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第6章单片机串行口及应用本章分为三节，主要介绍：6.2MCS-51的串行口6.1计算机串行通信基本概念6.3单片机串行口应用举例6.1计算机串行通信基础1.计算机通信：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。通信有并行通信和串行通信两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。并行通信：通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。接收设备发送设备询问应答101011008位同时传送并行通信特点：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。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：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，但数据的传送控制比并行通信复杂。接收设备发送设备8位顺次传送D0D76串行通信有同步和异步两种方式同步方式：有严格的同步时钟控制。此方式较少使用。异步方式：不需要严格的同步信号，也不需要数据流的连续性。在串行通信中常用。数据帧（一帧数据）：包含起始位（“0”电平）、数据位、奇偶校验位、停止位（“1”电平）等组成。串行通信的基本概念停止位数据位校验位起始位LSBMSB空闲下一字符起始位空闲一个字符帧7异步通信中接收和发送双方必须（至少）有两项设定：（1）帧格式确定：字符格式的规定是双方能够在对同一种0和1的串理解成同一种意思。原则上，字符格式可以由通讯双方自由制定，但从通用、方便的角度出发，一般还是使用一些标准的为好，比如：ASCII帧（字符）为10位。数据位7位，起始位、校验位、停止位各一位。（2）波特率的设定。波特率：每秒传输的二进制的位数。如120字符（帧）/秒，每帧数据10位，则传输速率为1200波特率。一、异步通信与同步通信1、异步通信异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟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致。111001100101001001发送设备接收设备10100100011110011001间隙任意异步通信：以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（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，即字符之间是异步的（字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系），但同一字符内的各位是同步的（各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍）。异步通信的数据格式：停止位数据位校验位起始位LSBMSB空闲下一字符起始位空闲一个字符帧异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。2、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，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。计算机乙计算机甲01101数据时钟计算机乙计算机甲01101数据时钟数据+时钟外同步自同步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（如ASCII码）中的字符所组成。图中帧头为1个或2个同步字符SYN（ASCII码为16H）。SOH为序始字符（ASCII码为01H），表示标题的开始，标题中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。STX为文始字符（ASCII码为02H），表示传送的数据块开始。数据块是传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终字符ETB（ASCII码为17H）或文终字符ETX（ASCII码为03H）。然后是校验码。典型的面向字符的同步规程如IBM的二进制同步规程BSC。SYNSYNSOHSTXETB/ETX块校验标题数据块二、串行通信的传输方向1、单工单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。2、半双工半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。3、全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。接收发送时间1时间2发送接收发送接收发送接收发送接收单工半双工全双工三、信号的调制与解调利用调制器（Modulator）把数字信号转换成模拟信号，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模拟信号转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。DCEDTE电话网DCEDTERS-232CRS-232C四、串行通信的错误校验1、奇偶校验在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1或0）。奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。接收字符时，对“1”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。3、循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。2、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），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（或各字节异或），将所得的结果与发送方的“校验和”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。五、传输速率与传输距离1、传输速率比特率：是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒（bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率为：10位×240个/秒=2400bps再如：在0.001ms内传输了“1010001011”这样一段有效数据。