第6章串行接口及串行通信技術(shù)

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1、,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,第,9,章,,串行接口及串行通信技術(shù),,第,6,章 串行接口及串行通信技術(shù),6.1,串行通信基礎(chǔ)知識,,6.2 AT89C51,的串行接口,,6.3 AT89C51,串行接口的應(yīng)用與編程,,,習(xí)題與思考題,6.1,串行通信基礎(chǔ)知識,,一、,串行通信基本概念,,1.,并行通信和串行通信,,,1,）,并行通信,,并行通信是指構(gòu)成信息的二進(jìn)制字符的各位數(shù)據(jù)采用多條數(shù)據(jù)線同時傳送的通信方法，如圖,6.1,所示。,,特點(diǎn)：傳輸控制簡單、速度快。但距離長時傳輸線多，成本高。,,,2,）,串行通信,,串行通信是指構(gòu)成信息的二進(jìn)制字符的各位數(shù)據(jù)一位一位順序地

2、傳送的通信方式，如圖,6.2,所示。,,特點(diǎn)：傳輸控制復(fù)雜、速度慢，但傳輸線少，成本低。,,圖,6.1,并行通信示意圖,,,圖,6.2,串行通信示意圖,2.,異步通信和同步通信,,串行通信又分為兩種基本通信方式，即異步通信和同步通信。,,,1,）,異步通信,,在異步通信中，被傳送的信息通常是一個字符代碼或一個字節(jié)數(shù)據(jù)，它們都以規(guī)定的相同傳送格式,(,字符幀格式,),一幀一幀地發(fā)送或接收。,,字符幀格式由四部分組成：起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位和停止位，如圖,6.3,所示。下面介紹各部分的功能。,,,圖,6.3,異步通信幀格式,(1),起始位：在沒有數(shù)據(jù)傳送時，通信線上處于邏輯“,1”,狀態(tài)。,,

3、,(2),數(shù)據(jù)位：在起始位之后，發(fā)送端發(fā)出,(,接收端接收,),的是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴(yán)格限制，如,5,位、,6,位、,7,位或,8,位等。由低位到高位逐位傳送。,,,(3),奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完,(,接收完,),之后，可發(fā)送奇偶校驗(yàn)位，它只占幀格式的一位，用于傳送數(shù)據(jù)的有限差錯檢測或表示數(shù)據(jù)的一種性質(zhì)，是發(fā)送和接收雙方預(yù)先約定好的一種檢驗(yàn),(,檢錯,),方式。,,(4),停止位：字符幀格式的最后部分為停止位，邏輯“,1”,電平有效，位數(shù)可以是,1,位、,1/2,位或,2,位。表示一個字符幀信息的結(jié)束，也為發(fā)送下一個字符幀信息做好準(zhǔn)備。,,異步通信的特點(diǎn)：不要收發(fā)雙方時鐘嚴(yán)格一致，易于

4、實(shí)現(xiàn)，但每個字符要附加,2~3,位的起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。,,2,）同步通信,,同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳輸一幀信息。這里的信息幀和異步通信的字符幀不同，通常有若干個數(shù)據(jù)字符，如圖,6.4,所示。其格式由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符,CRC,三部分組成。在同步通信中，同步字符可以采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)格式，也可以由用戶約定。,,同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使數(shù)據(jù)傳送完全同步。其特點(diǎn)是傳輸速率高，但硬件復(fù)雜。,同步,,字符,,,數(shù)據(jù),,字符,1,,,數(shù)據(jù),,字符,2,,,…,,,數(shù)據(jù)字符,n-1,,,數(shù)據(jù),,字符,n,,,校驗(yàn),,字

5、符,,,校驗(yàn),,字符,,,,圖,6.4,同步通信數(shù)據(jù)傳送格式,3.,串行通信的制式,,,1,）單工,(Half duplex),制式,,在單工方式下，通信線的,A,端只有發(fā)送器，,B,端只有接收器，信息數(shù)據(jù)只能單方向傳送，即只能由,A,端傳送到,B,端而不能反傳。如圖,6.5,所示。,,,圖,6.5,單工方式,2,）半雙工,( Half duplex),制式,,半雙工方式中，通信線路兩端的設(shè)備都有一個發(fā)送器和一個接收器，如圖,6.6,所示。數(shù)據(jù)可雙方向傳送但不能同時傳送，即,A,端送,B,端收或,B,端送,A,端收，,A,、,B,兩端的發(fā)送,/,接收只能通過半雙工通信協(xié)議切換交替工作。,,,圖

6、,6.6,半雙工方式,,3,）全雙工,(Full duplex),制式,,在全雙工方式下，通信線路,A,、,B,兩端都有發(fā)送器和接收器，,A,、,B,之間有兩個獨(dú)立通信的回路，兩端數(shù)據(jù)不是交替發(fā)送和接收，而是同時發(fā)送和接收。因此通信效率比前兩種要高。該方式下所需的傳輸線至少要有三條，一條用于發(fā)送，一條用于接收，一條用于公用信號地，如圖,6.7,所示。,,,圖,6.7,全雙工方式,4.,信號的調(diào)制與解調(diào),,計(jì)算機(jī)的通信要求傳送的是數(shù)字信號。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，通常要借用現(xiàn)存的公用電話網(wǎng)。但是電話網(wǎng)是為,300 - 3 400 Hz,的音頻模擬信號設(shè)計(jì)的，對二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸是不合適的。為此在發(fā)送時需

