第9章-MCS-51单片机串行通信课件.ppt

1、返回目录18:001第9章 MCS-51单片机串行通信返回目录18:0029.2 MCS-51的串行口的串行口及其控及其控制寄存器制寄存器9.1 计算机串行通信基础计算机串行通信基础9.3 MCS-51的串行通信工作的串行通信工作方式及其应用方式及其应用主要内容主要内容返回目录18:0039.1 计算机串行通信基础计算机串行通信基础 随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。要。计算机通信计算机通信是指计算机与外部设备或计是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换算机与计算

2、机之间的信息交换。通信有通信有并行通信并行通信和和串行通信串行通信两种方式。在多两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。采用串行通信方式。返回目录18:004计算机通信计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换息交换 。可以。可以分为两大类：并行通信与串行通信。分为两大类：并行通信与串行通信。并行通信并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送时进行传送

3、。并行通信并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。1.数据通信方式数据通信方式 返回目录18:005串行通信串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串行通信的特点串行通信的特点：传输线少，长距离传送时：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。但数据的传送控制比并行通信复杂。返回目录18:006两种方式：异步通信与同步通信两种方式：异步通信与

4、同步通信1、异步通信、异步通信 异步通信异步通信是指通信的是指通信的发送与接收设备使用各自发送与接收设备使用各自的时钟的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。致。2.串行通信的通信方式串行通信的通信方式 返回目录18:007 异步通信是异步通信是以字符（构成的帧）为以字符（构成的帧）为单位进行传输单位进行传输，字符与字符之间的间，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，符中的各位是以固定的时间传送

5、的，即字符之间不一定有即字符之间不一定有“位间隔位间隔”的整的整数倍的关系，但数倍的关系，但同一字符内的同一字符内的各位之各位之间的距离均为间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍。的整数倍。返回目录18:008异步通信的数据格式异步通信的数据格式：异步通信的特点异步通信的特点：不要求收发双方时钟的：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加每个字符要附加23位用于起止位，各帧位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。之间还有间隔，因此传输效率不高。返回目录18:009串行通信的错误校验串行通信的错误校验 1、奇偶校验奇偶校验

6、在发送数据时，数据位尾随的在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（位为奇偶校验位（1或或0）。奇）。奇校验时，数据中校验时，数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为奇的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和的个数之和应为偶数。接收字符时，对应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若发现不的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。一致，则说明传输数据过程中出现了差错。2、代码和校验代码和校验代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各

7、字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得的结果与发送方的节异或），将所得的结果与发送方的“校验和校验和”进行比较，进行比较，相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。返回目录18:00102、同步通信、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的

8、距离均使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为为“位间隔位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步保持位同步关系，关系，也保持字符同步也保持字符同步关系。关系。返回目录18:0011面向字符的同步格式面向字符的同步格式：此时，传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集此时，传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集（如（如ASCII码）中的字符所组成。图中码）中的字符所组成。图中帧头为帧头为1个或个或2个同个同步字符步字符SYN（ASCII码为码为16H）。）。SOH为序始为序始字符字符（ASCII码为码为01H），表示标题的开始，）

9、，表示标题的开始，标题标题中包含源地中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。址、目标地址和路由指示等信息。STX为文始为文始字符字符（ASCII码为码为02H），表示传送的数据块开始。），表示传送的数据块开始。数据块数据块是是传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终组终字符字符ETB（ASCII码为码为17H）或）或文终字符文终字符ETX（ASCII码码为为03H）。然后是）。然后是校验码校验码。典型的面向字符的同步规程典型的面向字符的同步规程如如IBM的二进制同步规程的二进制同步规程BSC。返回目录18:0012面向位的同步格式面向位的同步

10、格式：此时，将数据块看作数据流，并用序列此时，将数据块看作数据流，并用序列01111110作为开始作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列和结束标志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起时引起的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的个连续的1就插入一个附加的就插入一个附加的0；接收方则每检测到；接收方则每检测到5个连续的个连续的1并且其后并且其后有一个有一个0时，就删除该时，就删除该0。典型的面向位的同步协议如典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程的高级数据链路控制规程HDLC和和IBM的同步数据链路控制规程

