第9章串行通信
第九章 AT89s52单片机串行通信
第九章 AT89S52单片机串行通信
16
9.3.1 串行口的控制
1．串行数据缓冲器SBUF 2．串行口控制寄存器SCON 3．电源控制寄存器PCON
第九章 AT89S52单片机串行通信
17
2．串行口控制寄存器SCON
31
（1）用T1产生波特率
模式1和模式3的波特率= SMOD 2 × T1溢出速率/32 T1设置为8位自动重装载的模式2 时，波特 f OSC 2 SMOD 率为：
32 × 12 × (256 - TH1)
模式1和模式3的波特率=T2的溢出速率/16
第九章 AT89S52单片机串行通信
32
（2）用T2产生波特率
38
JNB TI, DL2 CLR TI INC R0 DJNZ R7, DL1 CLR P3.5 LOOP: AJMP LOOP TAB: DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H DB 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90H, 88H DB 83H, 0C6H, 0A2H, 86H, 84H
第九章 AT89S52单片机串行通信
40
解：（1）功能分析： （2）波特率的计算 串行口工作在模式1，定时器T1工作在模式 2作波特率发生器。波特率计算公式为： SMOD f OSC 波特率= 2 × (256 －TH1 ）
32 12
f OSC － 设SMOD=0，则TH1= 256 32 × 12 × 1200
第九章 AT89S52单片机串行通信
27
9.3.4 波特率的确定
串行口的四种工作模式对应着不同波特 率。由于输入的移位时钟来源不同，因 此，各种模式的波特率计算公式也不相 同。
串行通信的工作原理
串行通信的工作原理串行通信是一种在计算机或其他电子设备之间传输数据的方式，其工作原理是通过逐位地传输数据，从而实现数据的传输和通信。
串行通信与并行通信相比，具有传输速度较慢但传输距离较远、传输线数量较少的优势。
在串行通信中，数据以位的形式传输，即每次只传输一个位。
数据通过串行通信线路一个接一个地传输，按照一定的协议和规则进行传输。
串行通信的工作原理主要包括以下几个方面：1. 数据传输方式：串行通信通过一个传输线路逐位地传输数据，通常是通过串行通信线路传输数据。
数据在传输线路上传输时，会经过编码和调制处理，以确保数据传输的可靠性和准确性。
2. 数据传输速率：串行通信的数据传输速率通常以波特率（Baud rate）来衡量，波特率表示每秒传输的波特数，也可以理解为每秒传输的符号数。
波特率越高，数据传输速度越快。
3. 数据帧结构：在串行通信中，数据通常以数据帧的形式传输。
数据帧包括数据字段、校验字段、控制字段等，用于确保数据传输的正确性和完整性。
4. 数据传输协议：串行通信通常使用一定的数据传输协议，如UART（通用异步收发传输）协议、SPI（串行外设接口）协议、I2C（Inter-Integrated Circuit）协议等。
这些协议定义了数据传输的格式、时序、校验等规则，用于确保数据的可靠传输。
5. 数据传输方式：串行通信可以采用同步传输方式和异步传输方式。
同步传输方式需要发送方和接收方之间保持时钟同步，数据按照时钟信号进行传输；而异步传输方式则不需要时钟信号，数据的传输是根据数据帧的起始和停止位进行的。
总的来说，串行通信的工作原理是通过逐位传输数据，通过数据传输线路、数据传输方式、数据帧结构、数据传输协议等多个方面的配合，实现数据的传输和通信。
串行通信在计算机、通信、工业控制等领域广泛应用，是现代电子设备数据传输的重要方式。
单片机教程 第9章-串口通信
9.2
MCS-51单片机串行接口
方式1所传送的波特率取决于定时器T1的溢出 率和特殊功能寄存器PCON中SMOD的值,即方式1的
波特率=(2SMOD/32)×定时器T1的溢出率。
②方式1接收：当串行口置为方式1,且REN=1 时,串行口处于方式1输入状态。它以所选波特率 的16倍的速率采样RXD引脚状态。
示字符的结束。异步传送的字符格式如图所示。 ①字符帧：也叫数据帧，由起始位、数据位、奇 偶校验位和停止位4个部分组成。
9.1
串行通信基础
9.1
串行通信基础
②波特率：就是数据的传送速率,即每秒钟传送的 二进制位数，单位：位/秒。 说明：要求发送端与接收端的波特率必须一 致。波特率越高，传送速度越快。
9.1
串行通信基础
下图为以上两种通信方式的示意图。由图可知, 假设并行传送N位数据所需时间为T,那么串行传送 的时间至少为NT,实际上总是大于NT的。
9.1
串行通信基础
9.1.1
串行通信的分类
1、异步通信
异步传送的特点是数据在线路上的传送不连
续。在传送时,数据是以一个字符为单位进行传送
的。它用一个起始位表示字符的开始,用停止位表
;清0接收中断标志 ;接收数据 ;取奇偶校验位 ;偶校验时转L1 ;奇校验时RB8为0转出错处理
;偶校验时RB8为1转出错处理 ;奇偶校验对时存入数据 ;修改指针 ;恢复现场 ;中断返回 ;出错处理 ;中断返回
L1: L2:
ERR:
9.2
MCS-51单片机串行接口
4、方式3 方式3为波特率可变的9位异步通信方式,除了
fOSC 2 SMOD 64
T 1溢出率2 SMOD 32
串行通信基础知识
第9章
串行接口及串行通信技术
A 发送器 端
B 接收器 端
图9-5 单工方式
第9章
串行接口及串行通信技术
2．半双工( Half duplex)制式 半双工方式中，通信线路两端的设备都有一个发送 器和一个接收器，如图9-6所示。数据可双方向传送但 不能同时传送，即A端送B端收或B端送A端收，A、B 两端的发送/接收只能通过半双工通信协议切换交替工
送奇偶校验位，它只占帧格式的一位，用于传送数据 的有限差错检测或表示数据的一种性质，是发送和接
收双方预先约定好的一种检验(检错)方式。
第9章
串行接口及串行通信技术
(4) 停止位：字符帧格式的最后部分为停止位，逻辑
“ 1” 电平有效，位数可以是 1 位、 1/2位或 2位。表示一 个字符帧信息的结束，也为发送下一个字符帧信息做
两端协调同步工作，当接收端检测到停止位“1”时，
表示一帧数据已发送和接收完毕。图9-4表示同步通信 的字符
数据 字符1
数据 字符2
…
数据字 符n-1
