1、 教学内容教学内容p串行通信基础串行通信基础 p单片机串行接口单片机串行接口 pRS-232C串行通信接口串行通信接口p串行口应用串行口应用 第第7 7章章 串行口通信技术串行口通信技术 串行通信基础串行通信基础 两种通信方式的示意图串行通信基础串行通信基础 p并行通信中，信息传输的位数和数据位数相等；串行通信中，数据一位一位顺序传送。p并行通信速度快，传输线多，适合于近距离的数据通信，但硬件接线成本高；串行通信速度慢，但硬件成本低，传输线少，适合于长距离数据传输。串行通信的制式串行通信的制式 p在串行通信中数据是在两个站之间进行传送的，按照数据传送方向，串行通信可分为单工（simplex）、
2、半双工（half duplex）和全双工（full duplex）三种制式。p在单工制式下，通信线的一端是发送器，一端是接收器，数据只能按照一个固定的方向传送。p在半双工制式下，系统的每个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，但同一时刻只能有一个站发送，一个站接收；两个方向上的数据传送不能同时进行。即只能一端发送,一端接收，其收发开关一般是由软件控制的电子开关示。p全双工通信系统的每端都有发送器和接收器，可以同时发送和接收，即数据可以在两个方向上同时传送。异步通信异步通信 p在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据是低位在前，高位在后，通
3、过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。p在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送何时结束发送的。p字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等四部分组成。异步通信异步通信 异步通信异步通信 p异步通信的另一个重要指标为波特率。p波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比特数，单位为b/s，即位/秒。波特率用于表征数据传输的速度，波特率越高，数据传输速度越快。通常，异步通信的波特率为509600b/s。同步通信同步通信 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信
4、息。这里的信息帧和异步通信的字符帧不同，通常有若干个数据字符，但它们均由同步字符、数据字符和校验字符CRC三部分组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。5151单片机的串行接口单片机的串行接口 发送接收发送控制器接收控制器输入移位寄存器门定时器T1串行控制寄存器SBUFSBUF(99H)(99H)(98H)TIRITXD(P3.1)RXD(P3.0)1内部总线888串行口中断串行口结构示意图5151单片机的串行接口单片机的串行接口 pSBUF是两个在物理上独立的接收、发送寄存器，一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放待发送的数据，可同时发送和接收数据。两个缓冲器
5、共用一个地址99H，通过对SBUF的读、写语句来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。CPU在写SBUF时，操作的是发送缓冲器；读SBUF时，就是读接收缓冲器的内容。SBUF=sendi;/发送第i个数据bufferi=SBUF;/接收数据串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON SCON (98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI串行口的工作方式SM0 SM1工作方式功能波特率0 0方式08位同步移位寄存器fosc/120 1方式110位UART可变1 0方式211位UARTfosc/64或fosc/321 1 方式311位UART可变串行口控制寄存器串行口控制寄存器
6、SCONSCON SCON (98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIpSM2：多机通信控制位，用于方式2和方式3中。pREN：允许串行接收位。由软件置位或清零。REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。TB8：发送数据的第9位。在方式2和方式3中，由软件置位或复位。一般可做奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定地址帧时TB8为1，数据帧时TB8为0。pRB8：接收数据的第9位。功能同TB8。串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON SCON (98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIpTI：发送中断标志位。在方式0中，发送完