11、的同步数据链路控制规程SDLC。同步通信的特点同步通信的特点是以特定的位组合是以特定的位组合“01111110”作为帧的作为帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。返回目录18:00131、单工、单工单工单工是指数据传输仅能沿是指数据传输仅能沿一个方向一个方向，不能实现反向传输。，不能实现反向传输。2、半双工、半双工半双工半双工是指数据传输可以沿是指数据传输可以沿两个方向两个方向，但需要分时进行。，但需要分时进行。3、全双工、全双工全双

12、工全双工是指数据可以是指数据可以同时进行双向同时进行双向传输。传输。（MCS-51为全双工方式）为全双工方式）单工 半双工半双工 全双工全双工3.串行通信的数据传送方式串行通信的数据传送方式 返回目录18:00141、传输速率、传输速率比特率比特率是是每秒钟传输二进制代码的位数每秒钟传输二进制代码的位数，单位，单位是：位秒（是：位秒（bps）。如每秒钟传送）。如每秒钟传送240个字个字符，而每个字符格式包含符，而每个字符格式包含10位位(1个起始位、个起始位、1个停止位、个停止位、8个数据位个数据位)，这时的比特率为：，这时的比特率为：10位位240个个/秒秒=2400 bps4.串行通信的数

13、据传送速率串行通信的数据传送速率 返回目录18:00152、传输距离与传输速率的关系、传输距离与传输速率的关系 串行接口或终端直接传送串行信息位流的串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每关。当传输线使用每0.3m（约（约1英尺）有英尺）有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过随传输速率的增加而减小。当比特率超过1000 bps 时，最大传输距离迅速下降，如时，最大传输距离迅速下降，如9600 bps 时最大距离下降到只有时最大距离

14、下降到只有76m（约（约250英尺）。英尺）。返回目录18:0016一、一、RS-232CRS-232C接口接口 RS-232C是是EIA（美国电子工业协会）（美国电子工业协会）1969年年修订修订RS-232C标准。标准。RS-232C定义了数据终端设备定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口）之间的物理接口标准。标准。1、机械特性、机械特性RS-232C接口规定使用接口规定使用25针连接器，连接器的尺寸针连接器，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。及每个插针的排列位置都有明确的定义。5.串行通信总线标准接口串行通信总线标准接口返回目录

15、18:00172、功能特性、功能特性返回目录18:00183.远程通信举例远程通信举例 过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据确地接收和发送数据。远程通信连接远程通信连接 返回目录18:00194.信号的调制与解调信号的调制与解调 利用调制器（利用调制器（Modulator）把数字信号转换成把数字信号转换成模拟信号模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器，然后送到通信线路上去，再由解调器（Demodulator）把从通信线路上收到的）把从通信线路上收到的模拟信模拟信号转换成数字信号号转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器。由于通信

16、是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。返回目录18:00205、RS-232C电平与电平与TTL电平转换驱动电路电平转换驱动电路返回目录18:00216、采用、采用RS-232C接口存在的问题接口存在的问题1、传输距离短，传输速率低传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为送速率为20Kbps。2、有电平偏移有电平偏移 RS-2

17、32C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降。并产生压降。3、抗干扰能力差抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。返回目录18:0022二、二、RS-422A接口接口 RS-422A输出

18、驱动器为双端平衡驱动器输出驱动器为双端平衡驱动器。如果其中一条。如果其中一条线为逻辑线为逻辑“1”状态，另一条线就为逻辑状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端不，比采用单端不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。差分电路差分电路能从地线干扰能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨中拾取有效信号，差分接收器可以分辨200mV以上电位差。以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干扰和电磁干