数据 字符n
校验 字符
校验 字符
图9-4 同步通信数据传送格式
第9章
串行接口及串行通信技术
3．波特率 在串行通信中，发送设备和接收设备之间除了采
第9章
串行接口及串行通信技术
9.1 串行通信基础知识
9.1.1 并行通信和串行通信 1．并行通信 并行通信是指构成信息的二进制字符的各位数据 同时传送的通信方法，如图9-1所示。 2．串行通信
串行通信是指构成信息的二进制字符的各位数据
一位一位顺序地传送的通信方式，如图9-2所示。
第9章
串行接口及串行通信技术
有三条，一条用于发送，一条用于接收，一条用于公
串行通信及实验
第9章 串行通信及实验
两相邻字符帧之间
• 在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没 有空闲位，也可以有若干空闲位，这由用 户来决定。图9.2（b）表示有3个空闲位的 字符帧格式。
第9章 串行通信及实验
9.1.1.3 波特率（baud rate） • 异步通信的另一个重要指标为波特率。 • 波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，
2 6 16 15 14 7 13 8
MAX232
第9章 串行通信及实验
9.2.4 RS-232C总线规定 • RS-232C标准总线为25根，采用标准的D型
25芯插头座。各引脚的排列如图9.7所示。
第9章 串行通信及实验
简单的全双工系统
• 在最简单的全双工系统中，仅用发送数据、 接收数据和信号地三根线即可，对于MCS51单片机，利用其RXD（串行数据接收端） 线、TXD（串行数据发送端）线和一根地 线，就可以构成符合RS-232C接口标准的全 双工通信口。
• 另一种常用的电平转换电路是MAX232， 图9.6为MAX232的引脚图。
第9章 串行通信及实验
图9.6 MAX232引脚图
1 3 4 5 11 10 12 9
C1+ C1C2+ C2T1IN T2IN R1OUT R2OUT
Vs+ VsVCC GND T1OUT T2OUT R1IN R2IN
第9章 串行通信及实验
串行通信的优点与缺点
• 两种基本通信方式比较起来，串行通信方 式能够节省传输线，特别是数据位数很多 和远距离数据传送时，这一优点更为突出； 串行通信方式的主要缺点是传送速度比并 行通信要慢。
第9章 串行通信及实验
9.1.1 串行通信的分类 • 按照串行数据的时钟控制方式,串行通信可
第9章 串行通信-2-基于ARM的微机原理与接口技术-陈桂友-清华大学出版社
● 多处理器通信 -- 如果地址不匹配， 则进入静默模式
● 从静默模式中唤醒(通过空闲总线检 测或地址标志检测)
● 两种唤醒接收器的方式：地址位
(MSB，第9位)，总线空闲
5
1、STM32 的串行口简介
USART所支持的模式
6
9.2.2 STM32的USART引脚重映射
通过软件设置复用重映射寄存器（AFIO_MAPR）中的 USART1_REMAP、USART2_REMAP和USART3_REMAP[1:0]， USART1~ USART3的功能引脚可以切换（称为功能引脚重映射）。
RX：接收数据串行输入。通过过采样技术来区别数据和噪 音，从而恢复数据。
TX：发送数据输出。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到 它的I/O端口配置。当发送器被激活，并且不发送数据时，TX引 脚处于高电平。在单线和智能卡模式里，此I/O口被同时用于数 据的发送和接收（用作USART时，在SW_RX上接收数据）。
12/44
9.2.3 STM32的USART接口结构
USART中包括下面的寄存器： ● 使用分数波特率发生器 —— 12位整数和4位小数的表示方 法。 ● 一个状态寄存器（USART_SR） ● 数据寄存器（USART_DR） ● 一个波特率寄存器（USART_BRR），12位的整数和4位 小数。 ● 一个智能卡模式下的保护时间寄存器（USART_GTPR）。
NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。 USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。 它支持同
步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议 和IrDA(红外数据组织)SIR ENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS) 操作。它还允许多处理器通信。
单片机原理及其接口技术--第9章 串行接口及串行通信技术
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结
束
单片机原理及其接口技术
位地址 9FH SCON SM0 9EH SM1 9DH 9CH 9BH SM2 REN TB8 9AH RB8 99H TI 98H RI
见表9-1
接收中断标志
发送中断标志
接收数据第9位 发送数据第9位 接收控制 0：禁止
1：允许 1：多机
多机通信 0：双机
教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标：
1. 串行通信的基本概念：了解并行/串行通信的
概念；理解串行通信中的异步/同步通信的基 本概念；理解波特率的概念，学会计算波特率 的方法；4了解串行通信的三种制式及校验方 法。
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结
束
单片机原理及其接口技术
2. AT89C51串行口：串行接口结构及其功能；
单片机原理及其接口技术
4. 多机通信原理：理解多机通信的原理、过程
和编制多机通信应用程序的方法。
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结
束
单片机原理及其接口技术
9.1 串行通信基础知识
计算机与外界的信息交换称为通信。通信的基
本方式可分为并行通信和串行通信两种。
所谓并行通信是指数据的各位同时在多根数据
线上发送或接收。
单片机原理及其接口技术
异步通信信息帧格式如图9.4所示。
