第七章-串行通信

第七章串行通信

17.1一般概念⒈并行通信與串行通信

計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送共有兩種方式∶并行和串行。

⑴并行傳送方式

在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)編碼字符的所有各位都同時(shí)發(fā)送、并排傳輸，又同時(shí)被接收，則將這種傳送方式稱(chēng)為并行傳送方式。

⑵串行傳送方式

在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)編碼字符的所有各位不是同時(shí)發(fā)送，而是按一定順序，一位接著一位在信道中被發(fā)送和接收，則將這種傳送方式稱(chēng)為串行傳送方式。串行傳送方式的物理信道為串行總線。22.串行通信中的異步傳輸和同步傳輸

在數(shù)據(jù)通信中，要保證發(fā)送的信號(hào)在接收端能被正確地接收，必須采用同步技術(shù)。常用的同步技術(shù)有兩種方式:(1)異步傳輸，也稱(chēng)起止同步方式；(2)同步傳輸也稱(chēng)同步字符同步方式。

⑴異步傳輸

異步傳輸以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)字符用起始位、停止位包裝起來(lái)，在字符間允許有長(zhǎng)短不一的間隙。⑵同步傳輸

同步傳輸用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳輸，通常發(fā)送一方用同步字符指示每一串同步數(shù)據(jù)流的開(kāi)始。一個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含著許多連續(xù)的字符，在字符之間沒(méi)有空閑。3通信方式：

并行數(shù)據(jù)傳輸（速度快、傳輸線多）

串行數(shù)據(jù)傳輸（速度慢、傳輸線少）同步串行通信

異步串行通信√RXD2TXD3GND52RXD3TXD5GND4

3.波特率(BAUDRATE)

串行通信的傳送速率用于說(shuō)明數(shù)據(jù)傳送的快慢。

波特率表示串行通信時(shí)每秒傳送的“位”數(shù)，比如1秒鐘傳送1位，就是1波特。即1波特＝1bps(位/秒，bit/秒，b/s)

若數(shù)據(jù)傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符幀已規(guī)定為10位，則傳輸速率為120×10＝1200位/秒，即波特率為1200，每一位數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間為波特率的倒數(shù)：

T＝1÷1200＝0.833ms

幀：完整數(shù)據(jù)的最小單位(類(lèi)似于字節(jié))

5在異步串行通信中，傳送數(shù)據(jù)以幀為單位，每幀傳送一個(gè)字符。

每一幀構(gòu)成：起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位起始位：1bit，低電平

數(shù)據(jù)位：5~8bit，值由傳送的數(shù)據(jù)確定，低位在前，高位在后

校驗(yàn)位：可選，1bit，奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，值由傳送的數(shù)據(jù)決定

停止位：1bit、1.5bit或2bit，高電平4．異步串行數(shù)據(jù)傳輸6

在異步數(shù)據(jù)傳輸中，CPU與外設(shè)之間必須有兩項(xiàng)規(guī)定：（1）字符格式 即上述的編碼形式：奇偶校驗(yàn)形式以及數(shù)據(jù)位和停止位的規(guī)定。（2）波特率 對(duì)于CPU與外界的串行通訊是很重要的參數(shù)。7例：若幀格式為：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇校

驗(yàn)位、1停止位，則發(fā)送字符‘1’、’A’的波形為‘1’的ASCII=31H=00110001B‘A’的ASCII=41H=01000001B011111001100010111110110000010起始位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位停止位8§7-2MCS-51串行接口9一、硬件條件引腳：P3.0（RXD）——串行數(shù)據(jù)接收端