7、要對二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，使之適合在電話網(wǎng)上傳輸。在接收時，需要進(jìn)行解調(diào)以將模擬信號還原成數(shù)字信號。,,1,）調(diào)制器,,把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后送到通信線路上去。,,2,）解調(diào)器,,把從通信線路上收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。,,由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個裝置中，這就是調(diào)制解調(diào)器,MODEM,，如圖,6.8,所示。由圖可見，調(diào)制器和解調(diào)器是進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所需的設(shè)備，因此把它叫做數(shù)據(jù)通信設(shè)備（,DCE,）。通信線路是電話線，也可以是專用線。,圖,6.8,調(diào)制解調(diào)通信圖,5.,串行通信數(shù)據(jù)的校驗(yàn),,,在通信過程中往往要對數(shù)據(jù)傳送的正確與否進(jìn)行校驗(yàn)。以保證準(zhǔn)確無誤的傳輸數(shù)據(jù)。常用的

8、校驗(yàn)方法有奇偶校驗(yàn)及循環(huán)冗余碼校驗(yàn)。,,,,1,）,奇偶校驗(yàn),,奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)是按字符校驗(yàn)，即在數(shù)據(jù)發(fā)送時，在每一個字符的最高位之后都附加一個奇偶校驗(yàn)位“,1”,或“,0”,，使被傳送字符,(,包括奇偶校驗(yàn)位,),中含“,1”,的位數(shù)都為偶數(shù),(,偶校驗(yàn),),或都為奇數(shù),(,奇校驗(yàn),),。,,例：當(dāng)約定為奇校驗(yàn)時，數(shù)據(jù)中“,1”,的個數(shù)與校驗(yàn)位“,1”,的個數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；當(dāng)約定為偶校驗(yàn)時，數(shù)據(jù)中“,1”,的個數(shù)與校驗(yàn)位“,1”,的個數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收方與發(fā)送方的校驗(yàn)裝置和方式應(yīng)一致。接收字符時，對“,1”,的個數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若二者不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)了差錯。,2,）和校驗(yàn),,所謂

9、和校驗(yàn)是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時對數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，相符則無差錯，否則即認(rèn)為傳送過程中出現(xiàn)了差錯。,,,,6.,傳輸速率與傳輸距離,,,1,） 波特率,,波特率（也叫比特率），即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。它表示每秒鐘傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)。其單位是,b /s,。,,在串行通信中，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間除了采用相同的字符幀格式,(,異步通信,),或相同的同步字符,(,同步通信,),來協(xié)調(diào)同步工作外，兩者之間發(fā)送數(shù)據(jù)的速度和接收數(shù)據(jù)的速度也必須相同，這樣才能保

10、證被傳送數(shù)據(jù)的成功傳送。,,波特率是串行通信的重要指標(biāo)，對數(shù)據(jù)的成功傳送至關(guān)重要。,舉例：設(shè)數(shù)據(jù)的傳送率是,240,字符,/s,，而每個字符格式包含,10 bit(1,個起始位、,1,個停止位、,8,個數(shù)據(jù)位,),，這時傳送的波特率是：,,,10b×240,-1,= 2400 b/s,,,,標(biāo)準(zhǔn)波特率為：,110bps,、,300bps,、,600bps,、,1200bps,、、,2400bps,、,9600kbps,19.2kbps,、,56kbps,等。,2,）傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系,,傳輸距離與波特率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。通常傳輸距離隨波特率的增加而減小。,,當(dāng)傳輸線使用每,0.3

11、m,（約,1,英尺）有,50 pF,電容的非平衡屏蔽雙絞線時，傳輸距離是隨波特率增加而減小。當(dāng)波特率超過,1 000 bit/s,時，最大傳輸距離迅速下降，如,9600 bit/s,時最大距離下降到只有,76 m,（約,250,英尺）。,二、串行通信的標(biāo)準(zhǔn)接口,,,,RS-232C,通信接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（,DTE,）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（,DCE,）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。普遍用于計(jì)算機(jī)之間及計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的串行通信。由于它符合,EIA,（電子工業(yè)協(xié)會）規(guī)格要求，在國際上得到了廣泛的應(yīng)用。,,,RS-232C,接口具有如下,特點(diǎn)：信號線少,，在某些場合，完成雙工通信只需使

12、用幾根線就即可；,有多種可供選擇的信息傳輸速率,：,110,、,150,、,300,、,600,、,1 200,、,2 400,、,4 800,、,9 600,和,19 200 bps,。,,,RS-232C,接口特性包括電氣特性、機(jī)械特性、功能特性和過程特性四個方面內(nèi)容。,1.,機(jī)械特性,,,RS-232C,接口,規(guī)定使用,25,針連接器,，稱為,DB-25,插頭或插座。如圖,6.9,所示。,,,RS-232C,接口,對標(biāo)準(zhǔn)的,25,針接口定義了,22,條可以與外界連接的信號線,，,并對它們的功能作了具體的規(guī)定。,,實(shí)際用戶并不一定用到,RS- 232C,標(biāo)準(zhǔn)的全部信號線，,常常使用,9,針

