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第三节串行口3.3.1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术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。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。计算机通信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息交换。可以分为两大类：并行通信与串行通信。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D0D73.3.2串行通信的基本概念一、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间隙任意异步通信是以字符（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、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。四、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，大多数人也经常用波特率表示数据的传输速率。51系列单片机有一个全双工的串行异步通信接口，可以同时发送、接收数据。发送、接收数据即可用查询方式也可用中断方式，可实现双机（点对点）、多机通信（以点对多点），有4种工作方式方式0：称为同步移位寄存器方式，用于外接芯片扩展I/O口方式1：称为8位的异步通信方式，用于双机通信方式2和方式3：称为9位的异步通信方式，通常用于多机主从呼叫（广播）式通信。不同的方式波特率不同，可通过编程设定3.3.389C52的串行口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；接收器是双缓冲结构；发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。3.3.3.189C52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P3.1P3.0发送数据时，当执行一条向SBUF写入数据的指令，就启动发送过程。在发送时钟的控制下，先发送起一个低电平的起始位，紧接着把发送寄存器中的数据按地位在前，高位在后的顺序一位一位地发送出去，最后发送一个高电平的停止位。接收数据时，串行数据的接收受到控制寄存器SCON中的允许接收位REN的控制。当REN为1时，接收控制器开始工作。1、SCON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：3.3.3.289C52串行口的控制寄存器SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：方式0：数据从RXD端串行输出或输入，TXD端输出同步信号，波特率固定为fosc/12，此方式以8位数据为一帧，无起始位和停止位，先发送或接收最低位。方式1：发送或接收一个字符时，每10位为一帧，一个起始位（0），8个数据位，一个停止位“1”。所以又称为10位UART。波特率可变。方式2：发送或接收一个字符时，每11位为一帧，一个起始位（0），8位数据位（低位在先），1位可编程位（即第9位数据）和1位停止位“1”。所以又称为11位UART。波特率为fosc/64或fosc/32方式3：与方式2类似，区别在于方式3的波特率可变●SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。当接收端（机）的SM2=1时，可以利用收到的RB8来控制是否激活RI（RB8＝0时不激活RI，收到的信息丢弃；RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并激活RI，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。当SM2=0时，不论收到的RB8为0和1，均可以激活RI，并使收到的数据进入SBUF（即此时RB8不具有控制RI激活的功能）。通过控制SM2，可以实现多机通信。在方式0时，SM2必须是0。在方式1时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI才激活置1。●REN，允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。●TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的第八位，可以用软件规定其作用。（1）可以用作数据的奇偶校验位。（2）在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位，用于区别地址帧/数据帧在方式0和方式1中，该位未用。●RB8，在方式2或方式3中，是接收到数据的第八位，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。●TI，发送中断标志位。在方式0时，当串行发送第8位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置1，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清0，取消此中断申请。●RI，接收中断标志位。在方式0时，当串行接收第8位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使RI置1，向CPU发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清0，取消此中断申请。2、电源控制寄存器PCON是一个特殊功能寄存器。主要用于电源控制方面。该寄存器的最高位SMOD称为波特率加倍位，方式0该位无用SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口工作于方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。3.3.489C52串行口的工作方式一、方式0当SM0SM1=00时，工作于方式0，此时串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。1、方式0输出D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUFRXD（数据）TXD（移位脉冲）TI（中断标志）（1）发送过程在TI=0时，执行一条向SBUF写数据指令“MOVSBUF,A”，就启动发送过程。（2）接收过程在RI=0的条件下，将REN(SCON.4)置“1”就启动一次接收过程。串行数据通过RXD接收，同步移位脉冲通过TXD输出。在移位脉冲的控制下，RXD端的串行数据依次移入内部移位寄存器。接收控制器将8位数据并行送入数据缓冲器SBUF中，执行指令MOVA,SBUF；表示将接收的数据送向A累加器2、方式0输入REN=1RXD（数据输入）TXD（移位脉冲）RI=0D0D1D2D3D4D5D6D7方式0下扩展并行接收和发送接口电路74LS164RXDTXDP1.080C51CLRCLKABGND74LS165RXDTXDP1.080C51S/LCLKQGND方式0下扩展并行接收和发送接口电路74LS164RXDTXDP1.080C51CLRCLKABGND74LS165RXDTXDP1.080C51S/LCLKQGNDGND/MR控制发光二极管原理图LED限流电阻例：用8051单片机的串行口外接串入并出的芯片74LS164扩展并行输出口，控制一组发光二极管，使发光管从右至左延时轮流显示，原理图如前图ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSCON,#00H;串口初始化0方式MOVA,#01H;CLRP1.0;置164控制端低电平，串入START:MOVSBUF,A;单片机发送数据LOOP:JNBTI,LOOP；等待发送完SETBP1.0；164置并行显示ACALLDELAY；调用延时CLRTI；清发送完位RLA；循环移位一次，改变显示内容CLRP1.0SJMPSTART;DELAY:MOVR7，#80H;延时子程序LOOP2:MOVR6,#0FFH;LOOP1:DJNZR6,LOOP1DJNZR7,LOOP2RETEND二、方式1方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。停止位数据位8位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共10位1、方式1输出D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始2、方式1输入用软件置REN为1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将接收到的9位数据的前8位数据装入接收SBUF，第9位（停止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。D0D1D2D3D4D5D6D7停止位RXDRI（中断标志）起始位采样脉冲三、方式2和方式3方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。方式2和方式3时起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32，方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。停止位数据位9位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71