shí)最大距離下降到只有76 m（約250英尺）。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 二、串行通信的標(biāo)準(zhǔn)接口二、串行通信的標(biāo)準(zhǔn)接口 RS-232C通信接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終通信接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，

15、它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。普遍用于計(jì)算機(jī)之間及計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的串行通信。由于它符合EIA（電子工業(yè)協(xié)會(huì)）規(guī)格要求，在國際上得到了廣泛的應(yīng)用。 RS-232C接口具有如下特點(diǎn)：信號(hào)線少特點(diǎn)：信號(hào)線少，在某些場合，完成雙工通信只需使用幾根線就即可；有多種可供選擇的信息傳輸速率有多種可供選擇的信息傳輸速率：110、150、300、600、1 200、2 400、4 800、 9 600和19 200 bps。 RS-232C接口特性包括電氣特性、機(jī)械特性、功能特性和過程特性四個(gè)方面內(nèi)容。第第9 9章章

16、串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 1. 機(jī)械特性 RS-232C接口規(guī)定使用規(guī)定使用25針連接器針連接器，稱為DB-25插頭或插座。如圖6.9所示。 RS-232C接口對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的25針接口定義了針接口定義了22條可以條可以與外界連接的信號(hào)線與外界連接的信號(hào)線，并對(duì)它們的功能作了具體的規(guī)并對(duì)它們的功能作了具體的規(guī)定。定。 實(shí)際用戶并不一定用到RS- 232C標(biāo)準(zhǔn)的全部信號(hào)線，常常使用常常使用9針非標(biāo)準(zhǔn)連接器替代針非標(biāo)準(zhǔn)連接器替代25針連接器，稱針連接器，稱為為DB-9。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備(如個(gè)入計(jì)算機(jī))DCE：數(shù)

17、據(jù)電路通信設(shè)備(如調(diào)制解調(diào)器)12345678910111213141516171819202122232425方向 名稱 第2路發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送時(shí)鐘 第2路接收數(shù)據(jù) 接收時(shí)鐘未用 第2路請(qǐng)求發(fā)送 數(shù)據(jù)終端就緒 數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè) 振鈴指示 數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇 發(fā)送時(shí)鐘未用未用保護(hù)地 N.A發(fā)送數(shù)據(jù) 到DCE接收數(shù)據(jù) 到DCE請(qǐng)求發(fā)送 到DCE允許發(fā)送 到DTE數(shù)據(jù)置位就緒 到DTE信號(hào)地 N.A載波檢測(cè) 到DTE留作調(diào)試用第2路載波檢測(cè) 到DTE第2路允許發(fā)送 到DTE名稱 方向到DCE到DTE到DTE到DTE到DCE到DCE到DTE到DTE到DCE到DCE圖6.9 RS-232C引腳圖第第9 9章章

18、 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2.功能特性 RS-232C接口的主要信號(hào)線定義如表6-1。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3.電氣特性 RS-232C的每一個(gè)引腳的信號(hào)性質(zhì)和電平均由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用負(fù)邏負(fù)邏輯電平輯電平，如：1) 規(guī)定規(guī)定DC（-3 -15 V）為邏輯）為邏輯1,DC(+3 +15 V)為邏輯為邏輯0。 (簡稱簡稱EIA電平電平)2）其邏輯電平與通常的）其邏輯電平與通常的TTL和和MOS電平（用電平（用0V0.8V表示表示0,2V+5V表示表示“1”）不兼容）不兼容。因此為了實(shí)現(xiàn)TTL或MOS電路的連接，要外加電路（如MAX232）

19、實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 由于RS - 232C發(fā)送端和接收端之間的信號(hào)采用多芯信號(hào)線，而多芯信號(hào)線的總負(fù)載電容不能超過2 500 pF，所以RS-232C的信號(hào)傳信號(hào)傳輸距離僅為幾十米，傳輸速率小于輸距離僅為幾十米，傳輸速率小于20kbps。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 4. 過程特性 過程特性規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確地規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。如果通信雙方均具備RS-232C接口，則二者可以直接連接，不必考慮電平轉(zhuǎn)換問題。 但是對(duì)于單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過對(duì)于單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過RS-232C的連接，必須考的連接，必須考慮電

