單片機的串行通信

第7章

單片機的串行通信

1本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)單片機串行通信I/O接口的結(jié)構(gòu)串行通信控制寄存器單片機串行通信的工作方式串行通信應(yīng)用。2通信方式7.1串行通信的概念

7.1.1異步通信與同步通信

并行通信—空間上區(qū)分各位數(shù)據(jù)及聯(lián)絡(luò)控制信號。占用傳輸線多，速度快。串行通信—時間上區(qū)分各位數(shù)據(jù)及聯(lián)絡(luò)控制信號。占用傳輸線少，速度慢。3一、串行通信方式

信息傳輸在一個方向上只占用一跟通信線，它既作為數(shù)據(jù)線，又作為聯(lián)絡(luò)線。

信息格式上分

異步通信方式:按字符傳輸同步通信方式:按數(shù)據(jù)塊傳輸

41.異步通信數(shù)據(jù)格式停止位起始位低位高位7位數(shù)據(jù)位奇偶校驗停止位第N個字符第N-1個字符1052．同步通信SYNC

（SynchronousDataCommunication）

在同步通信中，數(shù)據(jù)或字符開始處是用

同步字符來指示（一般約定為1～2個字符），以實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，一旦檢測到約定同步字符，下面就連續(xù)按順序接收數(shù)據(jù)。67.1.2串行通信的波特率波特率（bps）是異步通信中數(shù)據(jù)傳送速率的單位，其意義是每秒傳送多少位二進制數(shù)。例如：數(shù)據(jù)傳送的速率為120個字符每秒，每個字符由1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位組成，則其傳送波特率為：

10b×120／s＝1200bps＝1200波特77.1.3串行通信的方式按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工（halfduplex）制式和全雙工（fullduplex）制式。1．半雙工制式在半雙工制式下，甲機和乙機之間只有一個通信回路，接收和發(fā)送不能同時進行，只能分時發(fā)送和接收。演示思考：實際生活的例子？82．全雙工制式

在全雙工制式下，甲、乙兩機之間數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可以同時進行，稱為全雙工傳送。不管哪種形式的串行通信，在兩機之間均應(yīng)有共地線。思考：實際生活的例子？97.2串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口

7.2.1RS-232C接口

RS-232C是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示RecommendedStandard，232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識號，C表示最后一次修定。RS-232C主要用來定義計算機系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的電氣性能。10RS-232C串行接口總線適用于：設(shè)備之間的通信距離不大于15m，傳輸速率最大為20kb/s。

1.?RS-232C信息格式標(biāo)準(zhǔn)RS-232C采用串行格式，如圖7-5所示。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：信息的開始為起始位，信息的結(jié)束為停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校驗位。如果兩個信息之間無信息，則寫“1”，表示空。11圖7-5RS-232C信息格式

122.?RS-232C電平轉(zhuǎn)換器

RS-232C規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在TTL電路之前研制的，所以它的電平不是+5V和地，而是采用負(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，使用時必須進行電平轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒壞，實際應(yīng)用時必須注意！常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路是傳輸線驅(qū)動器MC1488和傳輸線接收器MC1489。

13圖7-6MAX232引腳圖

常用的電平轉(zhuǎn)換電路是MAX232。圖7.7為MAX232的引腳圖。14接計算機接單片機1516

3.RS-232C總線規(guī)定1718RS-232C引腳圖RS-232C標(biāo)準(zhǔn)總線為25根，采用標(biāo)準(zhǔn)的D型25芯插頭座。各引腳的排列如圖。DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備(如個人計算機)DCE：數(shù)據(jù)電路終接設(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)送時鐘第2路接收數(shù)據(jù)接收時鐘未用第2路請求發(fā)送數(shù)據(jù)終端就緒數(shù)據(jù)信號檢測振鈴指示數(shù)據(jù)信號速率選擇發(fā)送時鐘未用未用保護地N.A發(fā)送數(shù)據(jù)到DCE接收數(shù)據(jù)到DCE請求發(fā)送到DCE允許發(fā)送到DTE數(shù)據(jù)置位就緒到DTE信號地N.A載波檢測到DTE留作調(diào)試用第2路載波檢測到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DCE19