P3.1（TXD）——串行數(shù)據(jù)發(fā)送端寄存器：SBUF（99H）數(shù)據(jù)緩沖寄存器

SCON

（98H）串行口控制寄存器

PCON（

87H）的SMOD位其中SBUF物理地址有兩個(gè),邏輯地址只有一個(gè)接收緩沖器SBUF

發(fā)送緩沖器SBUF

串行發(fā)送時(shí)，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器SBUF;串行接收時(shí)，從接收緩沖器SBUF中讀出數(shù)據(jù)10特點(diǎn)：1）全雙工接口即接收/發(fā)送可同時(shí)進(jìn)行。2）有四種工作方式通過(guò)對(duì)串行口的控制寄存器SCON賦值即可。3）51系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)自動(dòng)進(jìn)行串-并變換及并-串變換。接收方式下，串行數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）引腳輸入發(fā)送方式下，串行數(shù)據(jù)通過(guò)TXD（P3.1）引腳輸出。11二、串行口控制寄存器SCON(98H)SCON用于定義串行口的工作方式和狀態(tài)標(biāo)志,可字節(jié)尋址，也可位尋址。其格式為：位地址：9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI復(fù)位時(shí)，SCON的所有位均清012D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI串行接口控制寄存器SCON工作方式SM0SM1方式速率說(shuō)明000fosc/12移位寄存器方式011可編程8位異步通訊102fosc/64或fosc/329位異步通訊113可編程9位異步通訊發(fā)送中斷標(biāo)志0字符未發(fā)送完1發(fā)送完1個(gè)字符接收中斷標(biāo)志0未接收到字符1接收到1個(gè)字符多機(jī)通信控制位0接收數(shù)據(jù)幀1只接收地址幀允許接收控制位0不允許接收1允許接收TB8方式2，3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)RB8方式2，3中接收到的第9位數(shù)據(jù)13SM0、SM1：串行口工作方式選擇位SM0SM1工作方式功能波特率

00方式0同步移位寄存器fosc/1201方式18位數(shù)據(jù)UART可變

10方式29位數(shù)據(jù)UARTfosc/64或fosc/3211方式39位數(shù)據(jù)UART可變方式0——同步移位寄存器方式，速率=fosc/12，數(shù)據(jù)從RXD(P3.0)出入，同步移位脈沖由TXD（P3.1）輸出方式1——幀：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位停止位，波特率由定時(shí) 器1的溢出速率決定(定時(shí)器1：方式2)方式2——幀：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位校驗(yàn)位+1位停止位，波 特率=fosc/32或fosc/64方式3——幀：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位校驗(yàn)位+1位停止位，波 特率由定時(shí)器1的溢出速率決定(定時(shí)器1：方式2)14SM2：方式2、3中多處理機(jī)通信使能位。

方式2或3：若SM2由軟件置為1，則接收到的第9位數(shù)據(jù)(RB8)為0時(shí)不啟動(dòng)接收中斷標(biāo)志RI(RI=0)。

方式1：如SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)才置RI為1，沒(méi)有接收到有效停止位，則RI清0(不啟動(dòng))；而當(dāng)SM2＝0時(shí)，則不論接收到的停止位（笫九位數(shù)據(jù)）是”0”或”1”，都將前八位數(shù)據(jù)裝入SBUF中，并申請(qǐng)中斷。

方式0：SM2必須為0。15REN：串行接收允許位。軟件置位（REN=1）時(shí)允許接收，啟動(dòng)串行口的接收器RXD，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。軟件復(fù)位（REN=0）時(shí)，則禁止接收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位，即最高位(方式2或3中)，按需要由軟件進(jìn)行置位或清0?？捎米鲾?shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。在MCS-51多處理機(jī)通訊中，這一位用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。RB8：接收數(shù)據(jù)的第9位，即最高位(方式2或3中)。在方式1中，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位，在方式0中，不使用RB8。

16TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。方式0：串行發(fā)送完最高位時(shí)，由硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，必須用軟件清“0”。其他方式：在停止位開(kāi)始時(shí)置位，必須用軟件清“0”。RI：接收中斷標(biāo)志。方式0：最高位接收完畢，由硬件置位。其他方式：串行接收到停止位的中間時(shí)刻硬件置位（例外情況見(jiàn)SM2）。必須用軟件進(jìn)行清“0”。當(dāng)由指令改變SCON的內(nèi)容，這改變的內(nèi)容被鎖存在SFR中，在下一條指令的第一個(gè)周期的S1P1狀態(tài)發(fā)生作用。而當(dāng)一次串行發(fā)送已經(jīng)開(kāi)始，則輸出的TB8將是原先的值，而不是新改變的值。