13、非標(biāo)準(zhǔn)連接器替代,25,針連接器，稱為,DB-9,。,,,,DTE,：數(shù)據(jù)終端設(shè)備,(,如個入計(jì)算機(jī),),,DCE,：數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備,(,如調(diào)制解調(diào)器,),,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,方向 名稱,,第,2,路發(fā)送數(shù)據(jù),,發(fā)送時鐘,,第,2,路接收數(shù)據(jù),,接收時鐘,未用,,第,2,路請求發(fā)送,,數(shù)據(jù)終端就緒,,數(shù)據(jù)信號檢測,,振鈴指示,,數(shù)據(jù)信號速率選擇,,發(fā)送時鐘,未用,未用,保護(hù)地,N.A,發(fā)送數(shù)據(jù) 到,DCE,接收數(shù)據(jù)

14、 到,DCE,請求發(fā)送 到,DCE,允許發(fā)送 到,DTE,數(shù)據(jù)置位就緒 到,DTE,信號地,N.A,載波檢測 到,DTE,留作調(diào)試用,第,2,路載波檢測 到,DTE,第,2,路允許發(fā)送 到,DTE,名稱 方向,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,到,DCE,到,DTE,到,DTE,到,DTE,到,DCE,到,DCE,到,DTE,到,DTE,到,DCE,到,DCE,圖,6.9,RS-232C,引腳圖,2.,功能特性,,,RS-2

15、32C,接口的主要信號線定義如表,6-1,。,3.,電氣特性,,,RS-232C,的每一個引腳的信號性質(zhì)和電平均由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用,負(fù)邏輯電平,，如：,,1),規(guī)定,DC,（,-3~ -15 V,）為邏輯,1,DC(+3~ +15 V),為邏輯,0,。,,,(,簡稱,EIA,電平,),,2,）其邏輯電平與通常的,TTL,和,MOS,電平（用,0V~0.8V,表示‘,0’,2V~+5V,表示“,1”,）不兼容,。因此為了實(shí)現(xiàn),TTL,或,MOS,電路的連接，要外加電路（如,MAX232,）實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。,,由于,RS - 232C,發(fā)送端和接收端之間的信號采用多芯信號線，而多芯信號線的總負(fù)載電容不

16、能超過,2 500 pF,，所以,RS-232C,的,信號傳輸距離僅為幾十米，傳輸速率小于,20kbps,。,4.,過程特性,,過程特性,規(guī)定了信號之間的時序關(guān)系，以便正確地接收和發(fā)送數(shù)據(jù),。如果通信雙方均具備,RS-232C,接口，則二者可以直接連接，不必考慮電平轉(zhuǎn)換問題。 但是,對于單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過,RS-232C,的連接，必須考慮電平轉(zhuǎn)換問題，,因?yàn)?MCS-51,系列單片機(jī)串行口不是標(biāo)準(zhǔn),RS-232C,接口 。,,遠(yuǎn)程,RS - 232C,通信需要調(diào)制解調(diào)器，如圖,6.10,所示。近程通信,RS-232C(,通信距離,15 m,內(nèi),),可以不使用

17、調(diào)制解調(diào)器，其連接方法可有以下幾種，如圖,6.11,所示。,圖,6.10,遠(yuǎn)程,RS-232C,通信連接,圖,6.11,近程,RS-232C,通信連接,5. RS-232C,電平與,TTL,電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路,,單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通過,RS-232C,的連接，必須考慮電平轉(zhuǎn)換問題。早期常用的電平轉(zhuǎn)換芯片為,MC1488,、,MC1489,。近年來多采用片內(nèi)帶有自升壓電路的芯片。如,MAXM232,，它僅需,+5V,電源，內(nèi)置電子升壓泵將,+5V,轉(zhuǎn)換成,-10V~+10V,。該芯片內(nèi)含,2,個發(fā)送器，,2,個接收器，且與,TTL/CMOS,電平兼容，使用非常方便。,6.,采用,RS-232C,接口存

18、在的問題,,1,）傳輸距離短、速率低,,,RS-232C,標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，傳輸距離一般不超過,15,米。最高傳輸速率為,20bps,。,,2,）有電平偏移,,,RS-232C,接口收發(fā)雙方共地的情況下，當(dāng)通信距離較遠(yuǎn)時，兩端的地電位差別較大，信號地上會有較大的地電流并產(chǎn)生壓降，一方輸出的邏輯電平到達(dá)對方時，其邏輯電平可能偏移較大，嚴(yán)重時會發(fā)生邏輯錯誤。,3,）抗干擾能力差,,,RS-232C,采用單端輸入輸出，傳輸過程中的干擾和噪聲會混在正常的信號中。為了提高信噪比，,RS-232C,標(biāo)準(zhǔn)不得不采用較大的電壓擺幅。,,針對,RS-232C,總線標(biāo)準(zhǔn)存在的問題，,EIA,協(xié)會制定了新的串