7.2.2RS-449、RS-422A、RS-423A標(biāo)準(zhǔn)接口RS-232C雖然應(yīng)用廣泛，但因為推出較早，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中存在以下缺點：數(shù)據(jù)傳輸速率慢，傳輸距離短，未規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的連接器，接口處各信號間易產(chǎn)生串?dāng)_。鑒于此，EIA制定了新的標(biāo)準(zhǔn)RS-449，該標(biāo)準(zhǔn)除了與RS-232C兼容外，在提高傳輸速率，增加傳輸距離，改善電氣性能等方面有了很大改進。1.RS-449標(biāo)準(zhǔn)接口RS-449是1977年公布的標(biāo)準(zhǔn)接口，在很多方面可以代替RS-232C使用。20RS-449與RS-232C的主要差別在于信號在導(dǎo)線上的傳輸方法不同：RS-232C是利用傳輸信號與公共地的電壓差，RS-449是利用信號導(dǎo)線之間的信號電壓差，在1219.2m的24-AWG雙鉸線上進行數(shù)字通信。RS-449規(guī)定了兩種接口標(biāo)準(zhǔn)連接器，一種為37腳，一種為9腳。RS-449可以不使用調(diào)制解調(diào)器，它比RS-232C傳輸速率高，通信距離長，且由于RS-449系統(tǒng)用平衡信號差傳輸高速信號，所以噪聲低，又可以多點或者使用公共線通信，故RS-449通信電纜可與多個設(shè)備并聯(lián)。212.?RS-422A、RS-423A標(biāo)準(zhǔn)接口RS-422A文本給出了RS-449中對于通信電纜、驅(qū)動器和接收器的要求，規(guī)定雙端電氣接口形式，其標(biāo)準(zhǔn)是雙端線傳送信號。它具體通過傳輸線驅(qū)動器，將邏輯電平變換成電位差，完成發(fā)送端的信息傳遞；通過傳輸線接收器，把電位差變換成邏輯電平，完成接收端的信息接收。RS-422A比RS-232C傳輸距離長、速度快，傳輸速率最大可達10Mb/s，在此速率下，電纜的允許長度為12m，如果采用低速率傳輸，最大距離可達1200m。

22

7.2.320mA電流環(huán)路串行接口20mA電流環(huán)是目前串行通信中廣泛使用的一種接口電路。電流環(huán)串行通信接口的最大優(yōu)點是低阻傳輸線對電氣噪聲不敏感，而且易實現(xiàn)光電隔離，因此在長距離通信時要比RS-232C優(yōu)越得多。圖7-9是一個實用的20mA電流環(huán)接口電路。它是一個加上光電隔離的電流環(huán)傳送和接收電路。在發(fā)送端，將TTL電平轉(zhuǎn)換為環(huán)路電流信號，在接收端又轉(zhuǎn)換成TTL電平。23圖7.1120mA電流環(huán)接口電路

TTL數(shù)據(jù)入TTL數(shù)據(jù)出24

通信需要考慮的因素：

(1)通信速度和通信距離。通常的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，都要滿足可靠傳輸時的最大通信速度和傳送距離指標(biāo)，但這兩個指標(biāo)具有相關(guān)性，適當(dāng)降低傳輸速度，可以提高通信距離，反之亦然。例如，采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)進行單向數(shù)據(jù)傳輸時，最大的傳輸速度為20kb/s，最大的傳輸距離為15m。而采用RS-422A標(biāo)準(zhǔn)時，最大的傳輸速度可達10Mb/s，最大的傳輸距離為300m，適當(dāng)降低傳輸速度，傳輸距離可達1200m。25

(2)抗干擾能力。通常選擇的標(biāo)準(zhǔn)接口，在保證不超過其使用范圍時都有一定的抗干擾能力，以保證可靠的信號傳輸。但在一些工業(yè)測控系統(tǒng)中，通信環(huán)境十分惡劣，因此在通信介質(zhì)選擇、接口標(biāo)準(zhǔn)選擇時，要充分考慮抗干擾能力，并采取必要的抗干擾措施。例如在長距離傳輸時，使用RS-422A標(biāo)準(zhǔn)，能有效地抑制共模信號干擾；使用20mA電流環(huán)技術(shù)，能大大降低對噪聲的敏感程度。在高噪聲污染的環(huán)境中，通過使用光纖介質(zhì)可減少噪聲的干擾，通過光電隔離可以提高通信系統(tǒng)的安全性。267.3MCS-51的串行接口

7.3.1MCS-51串行口結(jié)構(gòu)

MCS-51內(nèi)部有兩個獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF。SBUF屬于特殊功能寄存器。發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，二者共用一個字節(jié)地址（99H）。串行口的結(jié)構(gòu)如圖7-10所示。

27281．串行口控制寄存器SCONSM0、SM1：控制串行口的工作方式。SM2：允許方式2和方式3進行多機通信控制位。REN：允許串行接收控制位。REN=1，允許接收。TB8：是工作在方式2和方式3時要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置位和復(fù)位。RB8：是工作在方式2和方式3時接收到的第9位數(shù)據(jù)。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。必須由軟件清零。RI：接收中斷標(biāo)志位。必須由軟件清零。29SM0、SM1：串行口工作方式選擇位302．特殊功能寄存器PCONSMOD：波特率倍增位。當(dāng)SMOD=1時，波特率加倍；當(dāng)SMOD=0時，波特率不加倍。GF1、GF0：兩個通用標(biāo)志位，用戶使用。

