單片機相關課件第七課串口

51單片機串行口詳解2、80C51的串行口1、計算機串行通信基礎3、單片機串行口應用舉例計算機通信是將計算機技術和通信技術的相結合，完成計算機與外部設備或計算機與計算機之間的信息交換?？梢苑譃閮纱箢悾翰⑿型ㄐ排c串行通信。并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時進行傳送。并行通信控制簡單、傳輸速度快；由于傳輸線較多，長距離傳送時成本高且接收方的各位同時接收存在困難。

串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送。串行通信的特點：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復雜。

串行通信的基本概念

一、異步通信與同步通信1、異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設備的時鐘盡可能一致。

異步通信的數(shù)據(jù)格式：異步通信的特點：不要求收發(fā)雙方時鐘的嚴格一致，實現(xiàn)容易，設備開銷較小，但每個字符要附加2～3位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。2、同步通信同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方達到完全同步。此時，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關系，也保持字符同步關系。發(fā)送方對接收方的同步可以通過兩種方法實現(xiàn)。

外同步自同步二、串行通信的傳輸方向1、單工單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個方向，不能實現(xiàn)反向傳輸。2、半雙工半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個方向，但需要分時進行。3、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時進行雙向傳輸。

單工半雙工全雙工四、串行通信的錯誤校驗

1、奇偶校驗在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗位（1或0）。奇校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應為奇數(shù)；偶校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應為偶數(shù)。接收字符時，對“1”的個數(shù)進行校驗，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)了差錯。3、循環(huán)冗余校驗（CRC）這種校驗是通過某種數(shù)學運算實現(xiàn)有效信息與校驗位之間的循環(huán)校驗，常用于對磁盤信息的傳輸、存儲區(qū)的完整性校驗等。這種校驗方法糾錯能力強，廣泛應用于同步通信中。2、代碼和校驗代碼和校驗是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個字節(jié)的校驗字符（校驗和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時對數(shù)據(jù)塊（除校驗字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結果與發(fā)送方的“校驗和”進行比較，相符則無差錯，否則即認為傳送過程中出現(xiàn)了差錯。五、傳輸速率與傳輸距離

1、傳輸速率比特率是每秒鐘傳輸二進制代碼的位數(shù)，單位是：位／秒（bps）。如每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含10位(1個起始位、1個停止位、8個數(shù)據(jù)位)，這時的比特率為：

10位×240個/秒=2400bps波特率表示每秒鐘調(diào)制信號變化的次數(shù)，單位是：波特（Baud）。波特率和比特率不總是相同的，對于將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同電壓表示的所謂基帶傳輸，比特率和波特率是相同的。所以，我們也經(jīng)常用波特率表示數(shù)據(jù)的傳輸速率。6.1.2串行通信接口標準

一、RS-232C接口

RS-232C是EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）1969年修訂RS-232C標準。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設備（DCE）之間的物理接口標準。1、機械特性RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器，連接器的尺寸及每個插針的排列位置都有明確的定義。（陽頭）2、功能特性4、過程特性過程特性規(guī)定了信號之間的時序關系，以便正確地接收和發(fā)送數(shù)據(jù)

。遠程通信連接近程通信連接6、采用RS-232C接口存在的問題1、傳輸距離短，傳輸速率低

RS-232C總線標準受電容允許值的約束，使用時傳輸距離一般不要超過15米（線路條件好時也不超過幾十米）。最高傳送速率為20Kbps。2、有電平偏移

RS-232C總線標準要求收發(fā)雙方共地。通信距離較大時，收發(fā)雙方的地電位差別較大，在信號地上將有比較大的地電流并產(chǎn)生壓降。3、抗干擾能力差

RS-232C在電平轉(zhuǎn)換時采用單端輸入輸出，在傳輸過程中當干擾和噪聲混在正常的信號中。為了提高信噪比，RS-232C總線標準不得不采用比較大的電壓擺幅。二、RS-485接口

RS-485的信號傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯1和邏輯0。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線，接收方也需要兩根傳輸線。傳輸線采用差動信道，所以它的干擾抑制性極好，又因為它的阻抗低，無接地問題，所以傳輸距離可達1200米，傳輸速率可達1Mbps。