20、平轉(zhuǎn)換問題，慮電平轉(zhuǎn)換問題，因?yàn)镸CS-51系列單片機(jī)串行口不是標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口 。 遠(yuǎn)程RS - 232C通信需要調(diào)制解調(diào)器，如圖6.10所示。近程通信RS-232C(通信距離15 m內(nèi))可以不使用調(diào)制解調(diào)器，其連接方法可有以下幾種，如圖6.11所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.10 遠(yuǎn)程RS-232C通信連接圖6.11 近程RS-232C通信連接第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 5. RS-232C電平與TTL電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過RS-232C的連接，必須考慮電平轉(zhuǎn)換問題。早期常用的電平轉(zhuǎn)換芯片為MC

21、1488、MC1489。近年來多采用片內(nèi)帶有自升壓電路的芯片。近年來多采用片內(nèi)帶有自升壓電路的芯片。如如MAXM232，它僅需，它僅需+5V電源，電源，內(nèi)置電子升壓泵將+5V轉(zhuǎn)換成-10V+10V。該芯片內(nèi)含2個(gè)發(fā)送器，2個(gè)接收器，且與TTL/CMOS電平兼容，使用非常方便。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 6. 采用RS-232C接口存在的問題問題 1）傳輸距離短、速率低）傳輸距離短、速率低 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，傳輸距離一般不超過15米。最高傳輸速率為20bps。2）有電平偏移）有電平偏移 RS-232C接口收發(fā)雙方共地的情況下，當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時(shí)

22、，兩端的地電位差別較大，信號(hào)地上會(huì)有較大的地電流并產(chǎn)生壓降，一方輸出的邏輯電平到達(dá)對(duì)方時(shí)，其邏輯電平可能偏移較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生邏輯錯(cuò)誤。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3）抗干擾能力差 RS-232C采用單端輸入輸出，傳輸過程中的干擾和噪聲會(huì)混在正常的信號(hào)中。為了提高信噪比， RS-232C標(biāo)準(zhǔn)不得不采用較大的電壓擺幅。 針對(duì)RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)存在的問題，EIA協(xié)會(huì)制定了新的串行通信標(biāo)準(zhǔn)新的串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS-422A和和RS-485。它們是平衡型電壓數(shù)字接口電路的電氣標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)改善了串行通信的傳輸特性。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行

23、通信技術(shù) 6.2 AT89C51的串行接口的串行接口 一、 串行接口的結(jié)構(gòu)及功能 AT89C51串行口的結(jié)構(gòu)框圖如圖6.12所示，主要由發(fā)送器、接收器和串行控制寄存器組成。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 門電路發(fā)送控制器1接收控制器輸入移位寄存器發(fā)送SBUF(99H)接收SBUF(99H)同步時(shí)鐘串行口控制寄存器(98H)內(nèi)部總線串行口中斷TIRITXD(P3.1)RXD(P3.0)圖6.12 AT89C51串行口結(jié)構(gòu)框圖 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖中有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器 SBU

24、F，它，它們占用同一地址們占用同一地址99H，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器發(fā)送緩沖器只能寫入，只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出接收緩沖器只能讀出，不能寫入。 接收器主要由接收緩沖寄存器SBUF，接收移位寄存器和接收控制器組成。接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)，在前一個(gè)字節(jié)被從接收緩沖器讀出之前，第二個(gè)字節(jié)即開始被接收（串行輸入至移位寄存器），但是在第二個(gè)字節(jié)接收完畢而前一個(gè)字節(jié)CPU未讀取時(shí)，會(huì)丟失前一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。 發(fā)送器主要由發(fā)送緩沖寄存器SBUF和發(fā)送控制器組成。對(duì)于發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串

25、行通信技術(shù) 二、串行口控制寄存器 串行口控制寄存器SCON（字節(jié)地址為98H）用于設(shè)置串行口的工作方式、監(jiān)視串行口工作狀態(tài)、發(fā)送與接收的狀態(tài)控制等。它是一個(gè)既可字節(jié)尋址又可位尋址的特殊功能寄存器。其格式如圖6.13所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.13 控制寄存器SCON的格式 位名稱位號(hào)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI76543210第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) SCON寄存器各位的功能如下： (1) SM0、SM1：串行口工作方式選擇位：串行口工作方式選擇位，可構(gòu)成四種工作方式，如表6-2所示。 (2) S