19、行通信標(biāo)準(zhǔn),RS-422A,和,RS-485,。它們是平衡型電壓數(shù)字接口電路的電氣標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)改善了串行通信的傳輸特性。,6.2 AT89C51,的串行接口,,一、,串行接口的結(jié)構(gòu)及功能,,,AT89C51,串行口的結(jié)構(gòu)框圖如圖,6.12,所示，主要由發(fā)送器、接收器和串行控制寄存器組成。,,,,圖,6.12 AT89C51,串行口結(jié)構(gòu)框圖,,圖中有,兩個物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器,SBUF,，它們占用同一地址,99H,，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。,,接收器主要由接收緩沖寄存器,SBUF,，接收移位寄存器和接收控制器組成。接收器是雙

20、緩沖結(jié)構(gòu)，在前一個字節(jié)被從接收緩沖器讀出之前，第二個字節(jié)即開始被接收（串行輸入至移位寄存器），但是在第二個字節(jié)接收完畢而前一個字節(jié),CPU,未讀取時，會丟失前一個字節(jié)的內(nèi)容。,,發(fā)送器主要由發(fā)送緩沖寄存器,SBUF,和發(fā)送控制器組成。對于發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時,CPU,是主動的，不會產(chǎn)生重疊錯誤。,,二、,串行口控制寄存器,,串行口控制寄存器,SCON,用于設(shè)置串行口的工作方式、監(jiān)視串行口工作狀態(tài)、發(fā)送與接收的狀態(tài)控制等。它是一個既可字節(jié)尋址又可位尋址的特殊功能寄存器。其格式如圖,6.13,所示。,,,圖,6.13,控制寄存器,SCON,的格式,,位名稱,,位號,,SM0,,SM1,,SM2,

21、,REN,,TB8,,RB8,,TI,,RI,,7,,6,,5,,4,,3,,2,,1,,0,SCON,寄存器各位的功能如下：,,,(1) ?SM0,、,SM1,：串行口工作方式選擇位，可構(gòu)成四種工作方式，如表,6-2,所示。,,,(2) ?SM2,：在方式,2,和方式,3,中多機(jī)通信的控制位。,,,(3) ?REN,：串行接收允許位。由軟件置,REN = 1,，則啟動串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置,REN = 0,，則禁止接收。,,,(4) ?TB8,：在方式,2,或方式,3,中，是將要發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)，由軟件置位或清零，它可作為數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)位，也可在多機(jī)通信中作為地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位使用。,,

22、表,6-2,串行口工作方式選擇,SM0 SM1,,,工作方式,,,功　　能,,,波特率,,,0 0,,0 1,,1 0,,1 1,,,方式,0,,方式,1,,方式,2,,方式,3,,,移位寄存器,,10,位異步收發(fā),,11,位異步收發(fā),,11,位異步收發(fā),,,fosc/12,,可變,,fosc/6,或,fosc/32,,可變,,,,(5) ?RB8,：在方式,2,或方式,3,中，是已接收到的第九位數(shù)據(jù)，可作為奇偶校驗(yàn)位。,,,(6) ?TI,：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式,0,當(dāng)串行發(fā)送第,8,位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時，由內(nèi)部硬件

23、使,TI,置,1,，向,CPU,發(fā)中斷申請。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清,0,，取消此中斷申請。,,,(7) ?RI,：接收中斷標(biāo)志位。方式,0,中，在接收完第,8,位數(shù)據(jù)時由硬件置位。在方式,0,當(dāng)串行接收第,8,位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其它方式，串行接收停止位的中間時，由內(nèi)部硬件使,RI,置,1,，向,CPU,發(fā)中斷申請。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清,0,，取消此中斷申請,,,(8) ?SMOD,：,為波特率選擇位,。電源控制寄存器,PCON,中的第八位也與串行口有關(guān)，如圖,6.14,所示。當(dāng),SMOD=1,時，波特率提高一倍，復(fù)位時，,SMOD=0,。,,,圖,6.14,電源控制

24、寄存器,PCON,的格式,位號,7,6,5,4,3,2,1,0,位名稱,SMOD,,,,,,,,,三、 串行通信的工作方式,,,1,．工作方式,0,,,在方式,0,下，串行口是作為,同步移位寄存器使用的,。其,波特率固定為單片機(jī)振蕩頻率,(fosc),的,1/12,，,串行傳送數(shù)據(jù),8,位為一幀,(,沒有起始、停止、奇偶校驗(yàn)位,),。,,,數(shù)據(jù)由,RXD,端輸出或輸入,，低位在前，高位在后。,TXD,端輸出同步移位脈沖,，可以作為外部擴(kuò)展的移位寄存器的移位時鐘，因而串行口方式,0,常用于擴(kuò)展外部并行,I/O,口。,,,1,）工作原理,,（,1,）發(fā)送（輸出）,,執(zhí)行指令（如,MOV SBUF