17三、PCON（87H）中的波特率選擇位SMOD為PCON的最高位。PCON的其它位用于選擇某些電源控制的附加功能。在SMOD=1時(shí)，加倍串行口方式1，2，3的波特率。復(fù)位時(shí)SMOD=0PCON地址87H，不是8的倍數(shù)，對(duì)SMOD位不能進(jìn)行位操作。

D7D6D5D4D3D2D1D0SMOD18§7-3串行口的工作方式

一、方式0（同步移位寄存器）串行數(shù)據(jù)的接收/發(fā)送均通過(guò)RXD（P3.0） 接收/發(fā)送8位數(shù)據(jù)低位在前 由TXD(P3.1)輸出同步移位脈沖啟動(dòng)接收的條件：REN=1,RI=0發(fā)送：執(zhí)行任一條以SBUF為目的寄存器的指令 波特率為固定值：方式0波特率=振蕩頻率/1219串并轉(zhuǎn)換：74LS164：8位串入并出移位寄存器，用于發(fā)送74LS166：8位并入串出移位寄存器，用于接收20二、方式18位異步串行通信口TXD為數(shù)據(jù)輸出線RXD為數(shù)據(jù)輸入線一幀數(shù)據(jù)共10位：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位停止位其中：起始位：低電平

8位數(shù)據(jù)：低位在前，停止位：高電平接收時(shí)，停止位進(jìn)入SCON特殊功能寄存器的RB8位（SM2=0時(shí)）。21串行口工作方式1

波特率=2SMOD×(定時(shí)器1溢出率)

/32

設(shè)T1:定時(shí)方式2，則：溢出率=振蕩頻率/{12×[256-(TH1)]}代入上式得:

串行口方式1波特率

={2SMOD/32}×振蕩頻率/{12×[256-(TH1)]}(設(shè)T1:定時(shí)方式2)22①方式1輸出 在TI=0條件下用指令:MOVSBUF，A啟動(dòng)串行輸出。 從TXD輸出10位格式的數(shù)據(jù)，輸出完畢后自動(dòng)置TI=1并向CPU請(qǐng)求中斷，在中斷服務(wù)程序中用軟件使TI=0并發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。

23②方式1輸入方式1輸入是在REN=1，RI=0的條件下，用所選擇波特率的16倍的頻率采樣RXD。當(dāng)采樣到RXD端有從1到0的跳變時(shí)，啟動(dòng)接收器，接收到起始位之后，緊接著是8位數(shù)據(jù)（先低位D0，最后高位D7），最后一位為停止位。若SM2=0，則停止位存入RB8，然后置RI=1請(qǐng)求中斷；若SM2=1，則僅當(dāng)停止位為1時(shí)使RI=1并請(qǐng)求中斷；在中斷服務(wù)程序中CPU讀取數(shù)據(jù)并用軟件使RI=0，為下次接收作好準(zhǔn)備。

24注：①RI=0， ②SM2=0或收到停止位=1

①②任一不滿足，所收數(shù)據(jù)幀就會(huì)丟失(不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU不讀取數(shù)據(jù))，不再恢復(fù)裝載SBUF和RB8及置位RI的信號(hào)，只有在產(chǎn)生最后一個(gè)移位脈沖時(shí)，同時(shí)滿足以上2個(gè)條件，才會(huì)產(chǎn)生25三、方式2與方式3

一幀數(shù)據(jù)：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位校驗(yàn)位+1位停止位兩種方式基本相同，區(qū)別在于波特率不同：