第n-1字符 帧 奇 偶停 起 校止 始 8位数据 验位 位 第n字符帧 奇 偶 停 校 止 验 位 第n+1字符帧 起 始 位 8位数据
8位数据
空闲位
D7 0/1 1
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1
通信原理与通信技术3版第9章
图9-3 异步通信与同步通信示意图
19
第九章 数据通信与通信网
同步串行通信：
(1) 同步信息添加在每一个数据块上； (2) 数据块是一批字符或二进制位串组成的数据； (3) 分为面向字符和面向位流两种传输方式：
• 面向字符：每个数据块的头部用一个或多个同步字符SYN来表 示数据块的开始；而尾部用另一个字符ETX代表数据块的结束 。
第九章 数据通信与通信网
1
主要内容
9.1 数据通信与数据通信系统 9.2 通信网 9.3 现代通信网的支撑技术 9.4 通信网的发展历程
第九章 数据通信与通信网
2
9.1 数据通信与数据通信系统
第九章 数据通信与通信网
数据：能够由计算机或数字终端设备进行处理并以某种方式编制 成二进制码的数字、字母和符号的集合，是信息的表现形式；
（3）路由选择：灵活的路由选择技术可以帮助网络绕开发生故障 或拥塞的节点，以提供更可靠的服务质量。
（4）流量控制：流量控制是一种使目的端通信实体可以调节信源 端通信实体发出的数据流量的协议机制，可以调节数据发送的数量和 速率。
最大传输速率： 信道传输数据的速率上限叫做信道的最大传输速率，也就是信道容量。
10
第九章 数据通信与通信网
码元传输速率（波特率）： 信号每秒钟变化的次数叫做波特率（Baud）。
吞吐量 ： 信道在单位时间内成功传输的信息量，单位一般为比特／秒。
利用率： 利用率是吞吐量和最大数据传输速率之比。
延迟： 从发送者发送第一位数据开始，到接收者成功地收到最后一位数 据为止，所经历的时间。
图9-1 数据通信系统的组成
9
第九章 数据通信与通信网
数据通信的主要性能指标
中职教育-《89C51单片机实用教程》课件：第9章 89C51单片机串行输入输出(1).ppt
2. 异步通信 通信双方无统一的时钟控制,代码或一字节数据。 异步传送数据帧的格式：由四个部分组成：
起始位(0)+数据位5-8位+奇偶校验位( 可省略) +停止位(1)
9.1.3 波特率（Baud rate）
波特率是串行数据的传送速率, 表示每秒传送二进制 代码的位数，单位是bps（位/秒）又称波特。
采用 MAX232的 89C51与PC机的串行通信接口电路 （MAXIM公司的MAX232芯片，是RS-232C和TTL电
平转换电路。它包含两路接收器和驱动器。）
2. RS-449、RS-422A，RS-423A和RS-485串行标准
为提高通信的数据传输率,增加距离,改善电气性能, 美国电子工业协会E IA制定了新的异步串行通信标准.
RS-449标准采用了平衡信号差分电路传输高速的信 号，传输距离和速率得到提高。噪声低，抗干扰能力 强，而且可以多台设备与RS-449通信电缆并联。
RS-422A标准是 “平衡电压数字接口电路的电气特 性”标准,使用一对双绞线传送信号. 每个通道要用二 相信号线, RS-422A传输信号距离长、速度快，数据传 输率最大为 10 Mb/s, 在此速率下,电缆允许长度为 120 m;如采用较低速率,如 90000 b/s时,最大距离达 1200m.RS-422标准中规定电路中只允许有一个发送器， 可有多个接收器。因此，通常采用点对点通信方式.
9.1.2 异步通信与同步通信
1. 同步通信 在同步通信中，将数据组成连续的数据块（帧）。 数据以块 (帧) 为单位。传送开始用同步字符指示,
由时钟实现同步。连续按顺序传送数据, 直到结束。 数据帧格式：
同步字符 (1-2个)、数据字符 、校验字符(1-2个)。 同步通信方式传送速度和效率高, 但硬件电路复杂。
第9章 串行通信-3-基于ARM的微机原理与接口技术-陈桂友-清华大学出版社
SPI_CR寄存器的CPOL和CPHA位，可以组合成四种可能的时序关系。 CPOL（时钟极性）位控制在没有数据传输时时钟的空闲状态电平，此位 对主模式和从模式下的设备都有效。如果CPOL被清零，SCK引脚在空闲 状态保持低电平；如果CPOL被置‘1’，SCK引脚在空闲状态保持高电平。
CPHA=0时的数据时钟时序图
CPOL=1
CPOL=0
MISO (来自主设备)
MOSI (来自从设备)
NSS (至从设备)
最高位 由CPI_CR1决定数据帧格式是8位还是16位
最高位
采样时间点
最低位 最低位
10/44
9.3.2 STM32的SPI接口结构
数据帧格式 根据SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位，输出数据位时可
以先发送最高位也可以先发送最低位。 根据SPI_CR1寄存器的DFF位，每个数据帧可以是8位或
是16位。所选择的数据帧格式对发送和接收都有效。
11/44
9.3.3 STM32的SPI接口配置
1、配置SPI为从模式 SPI从模式的配置步骤如下： （1）设置DFF位以定义数据帧格式为8位或16位。 （2）选择CPOL和CPHA位来定义数据传输和串行时钟之间的
在数据被发送之前，首先被存放在发送缓冲器中。 读SPI_DR寄存器将返回接收缓冲器的内容；写入SPI_DR
相位关系。 （3）设置SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位定义数据位顺序。 （4）设置NSS脚管理模式。 （5）在SPI_CR1寄存器中，清除MSTR位、设置SPE位，使相
应引脚工作于SPI模式下。
12/44
9.3.3 STM32的SPI接口配置
2、配置SPI为主模式 SPI主模式的配置步骤如下： （1）通过SPI_CR1寄存器的BR[2:0]位定义串行时钟波特率。 （2）设置CPOL和CPHA位，定义数据传输和串行时钟间的相
MAX485典型电路ppt课件
第9章 串行接口技术 4）写操作
下面以MAX485为例来介绍RS－485串行接口的应用。MAX485
的封装有DIP、SO和uMAX三种，其中DIP封装的管脚如图9.1所示。
管脚的功能如下：
RO：接收器输出端。若A比B大200mV，RO为高；反之为低电平。
RE：接收器输出使能端。RE为低时，RO有效；为高时，RO呈高阻
状态。