26、M2：在方式2和方式3中多機(jī)通信的控制位。 (3) REN：串行接收允許位。：串行接收允許位。由軟件置REN = 1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN = 0，則禁止接收。 (4) TB8：在方式2或方式3中，是將要發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)，由軟件置位或清零，它可作為數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)位，也可在多機(jī)通信中作為地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位使用。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 表6-2 串行口工作方式選擇SM0 SM1工作方式功能波特率0 00 11 01 1方式0方式1方式2方式3移位寄存器10位異步收發(fā)11位異步收發(fā)11位異步收發(fā)fosc/12可變fosc/6或fosc/32可變

27、第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) (5) RB8：在方式2或方式3中，是已接收到的第九位數(shù)據(jù)第九位數(shù)據(jù)，可作為奇偶校驗(yàn)位作為奇偶校驗(yàn)位。 (6) TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。 (7) RI：接收中斷標(biāo)志位。：接收中斷標(biāo)志位。方式0中，在接收完第8位數(shù)據(jù)時(shí)由硬件置位。在方式0當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。也必須在

28、中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng) (8) SMOD：為波特率選擇位為波特率選擇位。電源控制寄存器PCON中的第八位也與串行口有關(guān)，如圖6.14所示。當(dāng)當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提時(shí)，波特率提高一倍，復(fù)位時(shí)，高一倍，復(fù)位時(shí)，SMOD=0。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.14 電源控制寄存器PCON的格式位號(hào)76543210位名稱SMOD第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 三、三、 串行通信的工作方式串行通信的工作方式 1工作方式工作方式0 在方式0下，串行口是作為同步移位寄存器使用的同步移位寄存器使用的。其波特率固定為單

29、片機(jī)振蕩頻率波特率固定為單片機(jī)振蕩頻率(fosc)的的1/12，串行傳串行傳送數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)8位為一幀位為一幀(沒有起始、停止、奇偶校驗(yàn)位)。 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由RXD端輸出或輸入端輸出或輸入，低位在前，高位在后。TXD端輸出同步移位脈沖端輸出同步移位脈沖，可以作為外部擴(kuò)展的移位寄存器的移位時(shí)鐘，因而串行口方式因而串行口方式0常用于擴(kuò)展外部常用于擴(kuò)展外部并行并行I/O口?？凇?第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 1）工作原理 （1）發(fā)送（輸出） 執(zhí)行指令（如MOV SBUF, A）,就啟動(dòng)發(fā)送。 在發(fā)送過程中由RXD端將寫入SBUF寄存器中的數(shù)據(jù)依照從低位到高位的次序按位送數(shù)據(jù)

30、依照從低位到高位的次序按位送出出，同時(shí)由TXD端輸出移位時(shí)鐘脈沖。 一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，串行口自動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)和移位時(shí)鐘脈沖，并置位并置位TI申請(qǐng)申請(qǐng)中斷。中斷。TI必須由軟件清零。以便下一次傳送。 從寫SBUF到TI置位，相隔9個(gè)機(jī)器周期，完成了發(fā)送1幀數(shù)據(jù)的全過程。如圖6.15所示。圖6.15 方式0數(shù)據(jù)輸出時(shí)序第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.16 方式方式0擴(kuò)展并行輸出口擴(kuò)展并行輸出口 串行發(fā)送時(shí)，外部可擴(kuò)展一片(或幾片)串入并出串入并出的移位寄存器（如74LS164)，如圖6.16所示。RXDTXD89C51ABCLK數(shù)據(jù)輸出移位脈沖

31、1233 4 5 6 10 11 12 1374LS164D7D6D5D4D3D2D1 D0第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) （2）接收（輸入） 當(dāng)REN= 1,RI=0時(shí)，就啟動(dòng)串行口接收。 在接收過程中，由TXD端輸出移位時(shí)鐘脈沖，控制外圍設(shè)備將8位數(shù)據(jù)按位移入串行口的RXD端，并通過串行口內(nèi)部的輸入移位寄存器將數(shù)據(jù)存入SBUF接收寄存器。 當(dāng)串行口控制電路檢測(cè)到最后一次移位結(jié)束結(jié)束后，接收過程告終，并置位置位RI申請(qǐng)申請(qǐng)中斷中斷。RI也必須由軟件清零。從啟動(dòng)接收到RI置位，相隔9個(gè)機(jī)器周期，完成了接收1幀數(shù)據(jù)的全過程。 時(shí)序圖如圖6.17所示。 圖6.17 方