25、, A,）,,,就啟動發(fā)送。,,在發(fā)送過程中由,RXD,端將寫入,SBUF,寄存器中的,數(shù)據(jù)依照從低位到高位的次序按位送出,，同時由,TXD,端輸出移位時鐘脈沖。,,一個字節(jié)的,數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,，串行口自動停止發(fā)送數(shù)據(jù)和移位時鐘脈沖，,并置位,TI,申請中斷。,TI,必須由軟件清零。以便下一次傳送。,,從寫,SBUF,到,TI,置位，相隔,9,個機(jī)器周期，完成了發(fā)送,1,幀數(shù)據(jù)的全過程。如圖,6.15,所示。,圖,6.15,方式,0,數(shù)據(jù)輸出時序,,圖,6.16,方式,0,擴(kuò)展并行輸出口,,串行發(fā)送時，外部可擴(kuò)展一片,(,或幾片,),串入并出,的移位寄存器,,（如,74LS164),，如圖,6.

26、16,所示。,,,RXD,TXD,89C51,A,B,CLK,,,,,數(shù)據(jù)輸出,移位脈沖,1,2,3,,,,,,,,,3,4,5,6,10,11,12,13,74LS164,D7,D6D5D4D3D2D1,D0,,（,2,）接收（輸入）,,當(dāng),REN= 1,RI=0,時，就啟動串行口接收。,,在接收過程中，由,TXD,端輸出移位時鐘脈沖，控制外圍設(shè)備將,8,位數(shù)據(jù)按位移入串行口的,RXD,端，并通過串行口內(nèi)部的輸入移位寄存器將數(shù)據(jù)存入,SBUF,接收寄存器。,,當(dāng)串行口控制電路檢測到最后一次移位,結(jié)束,后，接收過程告終，并,置位,RI,申請中斷,。,RI,也必須由軟件清零。從啟動接收到,RI,

27、置位，相隔,9,個機(jī)器周期，完成了接收,1,幀數(shù)據(jù)的全過程。 時序圖如圖,6.17,所示。,圖,6.17,方式,0,數(shù)據(jù)輸入時序,,圖,6.18,方式,0,擴(kuò)展并行輸入口,,串行接收時，外部可擴(kuò)展一片,(,或幾片,),并入串出,的移位寄存器（如,74LS165,），如圖,6.18,所示。,,,Q,CLK,6,5,4,3,14,13,12,11,數(shù)據(jù)輸入,,移位脈沖,RXD,TXD,80C51,74LS165,,,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,,,,,,,,,2,．工作方式,1,,,在方式,1,下，串行口工作在,10,位幀格式,，發(fā)送或接收一幀信息中，,除,8,位數(shù)據(jù)移位外，還

28、包含一個起始位,(0),和一個停止位,(1),，其格式如圖,6.19,所示,。,,工作方式,1,的波特率是可變的，由定時器,T1,的計(jì)數(shù)溢出率決定。相應(yīng)的公式為：,,波特率,= ×,定時器,T1,溢出率,,,圖,6.19,串行口方式,1,的幀格式,定時器,T1,的計(jì)數(shù)溢出率計(jì)算公式為：,,定時器,T1,溢出率,=,,,式中，,K,為定時器,T1,的位數(shù)，與定時器,T1,的工作方,,式有關(guān),(,見第,5,章介紹,),，則波特率計(jì)算公式為：,波特率,=,,1),發(fā)送,,發(fā)送時，數(shù)據(jù)從,TXD,端輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器,SBUF,后，啟動發(fā)送器發(fā)送。當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，

29、置中斷標(biāo)志,TI,為,1,。方式,1,所傳送的波特率取決于定時器,1,的溢出率和,PCON,中的,SMOD,位。,,2),接收,,接收時，由,REN,置,1,，允許接收，串行口采樣,RXD,，當(dāng)采樣由,1,到,0,跳變時，確認(rèn)是起始位“,0”,，開始接收一幀數(shù)據(jù)。當(dāng),RI=0,，且停止位為,1,或,SM2=0,時，停止位進(jìn)入,RB8,位，同時置中斷標(biāo)志,RI,；否則信息將丟失。所以，方式,1,接收時，應(yīng)先用軟件清除,RI,或,SM2,標(biāo)志。,,方式,1,時串行口的發(fā)送和接收時序如圖,6.20,所示。,圖,6.20,串行口方式,1,的時序圖,3,．方式,2,和方式,3,,,在方式,2,和方式,3

30、,下，串行口工作在,11,位異步通信方式。,一幀信息包含一個起始位“,0”,，八個數(shù)據(jù)位，一個可編程第九數(shù)據(jù)位和一個停止位“,1”,。其中可編程位是,SCON,中的,TB8,位，在八個數(shù)據(jù)位之后，可作奇偶校驗(yàn)位或地址,/,數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位使用，由使用者確定。其幀格式如圖,6.21,所示。,,,區(qū)別：方式,2,的波特率固定為晶振頻率的,1/64,或,1/32,；方式,3,的波特率由定時器,T1,的計(jì)數(shù)溢出率決定，確定方法與工作方式,1,中的完全一樣。,,,圖,6.21,串行口方式,2,、,3,幀格式圖,1,）方式,2,和方式,3,輸出,,當(dāng),CPU,向發(fā)送,SBUF,寫入一個數(shù)據(jù)時，串行口發(fā)送過程