思考：該兩位的作用是什么？317.3.2單片機串行口的工作方式1．方式0串行接口工作方式0為同步移位寄存器方式，多用于I/O口的擴展，其波特率是固定的，為fosc/12。TXD引腳輸出同步移位脈沖，RXD引腳串行輸入/輸出。2．方式1在方式l時，串行口被設(shè)置為波特率可變的8位異步通信接口。發(fā)送/接收1幀數(shù)據(jù)為10位，其中1位起始位、8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）和1位停止位。323．方式2串行口工作為方式2時，被定義為9位異步通信接口。發(fā)送/接收1幀數(shù)據(jù)為11位，其中1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位控制/校驗位和1位停止位。控制/校驗位為第9位數(shù)據(jù)。4．方式3方式3為波特率可變的11位異步通信方式，除了波特率有所區(qū)別之外，其余同方式2。337.3．3串行通信的波特率（1）方式0的波特率在方式0下，串行口通信的波特率是固定的，其值為fosc/12（fosc為主機頻率）。（2）方式2的波特率在方式2下，通信波特率為fosc/32或fosc/64，根據(jù)特殊功能寄存器PCON中SMOD位的狀態(tài)來決定串行口在那個波特率下工作。選擇公式為：34（3）方式1或方式3的波特率

在這兩種方式下，串行口波特率是由定時器的溢出率決定的，因而波特率是可變的。波特率的公式為：式中：K為定時器T1的位數(shù)。357.4單片機串行口的應(yīng)用

7.4.1串行口擴展顯示器【例7-1】用8位串入并出移位寄存器74HC164擴展顯示器。36功能：把數(shù)據(jù)從顯示緩沖區(qū)送到數(shù)碼管。

ORG1000HMOVR2，＃08H ；顯示8個數(shù)碼管MOVR0，＃DIS

；顯示緩沖區(qū)未地址送入R0DL0：MOVA，＠R0 ；取要顯示數(shù)作查表偏移量

MOVDPTR，＃TAB ；指向字形表首MOVCA，＠A＋DPTR；查表得字形碼

MOVSBUF，A ；發(fā)送顯示DL1：JNBT1，DL1

；等待發(fā)送完一幀CLRT1 ；清中斷標(biāo)志，準(zhǔn)備繼續(xù)發(fā)送DECR0 ；更新顯示單元DJNZR2，DL0 ；重復(fù)顯示所有數(shù)碼管

37TAB：DB0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H

；0，1，2，3，4，

DB92H，82H，0F8H，80H，90H

；5，6，7，8，9，

DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H

；A，B，C，D，E，

DB8EH，0BFH，8CH，0FFH

；F，－，P，暗387.4.2串行口擴展的鍵盤在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，以8位數(shù)據(jù)為一幀，先發(fā)送或接收最低位，每個機器周期發(fā)送或接收一位，故其波特率是固定的，為fosc／12。串行數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）端輸入或輸出。

3940

ORG 0100HSTART： MOV R0，＃50H ;片內(nèi)RAMMOV DPTR，#TAB RCVI：MOV SCON，＃10H；設(shè)置串口0并接收

JNB RI，$ ；一幀接收完畢CLR RI MOV A，SBUF ；讀數(shù)據(jù)MOV R0，#0 ；初始鍵號 MOV R1，#0 ；查詢健計數(shù)器

LP1： RRC A ；從低位健判斷

JNC N1 ；c不等于1，有健INC R0 ；初始鍵號加一INC R141

CJNER1，＃08，LP1；8個是否判斷完畢

SJMPRCVI

N1:MOVA，R0

ADDA，A

JMP＠A＋DPTR；有健按下

TAB:AJMPOPR0；轉(zhuǎn)向0號健

AJMPOPR1

…

AJMPOPR7

OPR0： …

LJMPSTART

OPR7： …

LJMPSTART

END427.4.3雙機通信

【例7-3】編程把甲機片內(nèi)RAM50H～5FH單元中的數(shù)據(jù)塊從串行口輸出。定義在方式3下發(fā)送，TB8作奇偶校驗位。采用定時器1方式2作波特率發(fā)生器，波特率為1200波特，fosc＝11．0592MHz，預(yù)置值TH1＝0E8H。43

編程使乙機從甲機接收16個字節(jié)數(shù)據(jù)塊，并存入片外3000H～300FH單元。接收過程中要求判奇偶校驗標(biāo)志RB8。若出錯則置F0標(biāo)志為1，若正確則置F0標(biāo)志為0，然后返回。

44發(fā)送子程序如下：

ORG0000H

MOVTMOD，#20H;設(shè)置定時器1為方式2

MOVTL1，＃0E8H；設(shè)預(yù)置值MOVTH1，＃0E8H

SETBTRI

；啟動定時器1

MOVSCON，＃0C0H；設(shè)置串行口為方式3MOVPCON，＃00H；SMOD＝0

MOVR0，#50H ；設(shè)數(shù)據(jù)塊指針MOVR7，＃10H ；設(shè)數(shù)據(jù)長度10H45

TRS:MOV A，＠R0；取數(shù)據(jù)送至AMOV C，PMOV TB8，C；奇偶位P送至TB8MOV SBUF，A ;啟動發(fā)送