方式2波特率固定，

方式3波特率可通過(guò)改變T1的時(shí)間常數(shù)來(lái)改變。26①方式2輸出與方式3輸出

預(yù)先在SCON的TB8位放入11位異步格式中的第9位(可編程位)，即發(fā)送數(shù)據(jù)的最高位。 在TI=0條件下，用指令MOVSBUF，A啟動(dòng)發(fā)送。先發(fā)送起始位，再發(fā)送8位數(shù)據(jù)，然后把TB8中第9位發(fā)出去，最后發(fā)一位停止位，發(fā)送完畢后置TI=1并請(qǐng)求中斷，在中斷服務(wù)程序中用軟件使TI=0，并發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。

TB8中的第9位既可支持多微機(jī)通信，也可作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。

27②方式2輸入與方式3輸入

條件：REN=1，RI=0，

用所選波特率的16倍的頻率采樣RXD端，當(dāng)采樣到1到0的負(fù)跳變時(shí)啟動(dòng)接收器，開(kāi)始接收一位起始位，緊接著是8位數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)(最高位)時(shí)：（1）若SM2=1，第9位為0，則丟棄接收的數(shù)據(jù)。

（2）其它情況（即：SM2=0或SM2=1且第9位為1），把這8位數(shù)據(jù)放入SBUF，把第9位存入RB8，并置RI=1，向CPU請(qǐng)求中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入數(shù)據(jù)并用軟件使RI=0。若第9位用作數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)，則應(yīng)在程序中作校驗(yàn)處理。28即：

1)SM2=0：則收到一個(gè)數(shù)據(jù)后，不管第9位是1還是0，均置位RI，收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF，RB8。

2)SM2=1：僅當(dāng)?shù)?位為1時(shí)，才置位RI,將收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF，RB829§7-4串行口波特率的計(jì)算

一、定時(shí)器T1的溢出率n

n=1/T;T為定時(shí)時(shí)長(zhǎng)方式0：振蕩頻率/｛12×[8192-（初值）]｝

方式1：振蕩頻率/｛12×[65536-（初值）]｝

方式2：振蕩頻率/｛12×[256-（TH1）]｝30二、串行口波特率的計(jì)算1．

串行口工作在方式0與方式2的波特率①方式0：波特率固定不變，與PCON寄存器的SMOD位的取值也沒(méi)有關(guān)系，其波特率固定為B=fosc/12②方式2：

SMOD=0時(shí)，B=fosc/64SMOD=1時(shí)，B=fosc/32

即:2SMOD×fosc/64312.串行口工作在方式1與方式3的波特率

串行口工作在方式1或方式3時(shí)，改變T1的時(shí)間常數(shù)可以改變波特率，這時(shí)T1作為波特率發(fā)生器使用。 方式1、3的波特率：T1溢出率:即定時(shí)時(shí)長(zhǎng)的倒數(shù)即：方式1與3可通過(guò)改變T1初值及SMOD值來(lái)改變波特率32

若定時(shí)器Tl工作于方式2，即初值自動(dòng)重裝方式，用TL1計(jì)數(shù)，用TH1存放初值，則無(wú)需在中斷服務(wù)程序中重置初值，沒(méi)有由于中斷引起的的誤差，也應(yīng)禁止定時(shí)器T1中斷。波特率發(fā)生器多采用這種方式，此時(shí)：33圖7－680C51多機(jī)分布式系統(tǒng)示意圖