DE：驱动器输出使能端。若DE＝1，驱动器输
第9章 串行接口技术
(2)发送应答位和非应答位子程序
IIC总线上的第9个时钟对应于应答位，相应数据线上“0” 为“ACK”和“1”为“”。发送应答位和非应答位的子程序 分别如下。
①发送应答位ACK MACK： CLR SDA
SETB SCL NOP NOP CLR SCL SETB SDA RET
该子程序的入口条件是待发送的字节位于累加器ACC中。
WRB： MOV R7，#8 WLP： RLC A ；欲发送位移入C JC WR1 ；此位为1，转WR1 CLR SDA ；此位为0，发送0
SETB SCL
NOP
NOP
CLR SCL DJNZ R7，WLP ；未发完8位，转WLP
RET
；8位已发完，返回
9.2.3 典型IIC串行存储器的扩展 9.2.3.1 串行IIC总线EEPROM AT24CXX的扩展
1）基本原理 AT24CXX的特点是：单电源供电，工作电压范围宽1.8V～5.5V；低功耗 CMOS技术(100KHz(2.5 V)和400KHz(5V)兼容)，自定时写周期(包含自动 擦除)、页面写周期的典型值为2ms，具有硬件写保护。
第9章 串行接口技术
②控制字节的第5～7位为1～8片的片选或存贮器内的块地址选择位。此 三个控制位用于选片或者内部块选择。标准的IIC规程允许选择16K位的 存贮器。通过对几片器件或一个器件内的几个块的存取，可完成对16K 位存贮器的选择，如表9-6所示。
第9-11章SCI-McBSP(xkj201612)4
波特率控制
- 工作时钟为LSPCLK - 64K种可编程波特率 - 波特率由SCIHBAUD、SCILBAUD寄存器配置
• BRR = 1~65535
LSPCLK SCI Baud Rate (BRR 1) 8
LSPCLK BRR -1 SCI Baud Rate 8
LSPCLK 16 说明：实际的最大波特率需确保小于主从机的最大允许速率。 SCI Baud Rate
(Full Duplex Shown)
TX FIFO_0 TX FIFO_15 Transmitter-data buffer register 8 Transmitter shift register SCITXD SCITXD TX FIFO_0 TX FIFO_15 Transmitter-data buffer register 8 Transmitter shift register
合肥工业大学电气与自动化工程学院DSP实验室
2016-12-
串行通信概述
串行通信的传送方式
1.单工方式：通信双方一方只能发 送，另一方只能接收，传送方向 是单一的。 2.半双工方式:通信双方只有一根 传输线(共地)（一个信道），但 同一时刻只能其中一方发送，另 一方接收。 3.全双工方式：需要通信双方连接 两条传输线(共地)（两个信 道），一条是将数据从甲方送往 乙方，另一条是从乙方送往甲方。 允许双向同时发送。
串行通信概述
RS-232C串行通信标准接口
RS-232C接口采用EIA电平 • 低电平为＋3V～＋15V • 高电平为－3V～－15V • 接口电源±12V或±15V • 25或9芯D型插座连接
引脚 1 2 3 4 5 9芯串行接口引脚含义表 功 能 引脚 接收线信号检测(载波检测DCD) 接收数据线（RXD） 发送数据线（TXD） 数据终端准备就绪（DTR） 信号地（SG） 6 7 8 9 功 能
第9章 串行通信-1-基于ARM的微机原理与接口技术-陈桂友-清华大学出版社
1/46
第9章 串行通信 本章学习目标
熟悉数据通信的一般概念 掌握USART的结构、工作原理和使用方法 掌握SPI的结构、工作原理和使用方法
2/46
1、STM32 Timer简介
STM32集成了USART、SPI、I2C、USB、CAN等 串行通信部件，可以与外部设备进行串行连接， 实现串行通信功能。
13/46
波特率与比特率
波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单 位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单 位为波特(Baud)。 波特率与比特率的关系是比特率=波特率×单 个调制状态对应的二进制位数。 在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元 叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码 元传输速率，简称波特率。波特率是传输通道 频宽的指标。
b)有空闲位时的通信格式
异步通信的格式
9/46
异步传送时，每个字符的组成格式
首先用一个起始位表示字符的开始； 后面紧跟着的是字符的数据字，数据字通常是 7位或8位数据（低位在前，高位在后），在数 据字中可根据需要加入奇偶校验位； 最后是停止位，其长度可以是一位或两位。串 行传送的数据字加上成帧信号的起始位和停止 位就形成了一个串行传送的帧。
3/46
9.1 通信的有关概念
通信：计算机的CPU与外部设备之间，以及 计算机和计算机之间的信息交换。
通信分类：并行通信和串行通信
并行通信和串行通信的连接示意图
4/46
并行通信
以字节（Byte）或字节的倍数为传输单位 一次传送一个或一个以上字节的数据，数据的 各位同时进行传送 适合于外部设备与微机之间进行近距离、大量 和快速的信息交换。计算机的各个总线传输数 据时就是以并行方式进行的。 并行通信的特点就是传输速度快，但当距离较 远、位数较多时，通信线路复杂且成本高。
第九章1、串行传送的特点是什么答：第一：串行传送在一根传输线上
第九章1、串行传送的特点是什么？答：第一：串行传送在一根传输线上既传送数据信息又传送联络控制信号；第二：有固定的数据格式，分异步与同步数据格式；第三：串行通信中对信号的逻辑定义与TTL不兼容，故需要进行逻辑关系与逻辑电平转换；第四：串行传送信息的速率需要控制，要求双方设定通信传输的波特率。
2、什么是串行传送的双式与半双工？答：全双工是指当数据的发送与接收分流，分别由两根不同的传送线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送与接收操作;采用PS-232C串行通信接口标准进行通信时,对远距和近距离(不大于15m)，所使用的接口信号线有什么不同？为什么？答：在15m以上的远距离通信时，一般要加调制解调器NODEM,故所使用的信号线较多。