19、扰的影响。扰和电磁干扰的影响。RS-422A传输速率（传输速率（90Kbps）时，）时，传输距离可达传输距离可达1200米。米。返回目录18:0023三、三、RS-485接口接口 RS-485是是RS-422A的变型：的变型：RS-422A用于全双工，而用于全双工，而RS-485则用于半双工。则用于半双工。RS-485是一种是一种多发送器多发送器标准，在通标准，在通信线路上最多可以使用信线路上最多可以使用32 对差分驱动器对差分驱动器/接收器。如果在一个接收器。如果在一个网络中连接的设备超过网络中连接的设备超过32个，还可以使用中继器。个，还可以使用中继器。RS-485的信号传输采用两线间的电

20、压来表示逻辑的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑和逻辑0。由于发送方需要。由于发送方需要两根传输线两根传输线，接收方也需要两根传输线。，接收方也需要两根传输线。传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达传输距离可达1200米米，传输速，传输速率可达率可达1Mbps。返回目录18:00249.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口 MCS-51 MCS-51串行口结构由串行口发送串行口结构由串行口发送/接接收电路和串口控制寄存器等两部分电路组收电路和串口控制寄存

21、器等两部分电路组成。现分述如下：成。现分述如下：1 1、串行口的结构、串行口的结构 2 2、串行口控制寄存器、串行口控制寄存器-SBUF返回目录18:0025 MCS-51单片机串行口是由以下部分构成：单片机串行口是由以下部分构成：发送缓冲寄存器（发送缓冲寄存器（SBUF），发送控制器，发送控制门，接），发送控制器，发送控制门，接收缓冲寄存器（收缓冲寄存器（SBUF），接收控制寄存器，移位寄存器，），接收控制寄存器，移位寄存器，中断等部分组成。中断等部分组成。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行口结构串行口结构返回目录18:0026 MCS-51 MCS-51单片机内部有一个全双

22、工的串行通信口，即单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器串行接收和发送缓冲器（SBUFSBUF），这两个在逻辑上独立），这两个在逻辑上独立的接收发送器，既可以接收数据，也可以发送数据。但的接收发送器，既可以接收数据，也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出。入不能读出。在物理上，在物理上，SBUF只有一个，既表示发送寄存器，只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器。具有同一个单元地址又表示接收寄存器。具有同一个单元地址99H。在逻辑。在逻辑上，上，SBUF有两个，一个是发送寄存器，另一个

23、是接收有两个，一个是发送寄存器，另一个是接收寄存器。寄存器。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-接收接收/发送缓冲器（发送缓冲器（SBUF）返回目录18:00279.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行口结构串行口结构返回目录18:0028与串行通信有关的控制寄存器共有与串行通信有关的控制寄存器共有3个：个：（1）SCON（2）电源控制寄存器电源控制寄存器PCON（3）中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口返回目录18:0029 SCON是是MCS-51的一个可位寻址的专用寄存器，用于的一个可位寻址的专用寄存器，用于串行数据通信

24、的控制。单元地址串行数据通信的控制。单元地址98H，位地址，位地址9FH98H。SCON各位的定义如下表所示。各位的定义如下表所示。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行控制寄存器（串行控制寄存器（SCON）返回目录18:0030 9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行控制寄存器（串行控制寄存器（SCON）返回目录18:00311)串行口工作方式选择位串行口工作方式选择位SM0、SM1 SM0、SM1由软件置由软件置1或清或清0，用于，用于选择串行口的选择串行口的4种工作方式。种工作方式。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行控制寄存器（串行控制寄存器（SC

25、ON）返回目录18:00322)多机通信控制位多机通信控制位SM2 SM2=1时，接收到一帧信息，如果接收到的第时，接收到一帧信息，如果接收到的第9位位数据为数据为1，硬件将，硬件将RI置置1，申请中断；如果第九位数，申请中断；如果第九位数据为据为0，则，则RI不置不置1，且所接收的数据无效。，且所接收的数据无效。SM2=0时，只要接收到一帧信息，不管第九位数据是时，只要接收到一帧信息，不管第九位数据是0还还是是1，硬件都置，硬件都置RI=1，并申请中断。，并申请中断。RI由软件清由软件清0，SM2由软件置由软件置1或清或清0。多机通信时，各从机先将。多机通信时，各从机先将SM2置置l。接收并

26、识别主机发来的地址，当地址与。接收并识别主机发来的地址，当地址与本机相同时，将本机相同时，将SM2清清0，与主机进行数据传递。，与主机进行数据传递。各机所发送的数据第各机所发送的数据第9位必须为位必须为0。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行控制寄存器（串行控制寄存器（SCON）返回目录18:00333)允许接收控制位允许接收控制位RENREN=1时允许并启动接收，时允许并启动接收，REN=0时禁止接时禁止接收。收。REN由软件置由软件置1或清或清0。4)发送数据发送数据D8位位TB8TB8是方式是方式2、方式、方式3中要发送的第九位数据，中要发送的第九位数据，事先用软件写入事先

27、用软件写入1或或0。方式。方式0、方式、方式1不用不用。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行控制寄存器（串行控制寄存器（SCON）返回目录18:00345)接收数据接收数据D8位位RB8方式方式2、方式、方式3中，由硬件将接收到的第九位数据存中，由硬件将接收到的第九位数据存入入RB8。方式。方式1中，停止位存入中，停止位存入RB8。6)发送中断标志位发送中断标志位TI发送完一帧信息，由硬件使发送完一帧信息，由硬件使TI置置1，TI必须由软件清必须由软件清0。7)接收中断标志位接收中断标志位RI接收完一帧有效信息，由硬件使接收完一帧有效信息，由硬件使RI置置1，RI必须由必须由软件

28、清软件清0。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行控制寄存器（串行控制寄存器（SCON）返回目录18:00359.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-PCON返回目录18:0036 IE的地址是的地址是A8H，其内容在中断系统中已介绍。其中串行，其内容在中断系统中已介绍。其中串行口允许中断的控制位为口允许中断的控制位为ES，当，当ES=1，允许串行口中断；当，允许串行口中断；当ES=0，禁止串行中断。，禁止串行中断。9.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-IE返回目录18:00379.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行口结构串行口结构返回目录18:00389

29、.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行口结构串行口结构）（）（溢出率溢出率定时器波特率TCffTCT1KoscoscK2121221322SMOD返回目录18:00399.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行口结构串行口结构FDHD.0253960038410592112256384225660波特率oscSMODfTC返回目录18:00409.2 MCS-51串行通信接口串行通信接口-串行口结构串行口结构返回目录18:00419.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-工作方式工作方式返回目录18:0042 在方式在方式0下，串行口作为同步移位寄存器使用。下，串

30、行口作为同步移位寄存器使用。这时用这时用RXD（P3.0）引脚作为数据移位的入口和出）引脚作为数据移位的入口和出口，而由口，而由TXD（P3.1）引脚提供移位脉冲。移位数）引脚提供移位脉冲。移位数据的发送和接收以据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，位为一帧，不设起始位和停止位，低位在前高位在后，其帧格式如下图所示。低位在前高位在后，其帧格式如下图所示。9.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-工作方式工作方式方式方式0工作方式下的工作方式下的8位数据的帧格式位数据的帧格式返回目录18:00439.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-工作方式工作方式返回目录

31、18:0044 使用方式使用方式0实现数据实现数据的移位输入的移位输入/输出时，实输出时，实际上是把串行口变成并行际上是把串行口变成并行口使用。串行口作为并行口使用。串行口作为并行输出口使用时，要有输出口使用时，要有“串串入并出入并出”的移位寄存器配的移位寄存器配合（例 如合（例 如 C D 4 0 4 9 或或74LS164），其电路连接），其电路连接如右图所示。如右图所示。9.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-方式方式0返回目录18:0045 如果把实现并如果把实现并入串出功能的移位寄入串出功能的移位寄存器（例如存器（例如CD4014或或74LS165）与串行）与串行口配合使用，如右图口配合使用，如右图所示，就可以把串行所示，就可以把串行口变为并行输入口使口变为并行输入口使用。用。9.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-方式方式0返回目录18:00469.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-方式方式1返回目录18:00479.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-方式方式2返回目录18:00489.3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式-方式方式3