那么该传输的比特率为：10/（0.001ms）=10M/s波特率：表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特（Baud）。波特率指每秒传输的有效码元个数。一个数字信号（码元）可以包含几位二进制数，例如：可以用一个信号表示一位二进制数“0”，采用较为复杂的调制技术时，可以在一个信号上携带“01”两位二进制数，甚至更多。码元：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制）码元。而这个间隔被称为码元长度。所以，波特率和比特率不总是相同的，对于将数字信号1或0直接用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是相同的。所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。波特率B1200120012001200多相调制相数二相调制(n=2)四相调制(n=4)八相调制(n=8)十六相调制(n=16)比特率S(bit/s)1200240036004800比特率和波特率之间的关系对照表波特率（调制速率）和比特速率（数据传输速率）是两个最容易混淆的概念，但它们在数据通信中确很重要。两者的区别与联系，如图：6.1.2串行通信接口标准一、RS-232C接口RS-232C是EIA（美国电子工业协会）1969年修订RS-232C标准。RS-232C定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口标准。1、机械特性RS-232C接口规定使用25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。965125141312、功能特性24通用异步接收发送器UART接收器串行输入并行输出时钟复位发送器并行输入串行输出时钟控制部件控制信号控制信息状态信息基本组成框图UART251）数据的串化、反串化数据串化：将并行数据变为串行数据；（发送器）数据反串化：将串行数据变为并行数据；（接收器）UART主要功能2）格式信息的插入和滤除格式信息：异步通信格式中，启始位、奇偶校验位、停止位等。串化过程：将格式信息插入，和数据位一起构成完整数据帧。反串化过程：滤除格式信息，保留数据位。3）错误检验检验数据通信过程是否正确。266.2MCS-51单片机串行通信MCS-51单片机将一个可编程的全双工串行通信接口电路集成在单片机内。直观的感觉向SBUF中写入一个字节是同时写入（并行），而向外发送则是一位一位地进行（串行）。同样由外界向SBUF接收是一位一位进行（串行），而CPU是以字节形式（并行）从SBUF中读入。27串行口寄存器结构发送缓冲器接收缓冲器输入移位寄存器串行输入RxD串行输出TxD移位时钟内部总线接收中断RI发送中断TI有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H；它们有相同的名字和地址空间，但不会发生冲突，因为它们两个一个只能被CPU读入数据，一个只能被CPU写入数据，所以不会产生重叠错误。80C51串行口的结构≥1SBUF发送控制器接收控制器移位寄存器控制门TIRIATXDRXD去串口中断SMOD01TH1TL1÷2÷16SBUFT1溢出率298051单片机是通过引脚RXD（P3.0)和TXD（P3.1）与外界通讯。（1）串行接收的双缓冲结构接收：移位寄存器，数据缓冲器SBUF。一帧数据接收完，由移位寄存器装入SBUF，立即接收下一帧。要求主机应立即（在该帧接收结束之前）将SBUF中数据取走。否则前一帧数据将丢失。（2）发送：由CPU操纵，不会发生帧重叠错误。将数据写入SBUF，通过移位脉冲一位一位地发送出去。30串行通信控制寄存器与串行通信有关的寄存器共有三个。（1）串行控制寄存器SCONSCON是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：1）SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：322）REN—允许接收位控制串行数据的接收。REN=0：禁止接收；REN=1：允许接收通过软件置位、复位3）TB8在方式2、方式3下，要发送的第9位数据（格式信息）。在多机通信中，通过TB8状态，来表示主机发送的是地址帧（1）还是数据帧（0）。注：地址帧在多机通信中才会出现。通过软件置位、复位。334）RB8接收数据的第9位（发送方送来的第九位）。在方式2、方式3时，存放接收到的第9位数据，代表接收数据的某些特征。停止位数据位8位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共10位●TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。在方式0和方式1中，该位未用。●RB8，在方式2或方式3中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在方式1时，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。355）SM2—多机通信控制位在方式0时，SM2一定等于0。在方式1中，当SM2=1,则只有接收到有效停止位时，RI才置1。在方式2或方式3下进行数据接收时，当SM2=1（允许多机通信），且接收到的第九位数据RB8=0时，RI才置1。36在方式2或方式3下进行数据接收时，如果SM2=1（允许多机通信），REN=1，则从机处于只有接收到RB8=1（地址帧）时，才能激发中断请求标志位RI，否则将接收到的前8位数据丢弃。被确认的从机，复位SM2=0，接收RB8=0的数据帧。RB8=1：地址帧RB8=0：数据帧SM2=1：多机通信方式SM2=0：直通方式注：在多机通信方式下，主机与从机之间可以进行数据通信，而从机之间是不能进行数据交流的。377）RI—接收中断标志方式0时，接收完第8位数据后，硬件置位；其他方式下，接收到停止位时，硬件置位。RI=1，表示帧接收结束。其状态可软件查询，也可申请中断。软件清零。6）TI—发送中断标志方式0时，发送第8位数据后，硬件置位；其他方式下，于发送停止位之前硬件置位。TI=1，表示帧发送结束。其状态可软件查询，也可申请中断。软件清零。38（2）电源控制寄存器PCON（波特率倍增控制寄存器）位序位符号76543210/SMOD//1GF0GFPDIDL字节地址：87HSMOD=1，串行口波特率加倍；SMOD=0，波特率正常。系统复位时，SMOD=0。PCON不可以进行位寻址。GF1,GF0:两个通用工作标志位，用户可以自由使用。PD:掉