32、式0數(shù)據(jù)輸入時(shí)序第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.18 方式方式0擴(kuò)展并行輸入口擴(kuò)展并行輸入口 串行接收時(shí)，外部可擴(kuò)展一片(或幾片)并入串出并入串出的移位寄存器（如74LS165），如圖6.18所示。QCLK654314 13 12 11數(shù)據(jù)輸入移位脈沖RXDTXD80C5174LS165D7D6D5D4D3D2D1D0第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2工作方式1 在方式在方式1下，串行口工作在下，串行口工作在10位幀格式位幀格式，發(fā)送或接收一幀信息中，除除8位數(shù)據(jù)移位外，還包含一個(gè)起始位位數(shù)據(jù)移位外，還包含一個(gè)起始位(0)和一個(gè)

33、停止位和一個(gè)停止位(1)，其格，其格式如圖式如圖6.19所示所示。 工作方式工作方式1的波特率是可變的的波特率是可變的，由定時(shí)器由定時(shí)器T1的計(jì)數(shù)溢出率決定的計(jì)數(shù)溢出率決定。相應(yīng)的公式為：波特率= 定時(shí)器T1溢出率322SMOD第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) D0D1D2D3D4D5D6D71D0D11D700第n1字符幀第n字符幀8位數(shù)據(jù)起始位停止位圖6.19 串行口方式1的幀格式第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 定時(shí)器定時(shí)器T1的計(jì)數(shù)溢出率計(jì)算公式為：的計(jì)數(shù)溢出率計(jì)算公式為：定時(shí)器T1溢出率= 值 初 1T2112foscK 式中，

34、K為定時(shí)器為定時(shí)器T1的位數(shù)的位數(shù)，與定時(shí)器T1的工作方式有關(guān)(見第5章介紹)，則波特率計(jì)算公式為：波特率= 值 初 1T2112fosc322KSMOD第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 1) 發(fā)送發(fā)送 發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)從TXD端輸出，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。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所傳送的波特率取決于定時(shí)器1的溢出率和PCON中的SMOD位。2) 接收接收 接收時(shí)，由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

35、，同時(shí)置中斷標(biāo)志RI；否則信息將丟失。所以，方式1接收時(shí)，應(yīng)先用軟件清除RI或SM2標(biāo)志。 方式1時(shí)串行口的發(fā)送和接收時(shí)序如圖6.20所示。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.20 串行口方式1的時(shí)序圖第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3方式方式2和方式和方式3 在方式在方式2和方式和方式3下，串行口工作在下，串行口工作在11位異步通信方式。位異步通信方式。一幀一幀信息包含一個(gè)起始位信息包含一個(gè)起始位“0”，八個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)可編程第九數(shù)據(jù)位，八個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)可編程第九數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位和一個(gè)停止位“1”。其中可編程位是。其中可編程位

36、是SCON中的中的TB8位，在八個(gè)位，在八個(gè)數(shù)據(jù)位之后，可作奇偶校驗(yàn)位或地址數(shù)據(jù)位之后，可作奇偶校驗(yàn)位或地址/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位使用，由使數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位使用，由使用者確定。用者確定。其幀格式如圖6.21所示。 區(qū)別：方式區(qū)別：方式2的波特率固定為晶振頻率的的波特率固定為晶振頻率的1/64或或1/32 ；方式；方式3的波特率由定時(shí)器的波特率由定時(shí)器T1的計(jì)數(shù)溢出率決定，確定方法與工作方式的計(jì)數(shù)溢出率決定，確定方法與工作方式1中的完全一樣。中的完全一樣。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D110/1100第 n 1字 符 幀第 n