§7-5多機(jī)通訊

34通訊規(guī)則：從機(jī)：設(shè)置初始化程序，將串口編程為9位異步通訊方式（方式2或3），置位SM2，允許接收和串行口中斷。主機(jī)：發(fā)送前8位數(shù)據(jù)為地址，并且第9位為“1”（表示地址幀）從機(jī)：接收到地址幀時(shí)串行口中斷，中斷服務(wù)程序?qū)⒔邮盏降牡刂放c本身地址相比較。若相同，表明主機(jī)要與本機(jī)通信，SM2清0，并回答從機(jī)已準(zhǔn)備好通訊。若不同，等待下一次地址幀。主機(jī)：收到從機(jī)回答后，就可以開(kāi)始與從機(jī)正式通訊。在通訊過(guò)程，發(fā)送信息的第9位數(shù)據(jù)均為0（數(shù)據(jù)幀，控制幀），這樣其它從機(jī)不會(huì)誤收。通訊結(jié)束：從機(jī)置位SM2，主機(jī)又可以發(fā)新的聯(lián)絡(luò)命令（地址幀）35圖7–9多機(jī)通信的主機(jī)程序流程圖

36圖7–10多機(jī)通信的從機(jī)程序流程圖

37例：

從機(jī)1的初始化程序中有：

MOVSCON，#10110000B；方式2，SM2=1， 允許接收。

主機(jī)應(yīng)為：

MOVSCON，#10010000B，方式2，SM2=0， 允許接收。

主機(jī)向從機(jī)1發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)的程序如下（假設(shè)從機(jī)1的地址碼為01H，且省略應(yīng)答信息）：

38JNB TI，$；等待上一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完成CLR TISETBTB8；置位第9位數(shù)據(jù)TB8，接著發(fā)地址碼MOVSBUF，#01H；發(fā)送從機(jī)1地址碼，該數(shù)據(jù)各從機(jī)；都可收到JNB TI，$；若數(shù)據(jù)未發(fā)送完，則等待CLR TICLRTB8；清零TB8，接著發(fā)數(shù)據(jù)MOVSBUF，DATA1；數(shù)據(jù)1發(fā)給從機(jī)1，其它；從機(jī)（SM2=1）收不到39從機(jī)接收程序（查詢(xún)方式）如下（省略應(yīng)答信息）

：JNB RI，$； 此時(shí)SM2=1，等待接收地址碼CLR RIMOVA，SBUF； 取地址碼CJNEA，#01H，LOP;地址碼不符，則轉(zhuǎn)LOP處CLRSM2；地址碼相符，則SM2=0，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)JNBRI，$；等待接收一幀數(shù)據(jù)結(jié)束CLRRIMOVDATA2，SBUF；接收的數(shù)據(jù)送DATA2:LOP：…；地址碼不符，SM2仍為1，不接收數(shù)據(jù)40§7-6舉例

例1.

由內(nèi)部寄存器20H～3FH取出ASCII碼數(shù)據(jù)加奇校驗(yàn)后由串口發(fā)出，采用8位通信，波特率1200，fosc=11.0592MHz分析： 設(shè)串行口為方式1，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1作為串行口的波特率發(fā)生器，工作在方式2。

取SMOD＝0 ∴TH1＝232＝E8H41START：MOVPCON，#0；使SMOD=0 MOVTMOD，#20H；T1工作在定時(shí)，方式2

MOVTH1，

#0E8HMOVTL1，

#0E8H；設(shè)波特率為1200

SETBTR1MOVSCON，#01000000B;串口工作在方式1， 禁止接收

MOVR0，#20H；被發(fā)送數(shù)據(jù)的地址

MOVR3，#20H；發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)LOOP：MOVA，@R0LCALLSOUT;調(diào)用發(fā)送子程序

INCR0DJNZR3,LOOP LJMPLAST42SOUT：MOVC,P；PSW中是偶校驗(yàn)

CPLC；將P改為奇校驗(yàn)

MOVACC.7，C；檢驗(yàn)位加入發(fā)送數(shù)據(jù)

MOVSBUF，AJNBTI，$CLRTIRETLAST:NOP END43例2.通過(guò)串口接收32個(gè)數(shù)據(jù)放入20H～3FH，該數(shù)據(jù)最高位為奇校驗(yàn)位

波特率為1200，fosc=11.0592MHzMAIN：MOV PCON，#0 ；置SMOD＝0；

MOV TMOD，#20H；設(shè)T1為定時(shí)器方式2 MOV