此时，若在通信双方的MODEM之间采用专用电话线进行通信则只要使用2～8信号线进行了联络进行控制，若在双方MODEM之间采用普通电话交换线通信，还要增加22号RI和20号DTR信号线进行联络。
在近距离通信时，不采用MODEM，通信双方可直接连接，只需使用少数几根信号线，最简单的情况，在通信中根本不要RS-232C的控制联络信号，只需使用3根线（发送线TXD，接收线RaD，信号地线SG）便可以现金双工异步串B通信。
这是因为为了使码之畴弯小于4%，在不使用MODEM时，则一般DTE与DCE 之间的最大传输距离为15m；若超过15m，则必须使用MODEM才能使码之畴弯小于4%，从而会使用较多的信号线。
5、EIA-PS-232C与TTL之间进行什么转换？为什么？答：因为EIA-RS-232C是用正负电压表示的逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同，所以必须走EIA-RS-232C与TTL之间进行电平与逻辑关系的转换。
15、在对8251A 进行编程时，应按什么顺序向它的命令口写入命令字？答：向8251A 写入命令时应按一定的顺序，这种顺序不能颠倒或改变，若改变了这种顺序到8251A 就不能识别，这种顺序是：复位→方式命令字→工作命令字1→工作命令字2→……，如下图所示：串双工指若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上进行传送，但通信双方不能同时收发数据。
串行通信的基本概念
串行通信的基本概念000通过上一章的介绍，读者对我电子琴的设计已经有了完整的了解，下面我就对我的设计重要组成部分――串口通信模块UART作一下介绍。
首先我要简要介绍一下串口通信的一些概念和协议标准，然后再阐述我是如何用VHDL语言来实现串口通信模块设计的。
4.1串行通信的基本概念1.数据传送方式在串行通信中，数据在通信线路上的传送有三种方式:1)单工(Simplex)方式:数据只能按一个固定的方向传送。
2)半双工(Half-duplex)方式:数据可以分时在两个方向传输，但是不能同时双向传输。
3)全双工(Full-duplex)方式:数据可以同时在两个方向上传输。
2.波特率和收/发时钟1)波特率所谓波特率，系指单位时间内传送的二进制数据的位数，以位/秒为单位，所以有时也叫数据位率。
它是衡量串行数据传送速度快慢的重要指标和参量。
2)收/发时钟在串行通信中，无论是发送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位和同步控制。
通常收/发时钟频率与波特率之间有下列关系:收/发时钟频率=n×波特率一般n取1，16，32，64等。
对于异步通信，常采用n=16;对于同步通信，则必须取n=1。
3.误码率和串行通信中的差错控制1)误码率所谓误码率，是指数据经过传输后发生错误的位数(码元数)与总传输位数(总码元数)之比，其与通信线路质量、干扰大小及波特率等因素有关，一般要求误码率达到10-6数量级。
2)差错控制为了减小误码率，一方面要从硬件和软件两个面对通信系统进行可靠性设计，以达到尽量少出错的目的;另一方面就是对传输的信息采用一定的检错、纠错编码技术，以便发现和纠正传输过程中可能出现的差错。
常用的编码技术有:奇偶校验、循环冗余码校验、海明码校验、交叉奇偶校验等。
4.串行通信的基本方式串行通信的基本方式可分为两种:1)异步串行方式:通信的数据流中，字符间异步，字符内部各位间同步。
2)同步串行方式:通信的数据流中，字符间以及字符内部各位间都同步。
第9章串行口RS485通信协议
第九章 串行口RS485通信协议本变频器向用户提供工业操纵中通用的RS485通信接口。
通信协议采纳MODBUS 标准通信协议，该变频器能够作为从机与具有相同通信接口并采纳相同通信协议的上位机（如PLC 操纵器、PC 机）通信，实现对变频器的集中监控，另外用户也能够利用一台变频器作为主机，通过RS485接口连接数台本公司的变频器作为从机。
以实现变频器的多机联动。
通过该通信口也能够接远控键盘。
实现用户对变频器的远程操作。
本变频器的MODBUS 通信协议支持两种传送方式:RTU 方式和ASII 方式，用户能够依照情形选择其中的一种方式通信。
下文是该变频器通信协议的详细说明。
通信组网方式(1) 变频器作为从机组网方式：图9－1 从机组网方式示用意(2)图9－2 多机联动组网示用意单主机单从机单主机多从机通信协议方式该变频器在RS485网络中既能够作为主机利用，也能够作为从机利用，作为主机利历时，能够操纵其它本公司变频器，实现多级联动，作为从机时，PC 机或PLC能够作为主机操纵变频器工作。
具体通信方式如下：(1)变频器为从机，主从式点对点通信。
主机利用广播地址发送死令时，从机不该答。
(2)变频器作为主机，利用广播地址发送死令到从机，从机不该答。
(3)用户能够通过用键盘或串行通信方式设置变频器的本机地址、波特率、数据格式。
(4) 从机在最近一次对主机轮询的应答帧中上报当前故障信息。
通信接口方式通信为RS485接口，异步串行，半双工传输。
默许通信协议方式采纳ASII 方式。
默许数据格式为：1位起始位，7位数据位，2位停止位。
默许速度为9600bps，通信参数设置参见功能码。
9.3 ASII通信协议9.3.1 ASII协议格式:主机命令帧格式从机回应帧格式说明：(1)ASII 模式消息帧以冒号“：”字符ASII 码 3AH 开始以回车换行符终止（ASII码0DH,0AH）。
(2)ASII 模式协议中，除帧头和帧尾，其他区域有效字符集为：一、二、3、4、五、六、7、八、九、A、B、C、D、E、F，小写ASII字母a、b、c、d、e、f为非法字符。
8XC51串行口专题知识讲座
1.从广义上讲,计算机通信方式可分为: 并行通信-----其相应旳通信总线称为并行通信总线. * 同步传送. N位二进制数需N根数据传播线. 适合短距离传播.快.费钱. 串行通信----其相应旳通信总线称为串行通信总线. * 分时传送. 仅需一到两根数据传播线. 适合长距离传播.(相对)慢. 省钱. 串行通信又可分: a.同步串行通信(见书P174). b.异步串行通信(见书P172).