RS-485是一點對多點的通信接口，一般采用雙絞線的結構。普通的PC機一般不帶RS485接口，因此要使用RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器。對于單片機可以通過芯片MAX485來完成TTL/RS-485的電平轉(zhuǎn)換。在計算機和單片機組成的RS-485通信系統(tǒng)中，下位機由單片機系統(tǒng)組成，上位機為普通的PC機，負責監(jiān)視下位機的運行狀態(tài)，并對其狀態(tài)信息進行集中處理，以圖文方式顯示下位機的工作狀態(tài)以及工業(yè)現(xiàn)場被控設備的工作狀況。系統(tǒng)中各節(jié)點（包括上位機）的識別是通過設置不同的站地址來實現(xiàn)的。6.280C51的串行口

有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H；接收器是雙緩沖結構；發(fā)送緩沖器，因為發(fā)送時CPU是主動的，不會產(chǎn)生重疊錯誤。

6.2.180C51串行口的結構

SCON是一個特殊功能寄存器，用以設定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設置狀態(tài)標志：

6.2.280C51串行口的控制寄存器

SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：

●SM2，多機通信控制位，主要用于方式2和方式3。當接收機的SM2=1時可以利用收到的RB8來控制是否激活RI（RB8＝0時不激活RI，收到的信息丟棄；RB8＝1時收到的數(shù)據(jù)進入SBUF，并激活RI，進而在中斷服務中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走）。當SM2=0時，不論收到的RB8為0和1，均可以使收到的數(shù)據(jù)進入SBUF，并激活RI（即此時RB8不具有控制RI激活的功能）。通過控制SM2，可以實現(xiàn)多機通信。在方式0時，SM2必須是0。在方式1時，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時，RI才置1?！馬EN，允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收?！馮B8，在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用?？梢杂米鲾?shù)據(jù)的奇偶校驗位，或在多機通信中，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標志位。在方式0和方式1中，該位未用?！馬B8，在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標志位。在方式1時，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。●TI，發(fā)送中斷標志位。在方式0時，當串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結束時，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請。在中斷服務程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請?！馬I，接收中斷標志位。在方式0時，當串行接收第8位數(shù)據(jù)結束時，或在其它方式，串行接收停止位的中間時，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請。也必須在中斷服務程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關

：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時，波特率與SMOD有關，當SMOD=1時，波特率提高一倍。復位時，SMOD=0。

6.2.380C51串行口的工作方式

一、方式0

方式0時，串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由RXD（P3.0）引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD（P3.1）引腳輸出。發(fā)送和接收均為8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。波特率固定為fosc/12。

1、方式0輸出

2、方式0輸入方式0接收和發(fā)送電路

二、方式1

方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

1、方式1輸出

2、方式1輸入用軟件置REN為1時，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，檢測到RXD引腳輸入電平發(fā)生負跳變時，則說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時，控制電路進行最后一次移位。當RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位為1）時，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位（停止位）進入RB8，并置RI=1，向CPU請求中斷。

三、方式2和方式3

方式2或方式3時為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。方式2和方式3時起始位1位，數(shù)據(jù)9位（含1位附加的第9位，發(fā)送時為SCON中的TB8，接收時為RB8），停止位1位，一幀數(shù)據(jù)為11位。方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32，方式3的波特率由定時器T1的溢出率決定。

1、方式2和方式3輸出發(fā)送開始時，先把起始位0輸出到TXD引腳，然后發(fā)送移位寄存器的輸出位（D0）到TXD引腳。每一個移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引腳輸出。第一次移位時，停止位“1”移入輸出移位寄存器的第9位上，以后每次移位，左邊都移入0。當停止位移至輸出位時，左邊其余位全為0，檢測電路檢測到這一條件時，使控制電路進行最后一次移位，并置TI=1，向CPU請求中斷。

2、方式2和方式3輸入接收時，數(shù)據(jù)從右邊移入輸入移位寄存器，在起始位0移到最左邊時，控制電路進行最后一次移位。當RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1）時，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF和RB8（接收數(shù)據(jù)的第9位），置RI=1，向CPU請求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位RI，繼續(xù)搜索RXD引腳的負跳變。四、波特率的計算在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過軟件可對單片機串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。串行口的四種工作方式對應三種波特率。由于輸入的移位時鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計算公式也不相同。方式0的波特率=fosc/12方式2的波特率=（2SMOD/64）·fosc方式1的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）方式3的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）當T1作為波特率發(fā)生器時，最典型的用法是使T1工作在自動再裝入的8位定時器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動定時器）。這時溢出率取決于TH1中的計數(shù)值。

T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH