1、第七章 MCS-51系列单片机 串行通信第一节 数据通信概述7.1.1数据通信 所谓的数据通信就是指设备之间的信息传输，涉及到传输介质、传输协议、传输信号、数据格式等内容。数据通信的内容就是传递的信息，载体就是传输介质，而通信中所需要遵循的统一规范就是协议等。一、数据与信号1、数据 信息作为通信的内容可以是文字、符号、图形、影音等，这些统称为数据。而数据在被传送时，通常分为模拟数据和数字数据，前者为连续值，后者为离散值。模拟数据反映的是连续的信息，是时间的连续函数。如温度、压力、话音和图像等。数字数据反映的是离散的信息，是时间的离散函数。数字数据就是用一系列符号代表的消息，而每个符号只可以取有
2、限个值。在传送时，一段时间内传送一个数据，所以在时间上是离散的。因此，用来反映在取值上是离散的文字或符号的数据是数字数据，如自然数（整数）、字符文本等。2、信号 信号（Signal）是数据的电编码或电磁编码。它分为两种：模拟信号和数字信号。模拟信号是在各种介质上传送的一种随时间连续变化的电流、电压或电磁波，可以选用适当的参量信号在双绞线、电缆和光缆上传送。数字信号是在介质上传送的一系列离散的电脉冲或光脉冲，是一种离散信号。模拟信号和数字信号可以相互转换。二、模拟传输和数字传输1、模拟传输 模拟传输是传输模拟信号的一些方法，与这些信号所代表模拟数据或数字数据无关，它们可以代表模拟数据，如声音；也
3、可以代表数字数据，如通过调制解调器变换了的二进制数据，电话通信。模拟信号传送一定距离后，由于幅度衰减而失真变形，所以在长距离传送时，需在沿途加若干放大器将信号放大。但放大器在放大信号的同时，也放大了噪声，同样引起误差，且误差是沿途累加的。对于声音数据，有一点误差，还可辨认，但对数字数据，一点误差都是不允许的。2、数字传输 数字传输是用以数字信号形式传输的。它可以直接传输二进制数据或编码的二进制数据(为了更适合传输介质的要求)，也可以传输数字化了的模拟数据，如数字化了的声音。数字信号在传输过程中，也会由于信号幅度衰减而失真，但由于数字信号只包含有限个电平值，如二进制数字信号就只有两个电平值，分别
4、用“0”和“1”表示，故只要在数字信号衰减到可能无法辨认是原电平之前，在沿途适当地方（一般为50km）加一中继器将该信号恢复原值，即可继续传输。三、数据传输基本概念1、带宽 每种信号都要占据一定的频率范围，我们称该频率范围为带宽。如声音的频率范围主要在3003400Hz之间，故电话线一条话路的带宽是3003400Hz。又如一条电缆，可传送1MHz频率范围的信号，称该电缆的带宽为1MHz。所以一般信号频谱所占有的频率宽度称为信号带宽；而把传输介质所能允许通过的信号的频率范围称为介质带宽。2、数据传输速率 数据传输速率也叫数据率，指单位时间内传输的数据量。常用的有两种表现形式：比特率和波特率。比特
5、率即每秒钟传输多少位二进制数据，单位为位秒，记作bps。数据率高低由每位所占时间决定，如果每一位所占时间即脉冲宽度越小，则数据率越高。如2400bps，指在一秒内可传输2400位数据。波特率是指每秒钟传输的信号波形的个数。单位为波特，记作Baud或B。它与比特率是联系的，对于传输的信号，如果每个信号只包含一个二进制数据位，那么此时波特率和比特率相等；如果每个信号是由多个二进制数据位组成的，那么此时比特率与波特率是不同的。3、位时间 位时间是指传送一个二进制位所需时间，用Td 表示。4、误码率 误码率是衡量数据通信系统或通信信道传输可靠性的一个参数。其定义是：二进制位（码元）在传输中被传错的概率
6、。当所传送的数字序列足够长时，它近似地等于被传错的二进制位（码元）与所传输总位（码元）数的比值。5、信噪比 数据在传输的过程中会受到干扰或其他影响，这样在信号中就会出现噪音，而噪音的产生会使数据传输出错的几率大大增加。噪声的大小通常由信噪比来表示，是指信号功率S与噪声功率N的比值。一般用10lgS/N来表示，单位为分贝。6、传播速度 在通信线路上，信号在单位时间内传送的距离称为传播速度。7、延迟 它表示在网络中从发送第一位数据起，到最后一位数据被接收所经历的时间。该参数表示网络响应速度，延迟越少，响应越快，性能越好。影响延迟的因素随网络技术而异，主要有传输延迟、传播延迟等等。7.1.2 并行通
7、信与串行通信在微型计算机中，通信（数据交换）有两种方式：串行通信和并行通信。串行通信是指计算机与I/O设备之间仅通过一条传输线交换数据，数据的各位是按顺序依次一位接一位进行传送。并行通信是指计算机与I/O设备之间通过多条传输线（至少8条）交换数据，数据的各位同时进行传送。7.1.3 串行通信过程及通信协议一、串行通信传输模式 按照同一时刻数据流的方向不同可分成三种基本传输模式：全双工、双工和单工传送。全双工是指在任意时刻数据的流动方向都可以是双向的；双工又称为半双工，是指数据的流动方向可以是双向的，但是在某一时刻是单向的，不能够实现同一时刻的双向传输；单工是指在任意时刻数据传输的方向都只能是单
8、向的，不能进行反向传输。1、异步串行通信方式 所谓异步通信，是指数据传送以字符（或字节）为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位之间的传送基本上是同步的。2、同步串行通信方式 所谓同步通信，是指数据传送是以数据块（一组字符）为单位，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步，各设备使用的是同一个时钟信号。二、串行通信协议 由于有异步和同步两种通信方式，所以串行通信协议常采用也有异步协议和同步协议两类。1、异步协议 这里讲的协议主要是数据格式问题，也就是字符帧的格式。异步串行通信的数据格式为每个字符帧由起始位、数据位、校验位、结束位4个部分组成。2、同步协议 同步通信是一种连续串行传送数据
9、的通信方式，一次通信只传送一帧信息。该帧和异步通信中的帧不同，通常含有若干个数据字符，而且数据连续发送，数据间不留空隙。同步协议有面向字符和面向比特两种。这里主要讲面向字符的同步协议。字符帧格式均由同步字符、数据字符、校验字符（CRC循环冗余校验）三部分组成。同步通信中，在数据开始传送前用12个同步字符SYNC来指示，并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送若干个数据，直到最后2个校验字符后，数据块通信结束。第二节 串行口的寄存器7.2.1串行口寄存器结构7.2.2 串行口相关寄存器一、串行口控制寄存器SCONSCON用于确定串行通到的工作方式、接收和发
10、送控制以及各串行口的状态标志。单元地址98H，位地址9FH98H。寄存器的内容及位地址表如下：位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI二、电源控制寄存器PCONPCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，其中只有一位SMOD和串行口有关。单元地址内容如下：位 序D7D6D5D4D3D2D1D0位符号SMOD/GF1GF0PDIDL第三节 串行口的四种工作方式7.3.1工作方式0 工作方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展I/O口。串行数据通过RXD(P3.0)端输入或输出，而同步移位时钟由TXD(P3
11、.1)端送出，作为外部器件的同步时钟信号。1、发送过程：当CPU将数据写入发送缓冲器SBUF时，串行口TI清0，将8位数据以fosc/12的波特率由RXD引脚输出，同时由TXD引脚输出同步脉冲，字符发送完毕，将中断发送标志TI置1。2、接收过程：控制字设置为方式0，而且应允许接收位REN=1，清除RI，接收器启动后RXD作为数据输入端，TXD作为同步信号输出端，接收器以focs/12波特率采样RXD引脚数据信息，当接收完8位数据，RI置1。注：工作方式0时，SM2必须=0。7.3.2工作方式1 该方式用于串行发送或接收数据时，是10位通用异步接口，TXD用于发送数据，RXD用于接收数据。该种的
12、工作方式的时钟脉冲由定时器T1决定，即波特率是由T1决定的，而且通常定时器T1是工作在工作方式2下的。收发一帧数据的格式为：1位起始位+8位数据位+1位结束位。波特率=2SMODT1溢出率/32（SMOD=0，1）；T1溢出率=focs/（12（256-T1初值）7.3.3工作方式2 串行口以每帧11位异步通信格式收发数据。收发一帧数据格式：1位起始位+8位数据位+1位可编程位(奇偶校验)+1位结束位。波特率=2SMODfosc/647.3.4工作方式3 工作方式3与工作方式2的工作状况完全一样，只是波特率不同。波特率=2SMODT1溢出率/32（SMOD=0，1）注：由于计算机硬件不对TI
13、RI清0，所以编程中一定要在接收和发送完毕后用软件对TI和RI清0在接收状态下，还要注意对允许接收位REN置1。第四节 串行口应用一、串行口扩展 工作方式0是同步操作的工作方式，可实现串行输入-并行输出和并行输入-串行输出功能。1、串行输入-并行输出 例7-1利用51单片机的串行口实现8位流水灯，晶振6MHZ。解：可采用74系列芯片中的164串入-并出移位寄存器，引脚功能如表7-4，流水灯采用共阴极接法，从左到右依次闪亮，闪亮延时采用软件延时程序。电路如图7-6。引脚功能1串行数据输入2串行数据输入36并行数据输出7地(0V)8时钟输入（低电平到高电平边沿触发）9并行输出控制（高电平有效）10