波特率----每秒所传送旳二进制位数. 移位时钟---(串行通信时)发送时钟和接受时钟旳统称.其作用如下:
a. 发送时:在发送时钟旳作用下,将发送移位寄存器旳数据串行移位输出. b. 接受时:在接受时钟旳作用下,将通信线上传来旳数据串行移入移位寄存器.
波特率发生器---能产生移位时钟旳电路. 为提升采样辨别率,精确测定数据位旳上升沿或下降沿,时钟频率总是高于 波特率旳若干倍,此倍数称波特率因子.
b. 中断:如设置中断允许,EA=1. ES=1,TI=1或 RI=1可引起中断.
发送程序: 发一帧数据 等待中断 在中断中软件清0 T1 - - -(发送三步曲) 接受程序: 等待中断 在中断中软件 清0 RI 读入一帧数据- - -(接受三步曲)
4. 为确保通信双方协调一致,须注意下列两点: a. 波特率一致. b.可约定某字符作发送起点,先发字符,待接受方应答无误,且准备完毕后发数据,并 进行系统通信相应正误校验(如下例中旳”累加和校验”等) 下面以实例进行应用阐明:
a. 方式0. 2使用固定波特率,只用依需要设定SMOD即可;
b. 方式1. 3使用可变波特率,对T1初始化(T1.方式2),算出(或查表得出)T1旳 计数初值X;
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嵌入式技术基础与实践复习题参考答案
嵌入式技术基础与实践（第二版）习题参考答案目录嵌入式技术基础与实践（第二版） (1)习题参考答案 (1)第 1 章概述习题参考答案. (2)第 2 章 FreescaleS08微控制器习题参考答案 (3)第 3 章第一个样例程序及工程组织习题参考答案. (4)第 5 章串行通信接口SCI 习题参考答案 (6)第 6 章 GPIO的应用实例—键盘、LED与 LCD习题参考答案 (9)第 7 章定时器模块习题参考答案 (10)第 8 章串行外设接口SPI 习题参考答案 (11)第 9 章 Flash 存储器在线编程习题参考答案 (13)第 1章概述习题参考答案1．嵌入式系统的基本含义是什么？为什么说单片机是典型的嵌入式系统？答：即 MCU的含义是：在一块芯片上集成了中央处理单元（ CPU）、存储器（ RAM/ROM等）、定时器 / 计数器及多种输入输出（ I/O ）接口的比较完整的数字处理系统。
大部分嵌入式系统以 MCU为核心进行设计。
MCU从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，它能很好地满足应用系统的嵌入、面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求。
因此以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。
2．简述嵌入式系统的特点以及应用领域。
答：嵌入式系统属于计算机系统，但不单独以通用计算机的面目出现 ; 嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法 ; 使用 MCU设计嵌入式系统，数据与程序空间采用不同存储介质 ; 开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识 ; 嵌入式系统的其他特点 , 比如紧的资源，较高稳定性要求，低功耗，低成本等。
一般用于工业控制，智能家电，日常电子等领域。
4．比较 MCU与 CPU的区别与联系。
答： CPU是一个单独的PC处理器。
而MCU，则有微处理器，存储器（RAM/ROM等）、定时器 / 计数器及多种输入输出（I/O ）接口的比较完整的数字处理系统。
所以可以这么说，MCU是一个包含微处理器的嵌入式系统，而CPU紧紧是一个处理器而已。
计算机接口与通信第9章 USB 通用串行总线
9．2
USB总线的体系结构 USB总线的体系结构
9.2.1 USB总线的物理接口 USB总线的物理接口 USB总线的物理传输介质由一根４线的电 USB总线的物理传输介质由一根４线的电 缆组成，如图9 所示。其中两条（VBus、 缆组成，如图9-1所示。其中两条（VBus、 GND）用于提供设备工作所需电源。VBus GND）用于提供设备工作所需电源。VBus 在源端的标称电压值为+5V，GND为其对 在源端的标称电压值为+5V，GND为其对 应地线。另两条（V＋、V－）为绞线形式 应地线。另两条（V＋、V 的信号传输线，90 的信号传输线，90 的阻抗。
9.2.3
USB的信号和编码 USB的信号和编码
USB数据收发器包含了发送数据所需的差 USB数据收发器包含了发送数据所需的差 模输出驱动器和接收数据用的差模输入接 收器。 USB输出信号时，差模输出驱动器向USB USB输出信号时，差模输出驱动器向USB 电缆传送USB信号。 电缆传送USB信号。 在信号的低输出状态，驱动器稳态输出值 必须小于0.3V，且要承担1.5K 必须小于0.3V，且要承担1.5K 的负载加到 3.6V电源的灌电流。 3.6V电源的灌电流。 在信号的高输出状态，驱动器稳态输出值 必须大于2.8V，且要承担15K 必须大于2.8V，且要承担15K 的负载到地 的拉电流。
带USB接口的PC（百万） USB接口的PC（百万）
800 700 600 500 400 300 200 100 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004
带USB接口的外设（百万） USB接口的外设（百万）
600 500 400 300 200 100 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004
第9章 串行总线接口技术PPT课件
Microwire总线及单总线(1-Wire BUS)。
串行扩展总线的应用是单片机目前发展的一种趋势。AT89系列
单片机利用自身的通用并行线可以模拟多种串行总线时序信号，