31、就被啟動了。,TB8,寫入輸出移位寄存器的第,9,位，,8,位數(shù)據(jù)裝入,SBUF,。,,發(fā)送開始時，先把起始位,0,輸出到,TXD,端。經(jīng)一位時間后，發(fā)送移位寄存器的輸出位（,D0,）到,TXD,端。之后，每一個移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由,TXD,端輸出。,,結(jié)束時，控制電路進(jìn)行最后一次移位，并置,T1,＝,1,，向,CPU,請求中斷。,,2,）方式,2,和方式,3,輸入,,軟件使接收允許位,REN,為,1,后，接收開始啟動。,,接收時，數(shù)據(jù)從右邊移入輸入移位寄存器，,1,從左邊移出，在起始位,0,移到最左邊時，控制電路進(jìn)行最后一次移位。,,當(dāng),RI,＝,0,，且,SM2=

32、0,時，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收,SBUF,和,RB8,，置,RI = 1,，向,CPU,請求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位,RI,，一位時間后繼續(xù)搜索,RXD,端的負(fù)跳變。,,時序如圖,6.22,所示 。,圖,6.22,串行口方式,2,、,3,時序圖,四、串行口波特率確定和初始化,,1.,波特率計(jì)算,,串行口的四種工作方式對應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時鐘的來源不同，所以，各種方式的,波特率計(jì)算公式,也不相同。,,具體如下：,2.,波特率的選擇,,實(shí)際應(yīng)用中，波特率要選擇為,標(biāo)稱值,，又由于,TH1,的初值是整數(shù)，為了減小波特率計(jì)算誤差，,晶振頻率要選擇為,11.0592MHZ,。所

33、以方式,1,和方式,3,波特率與,TH1,初值的對應(yīng)基本上是確定的，如表,6-3,所示。,波特率（,bps,）,19.2K,9600,4800,2400,1200,TH1,初值,FDH,FDH,FAH,F4H,E8H,SMOD,1,0,0,0,0,表,6-3,方式,1,、,3,常用波特率與,TH1,的初值關(guān)系表,注,:,此時，,T1,工作在方式,2,，晶振頻率為,11.0592MHZ,。,3.,串行口的初始化,,具體步驟如下：,,1,）確定定時器,1,的工作方式（編程,TMOD,寄存器）；,,2,）計(jì)算定時器,1,的初值，裝載,TH1,、,TL1;,,3,）啟動定時器,1(,編程,TCON,中

34、的,TRl,位,),；,,4,）確定串行口控制（編程,SCON,寄存器）,,5,）串行口在中斷方式工作時，須開,CPU,的中斷源（編程,IE,、,IP,寄存器）。,,五、,多機(jī)通信,,,AT89C51,單片機(jī)串行口工作在方式,2,或方式,3,時，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信功能，即一臺主機(jī)和多臺從機(jī)之間通信，如圖,6.23,所示。,,當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送信息時，主機(jī)首先發(fā)送一個地址幀，此幀數(shù)據(jù)的第九數(shù)據(jù)位,TB8,應(yīng)設(shè)置為“,1”,，以表示是地址幀，,8,位數(shù)據(jù)位是某臺從機(jī)的地址。,,圖,6.23,多機(jī)通信連接圖,,這種通信只能在主從機(jī)之間進(jìn)行，從機(jī)之間的通信需經(jīng)主機(jī)作中介才能實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過上面分析，多機(jī)通信的過程

35、可總結(jié)如下：,,,(1),主、從機(jī)均初始化為方式,2,或方式,3,，且置,SM2=1,，,REN=1,，串行開中斷。,,,(2),主機(jī)置位,TB8=1,，向從機(jī)發(fā)送尋址地址幀，各從機(jī)因滿足接收條件,(SM2=1,，,RB8=1),，從而接收到主機(jī)發(fā)來的地址，并與本機(jī)地址比較。,(3),地址一致的從機(jī)將,SM2,清零，并向主機(jī)返回地址，供主機(jī)核對，不一致的從機(jī)恢復(fù)初始狀態(tài)。,,,(4),主機(jī)核對返回的地址，若與剛才發(fā)出的地址一致則準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，若不一致則返回,(1),重新開始。,,,(5),主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，此時主機(jī),TB8=0,，只有被選中的那臺從機(jī)能接收到該數(shù)據(jù)，其他從機(jī)則舍棄該數(shù)據(jù)。,,

36、,(6),本次通信結(jié)束后，主從機(jī)重新置,SM2=1,，又可進(jìn)行新一次的通信。,6.3 AT89C51,串行接口的應(yīng)用與編程,,一、利用單片機(jī)串行口,擴(kuò)展并行,I/O,口,,,串行口工作方式,0,主要用于擴(kuò)展并行,I/O,口，擴(kuò)展成并行輸出口時，需要外接一片,8,位串行輸入并行輸出的同步移位寄存器,74HC164,。擴(kuò)展成并行輸入口時，需要外接一片或幾片并行輸入串行輸出的同步移位寄存器,74HC165,。,,,數(shù)據(jù)的串行輸出或輸入可采用中斷方式，也可采用查詢標(biāo)志位,TI,、,RI,的方法，在移位初始化時，要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。,,,[,例,],利用串行口工作在方式,0,，外擴(kuò)一片,74HC164,