14、13并行数据输出14电源Vcc ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0023H AJMP CXK0 ORG 0030H MAIN:MOV SCON,#00H ;串行口初始化，工作方式0 MOV A,#80H ;流水灯初值CLR P2.0 ;关闭并行输出 MOV SBUF,A ;数据进入串行口缓冲寄存器 SETB EA ;中断初始化 SETB ES SJMP$CXK0:SETB P2.0 ;开始并行输出 DEL:MOV R1,#80 ;延时程序 LOOP1:MOV R2,#200 LOOP:DJNZ R2,LOOP DJNZ R1,LOOP1 CLR TI ;清串行口发送中断标志位
15、RR A;流水灯下一状态 MOV SBUF,A RETI END2、并行输入-串行输出例7-2利用51单片机的串行口实现8个独立式按键控制。解：可采用74系列的165并入-串出移位寄存器，外接8个独立式按键控制P2口的8个LED共阴极灯。165芯片引脚功能如表7-5，接口电路如图7-7。当1引脚为“0”时，数据并行进入移位寄存器；当1引脚为“1”时，且15引脚为“0”，移位寄存器中的数据串行输出。引脚功能1移位与置位控制端2时钟输入端7，9串行输出端（7反9原）8地10扩展端，多个165时首尾连接1114，36并行数据输入端15时钟禁止端16电源Vcc ORG 0000H MAIN:CLR P
16、1.0 SETB P1.0 MOV SCON,#10H;由于采用工作方式0接收数据，所以REN为1 JNB RI,$CLR RI MOV A,SBUF MOV P2,AEND二、双机通信双机通信是指单片机与单片机之间或单片机与PC机之间进行的点对点的异步串行通信，这就需要采用工作方式1、2或3，来进行通信协议的设置。只有通信双方采取相同的波特率、数据格式等规定，才能够使双方的通信正常顺利的进行。例7-351单片机的双机通信。解：通信工作在工作方式3下（11位数据格式），波特率为2400bit/s，晶振6MHz，根据公式：波特率=2SMODT1溢出率/32（SMOD=0，1），取SMOD=1，定
17、时器T1工作在方式2下，计算得到T1初值为：TH1=TL1=F3H。发送端将片内40H45H单元中数据送到接收端50H55H单元，采用奇偶校验，查询方式。接口电路如图。发送端程序：ORG 0000H MOV 40H,#4 ;预设40H45H单元数据，可任意取小于255的数 MOV 41H,#10 MOV 42H,#15 MOV 43H,#2 MOV 44H,#23 MOV 45H,#7 MAIN:MOV TMOD,#20H ;波特率设定 MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H SETB TR1 MOV SCON,#0D0H ;串行口初始化 MOV PCON,#80H MOV R
18、0,#40H MOV R5,#6 LO:MOV A,R0 MOV C,P MOV TB8,C MOV SBUF,A MOV P1,A ;送P1口显示 JNB TI,$;查询是否一个字符帧传送结束 CLR TI INC R0 DJNZ R5,LO END接收端程序：ORG 0000H MAIN:MOV TMOD,#20H MOV TL1,#0F3H MOV TH1,#0F3H SETB TR1 MOV SCON,#0D0H MOV PCON,#80H MOV R1,#50H MOV R5,#6 CLR P2.0 L01:JNB RI,$CLR RI MOV A,SBUF MOV 56H,A MO
19、V C,P MOV 00H,C MOV C,RB8 MOV 08H,C MOV A,20H CJNE A,21H,L0 ;判断数据传输是否正确 MOV A,56H MOV R1,A MOV P1,A INC R1 DJNZ R5,L01;AJMP ED L0:SETB P2.0 ;若不正确则点亮P2.0处小灯 ED:NOP END练习题1说明数字信号和模拟信号的区别。2简述串行通信和并行通信的区别，各自的优缺点。3说明异步通信和同步通信的异同。4串行口控制寄存器SCON各位功能，在使用SCON时应注意什么？5说明串行口4种工作方式。6采用中断方式，编写串行口在工作方式1下，将晶振为12MHz的AT89C51单片机内部RAM起始地址为20H单元开始的20个数据，采用奇偶校验方法，用1200b/s的波特率发送出去。7编写上题的接收程序，接收的首地址为片内RAM 30H单元。8采用查询方式，编写串行口在工作方式2下，波特率为fosc/64，对片外RAM起始地址为2000H单元的10个数据进行发送以及接收端将数据存入片内RAM 20H单元开始数据块的发送和接收程序。