因此可以充分利用各种串行接口芯片资源。本章主要介绍I2C总线、
SPI总线及单总线(1-Wire BUS)的基本知识、常用的串行总线接
口器件及和单片机的接口应用。
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4
9.1 SPI串行总线接口技术
9.1.1 SPI串行总线简介
SPI接口的全称是“Serial Peripheral Interface”,意为串行外
围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。
SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外
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图9-2 TLC5499的时序
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TLC549没有启动控制端，只要读走前一次数据后马上就进行 新的转换，转换完成后就进入保持状态，转换时间为36个系统时 钟周期，最大为17uS。没有转换完成标志信号，只要采用延时 操作即可控制每次读取数据的操作。
3．TLC549与单片机的接口
TLC549与单片机的连接如图9-3所示。采用P1.0～P1.2连接 TLC549的串行接口。
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3
第9章 串行总线接口技术
由于数据的串行传输连线少，因而采用串行总线扩展技术可以
使系统的硬件设计简化，系统的体积减小，同时，系统的更改和
扩充更为容易。
目前，单片机应用系统中常用的串行扩展总线有：I2C(Inter
IC BUS)总线、SPI(Serial Peripheral Interface)总线、
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个数据位，则其速率为l0波特，若发送到传输介质时，把每位数
据用10个脉冲来调制，则比特率就为100b/s，即比特率大于波特 率。
第9章串行通信
发送时钟与波特率的关系是：时钟频率＝72×波特率(n可 以是l，16，32，64。，2为波特率因子，是传输一位二进制数 时所用的时钟周期数。不同芯片的n由手册中给出)。 波特率是表明传输速度的标准，国际上规定的一个标准的
器(modem)来实现远距离的信息传输，现在还有很多家庭上网仍
使用modem连接。
第9章串行通信
调制解调器，顾名思义主要是完成调制和解调的功能。经 过调制器(modulator)可把数字信号转换为模拟信号，经过解调 器(demodulator)把模拟信号转换为数字信号。使用modem实现 了对通信双方信号的转换过程，如图9.6所示。现在modem的数
第9章串行通信
A站点 B站点 发 单工方式 接 送 收 器 器 (a)
A站点 发送器 接收器 (b)
B站点 发送器 接收器
A站点 发送器 接收器 (c)
B站点 发送器 接收器
图9.2 串行通信工作方式
第9章串行通信
⑶全双工工作方式 对于相互通信的双方，都可以是接收器也都可以是发送器。 分别用2根独立的传输线(一般是双绞线，或同轴电缆)来连接发 送信号和接收信号，这样发送方和接收方可同时进行工作，称 为全双工的工作方式，如图9.2(c)所示。全双工通信工方式类似 电话机，双方可以同时进行发送和接收。
第9章串行通信
2) 读/写控制逻辑 表9-7 8251A的控制信号与执行的操作之间的对应关系
CS
RD
WR
C/ D
执 行 的 操 作
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 1 0
0 0 1 1
CPU由8251A输入数据 CPU向8251A输出数据 CPU读取8251A的状态 CPU向8251A写入控制命令
第9章串行通信 9.1.3同步通信和异步通信方式
串行通信分为2种类型：一种是同步通信方式，另一种是异 步通信方式。 ⑴同步通信方式 同步通信方式的特点是：由一个统一的时钟控制发送方和 接收方，若干字符组成一个信息组，字符要一个接着一个传送； 没有字符时，也要发送专用的“空闲”字符或者是同步字符，
因为同步传输时，要求必须连续传送字符，每个字符的位数要
第9章串行通信
第9章串行通信
9.1 串行通信的基本概念 9.2 可编程串行I/O接口芯片8251简介
第9章串行通信
9.1 串行通信的基本概念 串行通信是微机和外部设备交换信息的方式之一。所谓串
行通信是通过一位一位地进行数据传输来实现通信。与并行通
信相比，串行通信具有传输线少，成本低等优点，适合远距离 传送。缺点是速度慢，若并行传送n位数据需时间T，则串行传 送的时间最少为nT。在实际传输中，是通过一对导线传送信息。 在传输中每一位数据都占据一个固定的时间长度。 在学习串行通信方式时，很有必要了解一下有关串行通信 中的一些基本概念，这里仅做简单介绍。
第9章串行通信
9.1.4通信中必须遵循的规定 ⑴字符格式的规定 通信中，传输字符的格式要按规定写，图9.5是异步通信的 字符格式。在异步传输方式每个字符在传送时，前面必须加一 个起始位，后面必须加停止位来结束，停止位可以为1位，1.5 位，2位。奇、偶校验位可以加也可以不加。
第9章串行通信
⑵比特率、波特率(baudrate) ①比特率：比特率作为串行传输中数据传输速度的测量单 位，用每秒传输的二进制数的位数bit/s(位/秒)来表示。 ②波特率：波特率是用来描述每秒钟内发生二进制信号的 事件数，用来表示一个二进制数据位的持续时间。
第9章串行通信
9.1.1串行通信中使用的术语 ⑴发送时钟和接收时钟 把二进制数据序列称为比特组，由发送器发送到传输线上， 再由接收器从传输线上接收。二进制数据序列在传输线上是以 数字信号形式出现，即用高电平表示二进制数1，低电平表示二 进制数0。而且每一位持续的时间是固定的，在发送时是以发送