37、構(gòu)成一個三位,LED,動態(tài)顯示器，并將內(nèi)部,RAM,顯示單元,65H,、,66H,、,67H,中的內(nèi)容輸出顯示。如圖,6.24,所示。,,,圖,6.24,串行動態(tài)顯示圖,主程序如下：,,ORG 0000H,,LJMP MAIN,,ORG 0030H,,MAIN,：,MOV SCON,，,#00H,；串行口初始化為方式,0,,SETB P1.2,；消去最高顯示位,,,SETB P1.1,,MOV SBUF,，,65H,；傳送最低顯示位,,,JNB TI,，,$,；傳送沒結(jié)束，等待,,CLR P1.0,；最低位顯示,,,CLR TI,；清中斷標(biāo)志位,,,LC

38、ALL,D10ms,,；調(diào)延時子程序，維持狀態(tài),,,SETB P1.0,；消去最低顯示位,,,MOV SBUF,，,66H,；傳送中間顯示位,,,JNB TI,，,$,；等待傳送結(jié)束,,,CLR P1.1,；顯示中間位,,,CLR TI,；清中斷標(biāo)志位,,LCALL,D10ms,,；調(diào)延時子程序，維持狀態(tài),,,SETB P1.1,；消去中間顯示位,,,MOV SBUF,，,67H,；傳送最高顯示位,,,JNB TI,，,$,；等待傳送結(jié)束,,,CLR P1.2,；顯示最高顯示位,,,CLR TI,；清中斷標(biāo)志位,

39、,D10ms: MOV R5, #10,,D1ms: MOV R4,#249,,DL: NOP,,NOP,,DJNZ R4,DL,,DJNZ R5,D1ms,,RET,,END,二、單片機(jī)與單片機(jī)的通信,,有兩個單片機(jī)子系統(tǒng)，它們均能獨(dú)立地完成主系統(tǒng)的某一功能，且這兩個子系統(tǒng)具有一定的信息交換需求，這時就可以用串行通信的方式將兩個子系統(tǒng)連接起來。,,1.,硬件連接,,若兩個單片機(jī)系統(tǒng)距離近，只要將兩個單片機(jī)系統(tǒng)的,TXD,和,RXD,引出線交叉相連即可；若兩個單片機(jī)系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，要采用,RS-232C,接口進(jìn)行連接，如圖,6.25,所示。,圖,6.25,雙機(jī)通信連接圖,2.,

40、通信協(xié)議,,采用方式,1,進(jìn)行通信，每幀信息為,10,位，波特率為,2400bps,，,T1,作定時器用，工作在方式,2,，晶振頻率用,11.0592MHZ,，查表,6.3,得,TH1=TL1=0F4H,，,PCON,寄存器的,SMOD,位為,0,。,,通信時，首先,A,機(jī)發(fā)送“,E1H”,請求傳輸數(shù)據(jù)。,B,機(jī)收到后回答一個”,E2H”,應(yīng)答信號，表示同意接收。當(dāng),A,機(jī)收到應(yīng)答信號”,E2H“,后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一個數(shù)據(jù)字節(jié)都要計(jì)算”校驗(yàn)和“，假定數(shù)據(jù)塊長度為,15,個字節(jié)，起始地址為,40H,，數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢后立即發(fā)送”校驗(yàn)和“。,,然后,B,機(jī)接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，起始地址

41、也為,40H,，每接收到一個數(shù)據(jù)字節(jié)便計(jì)算一次”校驗(yàn)和“，當(dāng)收完數(shù)據(jù)塊后，再接收,A,機(jī)發(fā)來的”校驗(yàn)和“，并將它與,B,機(jī)求出的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。若兩者相等，說明接收正確，,B,機(jī)回答,00H,；若兩者不等，說明接收不正確，,B,機(jī)回答,FFH,，請求重發(fā)。,A,機(jī)收到答復(fù)為,00H,則結(jié)束發(fā)送。若答復(fù)非,0,，則重新發(fā)送數(shù)據(jù)。,3.,程序及流程圖,,A,機(jī)程序：,,ORG 0000H,,LJMP AMAIN,,ORG 0030H,,AMAIN,：,MOV SP,#5FH,,MOV TMOD, # 20H ;,初始化定時器,1,為模式,2,,MOV TH1, #0F4H;,裝載定時器初

42、值,,MOV TLl,#0F4H,,MOV SCON,#50H,,MOV PCON, # 00H,,SETB TR1;,啟動定時器,,CALL INIT;,生成調(diào)試用數(shù)據(jù),,DIALOG: MOV A,#0E1H;,發(fā)聯(lián)絡(luò)信號,,CALL TXBYTE,,CALL RXBYTE;,接收,B,機(jī)返回信號,,CJNE A,#0E2H,DIALOG ;B,機(jī)允許發(fā)送？,,RETX: CALL TXDATA,,CALL RXBYTE,,CJNE A,#00H,DIALOG ;B,機(jī)接收正確？,,AJMP DIALOG,TXBYTE: MOV SBUF,A;,發(fā)送子程序,,JNB TI,