7、8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，在发送停止位之初由硬件置位。因此，TI=1是发送完一帧数据的标志，其状态既可供软件查询使用，也可请求中断。TI位必须由软件清0。pRI：接收中断标志位。在方式0中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，当接收到停止位时该位由硬件置1。因此，RI=1是接收完一帧数据的标志，其状态既可供软件查询使用，也可请求中断。RI位也必须由软件清0。电源及波特率选择寄存器电源及波特率选择寄存器PCON PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，字节地址为87H，不可以位寻址。在HMOS的AT89C51单片机中，PCON除了最高位以外其它位都是虚
8、设的。PCON(87H)SMODGF1GF0PDIDL 与串行通信有关的只有SMOD位。SMOD为波特率选择位。在方式1、2和3时，串行通信的波特率与SMOD有关。当SMOD=1时，通信波特率乘2，当SMOD=0时，波特率不变。5151单片机串行口的工作方式单片机串行口的工作方式 方式0 在方式0下，串行口作同步移位寄存器使用，其波特率固定为fosc/12。串行数据从RXD（P3.0）端输入或输出,同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。这种方式通常用于扩展I/O口。串行口的串行口的I/O端口扩展端口扩展 。采用串行口扩展并行输入口采用串行口扩展并行输入口 串行口的串行口的I/O端口扩展端口扩展
9、 。采用串行口扩展并行输出口采用串行口扩展并行输出口 5151单片机串行口的工作方式单片机串行口的工作方式 方式1DDDDDDDD012345671010D第n字符帧第n-1字符帧第n+1字符帧8位数据 停止位起始位DD01.7 发送时，当数据写入发送缓冲器SBUF后，启动发送器发送，数据从TXD输出。当发送完一帧数据后，置中断标志TI为1。方式1下的波特率取决于定时器1的溢出率和PCON中的SMOD位。接收时，REN置1，允许接收，串行口采样RXD，当采样由1到0跳变时，确认是起始位“0”，开始接收一帧数据。当RI=0，且停止位为1或SM2=0时，停止位进入RB8位，同时置中断标志RI；否则
10、信息将丢失。所以，采用方式1接收时，应先用软件清除RI或SM2标志。5151单片机串行口的工作方式单片机串行口的工作方式 方式2发送时，先根据通信协议由软件设置TB8，然后将要发送的数据写入SBUF，启动发送。写SBUF的语句，除了将8位数据送入SBUF外，同时还将TB8装入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器进行一次发送，一帧信息即从TXD发送。在送完一帧信息后，TI被自动置1，在发送下一帧信息之前，TI必须在中断服务程序或查询程序中清0。DDDDDDDD012345670/1 10100/1第n字符帧第n-1字符帧第n+1字符帧8位数据奇偶校验 停止位起始位DD01.5151单片机串行
11、口的工作方式单片机串行口的工作方式 方式2当REN=1时，允许串行口接收数据。当接收器采样到RXD端的负跳变，并判断起始位有效后，数据由RXD端输入，开始接收一帧信息。当接收器接收到第9位数据后，若同时满足以下两个条件：RI=0和SM2=0或接收到的第9位数据为1，则接收数据有效，将8位数据送入SBUF，第9位送入RB8，并置RI=1。若不满足上述两个条件，则信息丢失。DDDDDDDD012345670/1 10100/1第n字符帧第n-1字符帧第n+1字符帧8位数据奇偶校验 停止位起始位DD01.5151单片机串行口的工作方式单片机串行口的工作方式 方式3方式3为波特率可变的11位UART通
12、信方式，除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。5151单片机串行口的波特率单片机串行口的波特率 方式0和方式2 p在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变。p在方式2中，波特率取决于PCON中的SMOD值，当SMOD=0时，波特率为fosc/64；当SMOD=1时，波特率为fosc/32。即波特率=。oscSMODf642。5151单片机串行口的波特率单片机串行口的波特率 方式1和方式3 在方式1和方式3下，波特率由定时器T1的溢出率和SMOD共同决定，即：方式1和方式3的波特率=定时器1溢出率 其中，定时器1的溢出率取决于单片机定时器1的计数速率和定时器的预置值。