37、字 符 幀8位 數(shù) 據(jù)起始位停止位奇 偶校 驗(yàn)圖6.21 串行口方式2、3幀格式圖第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 1）方式2和方式3輸出 當(dāng)CPU向發(fā)送SBUF寫入一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，串行口發(fā)送過程就被啟動(dòng)了。TB8寫入輸出移位寄存器的第9位，8位數(shù)據(jù)裝入SBUF。 發(fā)送開始時(shí)，先把起始位0輸出到TXD端。經(jīng)一位時(shí)間后，發(fā)送移位寄存器的輸出位（D0）到TXD端。之后，每一個(gè)移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD端輸出。 結(jié)束時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位，并置T11，向CPU請(qǐng)求中斷。2）方式2和方式3輸入 軟件使接收允許位REN為1后，接收開始啟動(dòng)。 接收時(shí)

38、，數(shù)據(jù)從右邊移入輸入移位寄存器，1從左邊移出，在起始位0移到最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。 當(dāng)RI0，且SM2=0時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收SBUF和RB8，置RI = 1，向CPU請(qǐng)求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位RI，一位時(shí)間后繼續(xù)搜索RXD端的負(fù)跳變。 時(shí)序如圖6.22所示 。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.22 串行口方式2、3時(shí)序圖第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 四、串行口波特率確定和初始化1. 波特率計(jì)算 串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式

39、波特率計(jì)算公式也不相同。 具體如下：第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2. 波特率的選擇 實(shí)際應(yīng)用中，波特率要選擇為標(biāo)稱值標(biāo)稱值，又由于TH1的初值是整數(shù)，為了減小波特率計(jì)算誤差，晶振頻率要選擇為晶振頻率要選擇為11.0592MHZ。所以方式1和方式3波特率與TH1初值的對(duì)應(yīng)基本上是確定的，如表6-3所示。波特率（bps）19.2K9600480024001200TH1初值FDHFDHFAHF4HE8HSMOD10000表6-3 方式1、3常用波特率與TH1的初值關(guān)系表注: 此時(shí)，T1工作在方式2，晶振頻率為11.0592MHZ。第第9 9章章 串行接口及串行通信技

40、術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3.串行口的初始化 具體步驟如下：1）確定定時(shí)器1的工作方式（編程TMOD寄存器）；2）計(jì)算定時(shí)器1的初值，裝載TH1、TL1;3）啟動(dòng)定時(shí)器1(編程TCON中的TRl位)；4）確定串行口控制（編程SCON寄存器）5）串行口在中斷方式工作時(shí)，須開CPU的中斷源（編程IE、 IP寄存器）。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 6.3 AT89C51串行接口的應(yīng)用與編程串行接口的應(yīng)用與編程 一、利用單片機(jī)串行口擴(kuò)展并行I/O口 串行口工作方式0主要用于擴(kuò)展并行I/O口，擴(kuò)展成并行輸出口時(shí)，需要外接一片8位串行輸入并行輸出的同步移位寄存器74HC16

41、4。擴(kuò)展成并行輸入口時(shí)，需要外接一片或幾片并行輸入串行輸出的同步移位寄存器74HC165。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 數(shù)據(jù)的串行輸出或輸入可采用中斷方式，也可采用查詢標(biāo)志位TI、RI的方法，在移位初始化時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。 例 利用串行口工作在方式0，外擴(kuò)一片74HC164構(gòu)成一個(gè)三位LED動(dòng)態(tài)顯示器，并將內(nèi)部RAM顯示單元65H、66H、67H中的內(nèi)容輸出顯示。如圖6.24所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 111P1.0P1.1P1.2RXDTXD89C5174LS164SASBCLKVCCCLR5 V圖6.24 串行動(dòng)態(tài)

42、顯示圖 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 主程序如下：ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN：MOV SCON，#00H ；串行口初始化為方式0 SETB P1.2 ；消去最高顯示位 SETB P1.1 MOV SBUF，65H ；傳送最低顯示位 JNB TI，$ ；傳送沒結(jié)束，等待第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) CLR P1.0 ；最低位顯示 CLR TI ；清中斷標(biāo)志位 LCALL D10ms ；調(diào)延時(shí)子程序，維持狀態(tài) SETB P1.0 ；消去最低顯示位 MOV SBUF，66H ；傳送中間顯示位 JNB