43、$,,CLR TI,,RET,,RXBYTE: JNB RI,$;,接收子程序,,MOV A,SBUF,,CLR RI,,RET,,TXDATA: MOV R7,#15;,發(fā)送數(shù)據(jù)塊子程序,,MOV R0,#40H,,MOV R6,#00H,,LDATA: MOV A,@R0,,CALL TXBYTE,,MOV A,R6,,ADD A,@R0;,求校驗(yàn)和,,MOV R6,A;,保存校驗(yàn)和,,INC R0,,DJNZ R7,LDATA;,數(shù)據(jù)塊傳送完否？,MOV A,R6;,發(fā)送校驗(yàn)和,,CALL TXBYTE,,RET,,INIT: MOV R0,#40H;,測試數(shù)據(jù),,MOV R7,#15

44、,,MOV A,#30H,,L0: MOV @R0,A,,INC A,,INC R0,,DJNZ R7,L0,,RET,,END,,B,機(jī)程序：,,ORG 0000H,,LJMP BMAIN,,ORG 0030H,,BMAIN,：,MOV SP,#5FH,,MOV TMOD, # 20H;,初始化定時器,1,為模式,2,,MOV TH1, #0F4H;,裝載定時器初值,,MOV TLl,# 0F4H,,MOV SCON,#50H,,MOV PCON, # 00H,,SETB TR1;,啟動定時器,,WDIALOG: CALL RXBYTE,,CJNE A,#0E1H,WDIALOG;

45、,等待聯(lián)絡(luò)信號,,MOV A,#0E2H,,CALL TXBYTE,；發(fā)送應(yīng)答信號,,RERX: CALL RXDATA;,接收數(shù)據(jù)塊,,XRL A,R6;,和校驗(yàn)正確否？,,JNZ NO;,不正確轉(zhuǎn),NO,,MOV A,#00H;,正確,,CALL TXBYTE,,AJMP WDIALOG,,NO: MOV A,#0FFH,,CALL TXBYTE,,AJMP RERX,TXBYTE: MOV SBUF,A;,發(fā)送子程序,,JNB TI,$,,CLR TI,,RET,,RXBYTE: JNB RI,$;,接收子程序,,MOV A,SBUF,,CLR RI,,RET,,RXDATA: MOV

46、 R7,#15;,接收數(shù)據(jù)塊子程序,,MOV R0,#40H,,MOV R6,#00H,,LDATA: CALL RXBYTE,,MOV @R0,A,,MOV A,R6,,ADD A,@R0,,MOV R6,A,,INC R0,,DJNZ R7,LDATA,,CALL RXBYTE,,RET,,END,,圖,6.26,雙機(jī)通信流程圖,習(xí)題與思考題,6.1,串行通信有幾種基本通信方式？它們有什么區(qū)別？,,6.2,什么是串行通信的波特率？,,6.3,串行通信有哪幾種制式？各有什么特點(diǎn)？,,6.4,簡述,AT89C51,串行口控制寄存器,SCON,各位的定義。,,6.5 AT89C51,單片機(jī)串行

47、通信有幾種工作方式？簡述它們各自的特點(diǎn)。,,,6.6,簡述,AT89C51,單片機(jī)串行口在四種工作方式下波特率的產(chǎn)生方法。,,,6.7,假設(shè)異步通信接口按方式,1,傳送，每分鐘傳送,6000,個字符，則其波特率是多少？,,,6.8,串行口工作在方式,1,和方式,3,時，其波特率由定時器,T1,產(chǎn)生，為什么常選,T1,工作在方式,2,？若已知,fosc=6 MHz,，需產(chǎn)生的波特率為,2400 b/s,，則如何計(jì)算,T1,的計(jì)數(shù)初值？實(shí)際產(chǎn)生的波特率是否有誤差？,6.9,說明單片機(jī)多機(jī)通信的工作原理。,,,6.10,試用查詢法編寫,AT89C51,串行口在方式,2,下的接收程序。設(shè)波特率為,fosc/32,，接收數(shù)據(jù)塊長,20H,，接收后存在于片內(nèi),RAM,的,40H,開始單元，采用奇偶校驗(yàn)，放在接收數(shù)據(jù)的第九位上。,,,6.11,設(shè)計(jì)一個發(fā)送程序，將芯片內(nèi),RAM,中的,30H,～,3FH,單元數(shù)據(jù)從串行口輸出，要求將串行口定義為方式,3,，,TB8,作奇偶校驗(yàn)位。,,6.12 PC,機(jī)與單片機(jī)間的串行通信為什么要進(jìn)行電平轉(zhuǎn) 換？,,,6.13 RS,-,232C,總線標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平是怎樣規(guī)定的？,,,6.14,繪出用,MAX232,芯片實(shí)現(xiàn)兩片,AT89C51,單片機(jī)之間遠(yuǎn)距離串行通信的接口電路圖。,,