时钟作为数据位的划分界限，在接收时是以接收时钟作为数据
位的检测。
第9章串行通信 ①发送时钟：串行数据的发送由发送时钟控制，数据发送
过程是：把并行的数据序列送入移位寄存器，然后通过移位寄 存器由发送时钟触发进行移位输出，数据位的时间间隔可由发 送时钟周期来划分。 ②接收时钟：串行数据的接收是由接收时钟来检测，数据 接收过程是：传输线上送来的串行数据序列由接收时钟作为移 位寄存器的触发脉冲，逐位打入移位寄存器。
9.2.1 8251A的主要性能和内部结构
825lA是可编程的串行通信接口芯片，它的基本性能如下：
(1) 可工作在同步方式，也可工作在异步方式。同步方式下
波特率为0～64 000波特，异步方式下波特率为0～19 200波特。
(2) 在同步方式时，每个字符可定义为5、6、7或8位。两种 方法实现同步，由内部自动检测同步字符或由外部给出同步信 号。允许同步方式下增加奇/偶校验位进行校验。
图9.4 同步通信字符格式
传送时每个字符的后面是否要奇、偶校验，由初始化时设
同步方式字决定。
第9章串行通信
⑵异步通信方式 异步通信的特点是：字符是一帧一帧的传送，每一帧字符 的传送靠起始位来同步。在数据传输过程中，传输线上允许有 空字符。所谓异步通信，是指通信中两个字符的时间间隔是不
固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定
②数据电路终端设备或数据通信设备(data circuit-terminating equipment或data communication equipment，DCE)：前者为
CCITT标准所用，后者为EIA标准所用。DCE是对网络设备的统
称，该设备为用户设备提供入网的连接点。自动呼叫/应答设备、
波特率系列是：110，300，600，1200，1800，2400，4800，
9600，19200。大多数CRT显示终端能在110—9600波特率下工 作，异步通信允许发送方和接收方的时钟误差或波特率误差在4 ％～5％。
第9章串行通信
9.1.5信号的调制与解调 计算机对数字信号的通信，要求传输线的频带很宽，但在实 际的长距离传输中，通常是利用电话线来传输，电话线的频带 一般都比较窄。为保证信息传输的正确，都普遍采用调制解调
相同，中间不允许有间隔。同步传输的特征是：在每组信息的 开始(常称为帧头)要加上l一2个同步字符，后面跟着8位的字符
数据。同步通信的数据格式如图9.4所示。
第9章串行通信
01111110 0 1111110 8位 数 据 8位 数 据 8位 数 据 同步 字符1 同步 字符2 数据
…
8 位 数 据 01111110 结束标志
接发送器，另一端连接接收器，即形成单向连接，只允许数据 按照一个固定的方向传送，如图9.2（a）所示。即数据只能从A 站点传送到B站点，而不能由B站点传送到A站点。单工通信类 似无线电广播，电台发送信号，收音机接收信号。收音机永远 不能发送信号。
第9章串行通信
⑵半双工工作方式 如果在传输的过程中依然用一根线连接，这样在某一个时 刻，只能进行发送，或只能进行接收。由于是一根线连接，发 送和接收不可能同时进行，这种传输方式称为半双工工作方式， 如图9.2(b)所示。半双工通信工方式类似对讲机，某时刻A方发 送B方接收，另一时刻B方发送A方接收，双方不能同时进行发 送和接收。
调制解调器Modem和其他一些中间设备均属DCE。
⑶信道
信道是传输信息所经过的通道,是连接2个DTE的线路,它包
括传输介质和有关的中间设备。
第9章串行通信
9.1.2串行通信中的工作方式 串行通信中的工作方式分为：单工通信方式、半双工通信 方式和全双工通信方式 ⑴单工工作方式
在这种方式下，传输的线路用一根线连接，通信的一端连
第9章串行通信
有关在远距离传输时，数字信号送到传输介质之前要调制 为模拟信号，再用比特率来测量传输速度就不那么方便直观了。
因此引入波特率作为速率测量单位即：
波特率＝1/二进制位的持续时间
比特率可以大于或等于波特率，假定用正脉冲表示“1”，负脉
冲表示“0”，这时比特率就等于波பைடு நூலகம்率。假如每秒钟要传输10
第9章串行通信
⑵DTE和DCE ①数据终端设备(data terminal equipment，DTE)：是对属于 用户所有联网设备和工作站的统称，它们是数据的源或目的或 者即是源又是目的。例如：数据输入/输出设备，通信处理机或 各种大、中、小型计算机等。DTE可以根据协议来控制通信的 功能。
第9章串行通信
的通信。异步通信中发送方和接收方的时钟频率也不要求完全 一样，但不能超过一定的允许范围，异步传输时的数据格式如 图9.5所示。
第9章串行通信
第 n－ 1个 字 符 奇 偶 校 验 停 止 位 起 始 位 0
第 n个 字 符 奇 偶 校 验 停 止 位
第 n＋ 1个 字 符
7位 数 据
7位 数 据
… 0/1 0/1 0/1 1
第9章串行通信
内部数据总线 发送缓冲器 同步字符寄存器 1 同步字符寄存器 2 方式寄存器 状态寄存器 控制寄存器 RESET CLK C/D RD WR CS DSR DTR CTS RTS 调 制 /解 调 器 控 制 逻 辑 RXRDY 计数器 发送控制器 TXRDY TXE TXC 发送移位寄存器 数据输出寄存器 TXD
0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1 数据高位
空 闲n位 起 始 位 7位 数 据 … 1 1 0 0/1 0/1 0/1 …
数据低位
下降沿指示下一个字符开始
图9.5 异步通信字符格式
第9章串行通信
字符的前面是一位起始位(低电平)，之后跟着5～8位的数 据位，低位在前、高位在后。数据位后是奇、偶校验位，最后 是停止位(高电平)。是否要奇、偶校验位，以及停止位设定的 位数是1，1.5位或2位都由初始化时设置异步方式字来决定。