43、TI，$ ；等待傳送結(jié)束 CLR P1.1 ；顯示中間位 CLR TI ；清中斷標(biāo)志位第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) LCALL D10ms ；調(diào)延時(shí)子程序，維持狀態(tài) SETB P1.1 ；消去中間顯示位 MOV SBUF，67H ；傳送最高顯示位 JNB TI，$ ；等待傳送結(jié)束 CLR P1.2 ；顯示最高顯示位 CLR TI ；清中斷標(biāo)志位D10ms: MOV R5, #10D1ms: MOV R4,#249 DL: NOP NOP DJNZ R4,DL DJNZ R5,D1ms RETEND第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 二、

44、單片機(jī)與單片機(jī)的通信 有兩個(gè)單片機(jī)子系統(tǒng)，它們均能獨(dú)立地完成主系統(tǒng)的某一功能，且這兩個(gè)子系統(tǒng)具有一定的信息交換需求，這時(shí)就可以用串行通信的方式將兩個(gè)子系統(tǒng)連接起來。1. 硬件連接 若兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)距離近，只要將兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的TXD和RXD引出線交叉相連即可；若兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，要采用RS-232C接口進(jìn)行連接，如圖6.25所示。 第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 圖6.25 雙機(jī)通信連接圖第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 2.通信協(xié)議 采用方式1進(jìn)行通信，每幀信息為10位，波特率為2400bps，T1作定時(shí)器用，工作在方式2，晶振

45、頻率用11.0592MHZ，查表6.3得TH1=TL1=0F4H，PCON寄存器的SMOD位為0。 通信時(shí)，首先A機(jī)發(fā)送“E1H”請(qǐng)求傳輸數(shù)據(jù)。B機(jī)收到后回答一個(gè)”E2H”應(yīng)答信號(hào)，表示同意接收。當(dāng)A機(jī)收到應(yīng)答信號(hào)”E2H“后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)都要計(jì)算”校驗(yàn)和“，假定數(shù)據(jù)塊長度為15個(gè)字節(jié)，起始地址為40H，數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢后立即發(fā)送”校驗(yàn)和“。 然后B機(jī)接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，起始地址也為40H，每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)便計(jì)算一次”校驗(yàn)和“，當(dāng)收完數(shù)據(jù)塊后，再接收A機(jī)發(fā)來的”校驗(yàn)和“，并將它與B機(jī)求出的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。若兩者相等，說明接收正確，B機(jī)回答00H；若兩者不等，說明接

46、收不正確，B機(jī)回答FFH，請(qǐng)求重發(fā)。A機(jī)收到答復(fù)為00H則結(jié)束發(fā)送。若答復(fù)非0，則重新發(fā)送數(shù)據(jù)。第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) 3.程序及流程圖A機(jī)程序：ORG 0000HLJMP AMAINORG 0030HAMAIN：MOV SP,#5FHMOV TMOD, # 20H ;初始化定時(shí)器1為模式2MOV TH1, #0F4H;裝載定時(shí)器初值MOV TLl,#0F4HMOV SCON,#50HMOV PCON, # 00HSETB TR1;啟動(dòng)定時(shí)器CALL INIT;生成調(diào)試用數(shù)據(jù)DIALOG: MOV A,#0E1H;發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)CALL TXBYTECALL

47、RXBYTE;接收B機(jī)返回信號(hào)CJNE A,#0E2H,DIALOG ;B機(jī)允許發(fā)送？RETX: CALL TXDATACALL RXBYTECJNE A,#00H,DIALOG ;B機(jī)接收正確？AJMP DIALOG第第9 9章章 串行接口及串行通信技術(shù)串行接口及串行通信技術(shù) TXBYTE: MOV SBUF,A;發(fā)送子程序JNB TI,$CLR TIRETRXBYTE: JNB RI,$;接收子程序MOV A,SBUFCLR RIRETTXDATA: MOV R7,#15;發(fā)送數(shù)據(jù)塊子程序MOV R0,#40HMOV R6,#00HLDATA: MOV A,R0CALL TXBYTEMOV A,R6ADD A,R0;求校驗(yàn)和MOV R6,A;保存校驗(yàn)和INC R0DJN