13、计数速率与TMOD寄存器中的C/位有关，当C/=0时，计数速率为fosc/12，当C/=1时，计数速率为外部输入时钟频率。322SMOD5151单片机串行口的波特率单片机串行口的波特率 方式1和方式3 实际上，当定时器T1做波特率发生器使用时，通常是工作在模式2下，即作为一个自动重装载的8位定时器，此时TL1作计数用，自动重装载的值在TH1内。设计数的预置值（初始值）为X，那么每过256-X个机器周期，定时器溢出一次。为了避免溢出而产生不必要的中断，此时应禁止T1中断。溢出周期为12（256-X）/fosc.溢出率为溢出周期的倒数。5151单片机串行口工作过程单片机串行口工作过程 。查询方式发
14、送过程查询方式发送过程（1）串口初始化。设置工作方式（帧格式）、设置波特率（传输速率）、启动波特率发生器（T1）。（2）发送数据。将要发送的数据送入SBUF，即可启动发送。此时串口自动按帧格式将SBUF中的数据组装为数据帧，并在波特率发生器的控制下将数据帧逐位发送到TXD端（最低位先发）。当发送完一帧数据后，单片机内部自动置中断标志TI为1。5151单片机串行口工作过程单片机串行口工作过程 。查询方式发送过程查询方式发送过程（3）判断一帧是否发送完毕。判断TI是否为1，是则表示发送完毕，可以继续发送下一帧；否则继续判断直至发送结束。while(TI=0);/查询等待发送是否完成（4）清零发送标
15、志位TI。TI=0;/发送完成，TI由软件清0（5）跳转到（2），继续发送下一帧数据。5151单片机串行口工作过程单片机串行口工作过程 。查询方式接收过程查询方式接收过程（1）串口初始化。设置工作方式（帧格式）、设置波特率（传输速率）、启动波特率发生器（T1）。值得注意的是，发送方和接收方的初始化必须一致。（2）允许接收。置位SCON寄存器的REN位。此时串行口采样RXD，当采样到由1到0跳变时，确认是起始位“0”，开始在波特率发生器的控制下将RXD端接收的数据逐位送入SBUF，一帧数据接收完毕后单片机内部自动置中断标志RI为1。REN=1;/接收允许5151单片机串行口工作过程单片机串行口工
16、作过程 。中断方式通信过程中断方式通信过程 51单片机串行口中断分为发送中断和接收中断两种。每当串行口发送或接收完一帧串行数据后，串行口电路自动将串行口控制寄存器SCON中的TI、RI中断标志位置位，并向CPU发出串行口中断请求，CPU响应串行口中断后便立即转入串行口中断服务程序执行。51单片机串行口中断类型号是4，其格式如下：void 函数名（）interrupt 4 using n 其中，n为单片机工作寄存器组编号，共四组，取值为0,1,2,3，缺省值为0。5151单片机串行口工作过程单片机串行口工作过程 。查询方式接收过程查询方式接收过程（3）判断是否接收到一帧数据。判断RI是否为1，是
17、则表示接收完毕，接收到的数据已存入SBUF；否则继续判断直至一帧数据接收完毕。while(RI=0);/查询等待接收标志为1，表示接收到数据（4）清零接收标志位RI。RI=0;/RI由软件清0（5）转存数据。读取SBUF中的数据并转存到存储器中。bufferi=SBUF;/接收数据（6）跳转到（2），继续接收下一帧数据。RS-232C串行通信接口串行通信接口。EIA串行通信标准串行通信标准 RS-232、RS-422和RS-485是美国电子工业协会（EIA）制订并发布的异步串行通信标准，其中RS-232在PC机及工业通信中被广泛采用，如录像机、计算机以及 许多工业控制设备上都配备有RS-232
18、串行通信接口。通常RS-232接口以9个引脚（DB-9）或是25个引脚（DB-25）的型态出现，一般PC机上会有12组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。RS-232标准规定，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m，最高传输速率为20kbps。RS232串行通信标准串行通信标准 1RS-232C的帧格式 RS-232C为异步串行通信标准，字符帧格式与UART相同。该标准规定：数据帧的开始为起始位，数据本身可以是5、6、7或8位，1位奇偶校验位，最后为停止位。数据帧之间用“1”，表示空闲位。2RS-232C的电平标准 RS-232C的电气标准采用下面的负逻辑。逻辑“0”：
19、+5+15V，逻辑“1”：515V。因此，RS-232C不能和TTL电平直接相连，否则将使TTL电路烧坏。在实际应用中，RS-232C和TTL电平之间必须进行电平转换，该电平的转换可采用德州仪器公司（TI）推出的电平转换集成电路MAX232。RS-232C串行通信接口串行通信接口。RS-232C串行通信接口串行通信接口 RS-232C串行通信接口串行通信接口 本章小结本章小结 本章介绍单片机串行口通信技术，是单片机与其它单片机或PC机远程沟通的主要方式，主要内容如下。串行通信基础知识，包括串行通信的概念、制式、分类等。单片机串行口结构及相关寄存器。单片机串行口波特率设置方法。RS232-C串行通信接口及电平转换电路。串行口扩展并行I/O口方法及应用。单片机双机通信、与PC机通信方法及应用。
