51单片机串口通信(共119张)
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波特率也不同于发送时钟和接收时钟频率。同 步通信的波特率和时钟频率相等，而异步通信的波 特率通常是可变的。
第14页，共119页。
9.1.3 串行通信(tōng xìn)的制式
在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。按照数 据传送方向，串行通信可分为三种制式。
1. 单工制式(Simplex)
单工制式是指甲乙双方通信只能单向传送数据。单工 制式如图9.5所示。
波特率的倒数即为每位数据传输时间。例如：波
特率为1200bps，每位的传输时间为：
T d
=
1 1200
=0.
833(ms)
第13页，共119页。
波特率和字符的传输速率不同(bù tónɡ)，若采用图9.4 的数据帧格式，并且数据帧连续传送（无空闲位），则 实际的字符传输速率为1200/11=109.09帧/秒。
9.1.1 异步通信(tōng xìn)和同步通信(tōng xìn)
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信两
种基本通信方式。
1. 同步通信(Synchronous Communication)
同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一次 通信传送多个字符数据，称为一帧信息。数据传输速 率较高，通常可达56000bps或更高。其缺点是要求发 送时钟和接收时钟保持严格同步。
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
2. 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。
第2页，共119页。
2. AT89C51串行口：串行接口结构及其功能；理 解串行数据缓冲器SBUF的功能和读写方法； 熟悉SCON的结构、控制作用和设置(shèzhì)方法； 了解电源控制寄存器PCON，熟悉SMOD位。
第19页，共119页。
2. 累加和校验
累加和校验是指发送方将所发送的数据块求和， 并将“校验和”附加到数据块末尾。接收方接收数据 时也是先对数据块求和，将所得结果与发送方的“校 验和”进行比较，若两者相同，表示传送正确，若不 同则表示传送出了差错。“校验和”的加法运算(yùn suàn) 可用逻辑加，也可用算术加。累加和校验的缺点是无 法检验出字节或位序的错误。
第7页，共119页。
同步通信的数据帧格式如图9.3所示。
同步 数 据 数 据 … 数据字 数 据 校 验 (校验
字符 字符1 字符2
符n-1 字符n 字 符 字符)
图9.3 同步(tóngbù)通信数据传送格 式
2. 异步通信(Asynchronous Communication)
在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位组成数
起 始 位 8位数据
D7 0/1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1 1 1 1 0 D0 D1
图9.4 异步通信帧格式
第9页，共119页。
(1) 起始位：
在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态。当 发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻辑“0”信 号，这个低电平便是帧格式的起始位。其作用是向接收 端表示(biǎoshì)发送端开始发送一帧数据。接收端检测到这 个低电平后，就准备接收数据信号。
2 11位异步收发，波特率固定为f0sc/n， n=64或32)
3 11位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n， n=32或16)
第28页，共119页。
(2) SM2：多机通信控制器位。在方式0中，SM2必须设
成0。在方式1中，当处于接收状态时，若SM2=1，则只 有接收到有效的停止位“1”时，RI才能(cáinéng)被激活成 “1”(产生中断请求)。在方式2和方式3中，若SM2=0， 串行口以单机发送或接收方式工作，TI和RI以正常方式 被激活并产生中断请求；若SM2=1，RB8=1时，RI被激 活并产生中断请求。
发送
门电路
TXD(P3.1)
SBUF (99H)
串 行
内 部 总 线
发送控制器
口
同 步 串行口中 时断
TI ≥1 RI
钟
接收控制器
控 制 寄 存 器
接收 SBUF
输入移位寄存器
(98H)
RXD(P3.0)
(99H)
图9.8 AT89C51串行口结构框图
第23页，共119页。
1. 串行数据缓冲器SBUF SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送(fā sònɡ)寄存
第18页，共119页。
1. 奇偶校验
奇偶(qí ǒu)校验的特点是按字符校验，即在发送每 个字符数据之后都附加一位奇偶(qí ǒu)校验位(1或0),当 设置为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之 和应为奇数；反之则为偶校验。收、发双方应具有一 致的差错检验设置，当接收1帧字符时，对1的个数进 行检验，若奇偶(qí ǒu)性(收、发双方)一致则说明传输 正确。奇偶(qí ǒu)校验只能检测到那种影响奇偶(qí ǒu)位数 的错误，比较低级且速度慢，一般只用在异步通信中。
写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如 果CPU读SBUF，则读入的数据一定(yīdìng)来自接收缓
冲器。即CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问上述 两个不同的寄存器。
第25页，共119页。
2. 串行控制(kòngzhì)寄存器SCON
串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作 方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收 的状态等。它是一个既可以字节寻址又可以位寻 址的8位特殊功能寄存器。其格式如图9.9所示。
器和接收寄存器，以便能以全双工方式进行通信。此 外，在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而构成了 串行接收的双缓冲结构，这样可以避免在数据接收过 程中出现帧重叠错误。发送数据时，由于CPU是主动 的，不会发生帧重叠错误，因此发送电路不需要双重 缓冲结构。
第24页，共119页。
在逻辑上，SBUF只有一个，它既表示发送寄存器， 又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H。但在物理 结构上，则有两个完全独立Hale Waihona Puke BaiduSBUF，一个是发送缓冲寄 存器SBUF，另一个是接收缓冲寄存器SBUF。如果CPU
据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独立，互不同
步的通信机构，由于收发数据的帧格式相同，因此可以
相互识别接收到的数据信息。
第8页，共119页。
异步通信信息(xìnxī)帧格式如图9.4所示。
第n-1字符
帧 奇
偶停 起
8位数据
校止 验位
始 位
第n字符帧 8位数据
奇 偶停 校止 验位
空闲位
第n+1字符帧
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。 串行通信是数据的各位在同一根(yī ɡēn)数据线上依次逐
位发送或接收。
第5页，共119页。
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
第29页，共119页。
(3) REN：串行接受允许控制位。该位由软件置位或复 位。当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接收。
(4) TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。该位 由软件(ruǎn jiàn)置位或复位。在方式2和方式3时，TB8 是发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状 态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=1表示地 址，TB8=0表示数据。TB8还可用作奇偶校验位。
发送器A
接收器B
图9.5 单工制式
第15页，共119页。
2. 半双工制式(Half duplex) 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接收
(jiēshōu)器，双方既可发送也可接收(jiēshōu)，但接收(jiēshōu) 和发送不能同时进行，即发送时就不能接收(jiēshōu)， 接收(jiēshōu)时就不能发送。半双工制式如图9.6所示。
A 发送 端 接收
接收 B 发送 端
图9.7 全双工制式
第17页，共119页。
9.1.4 串行通信(tōng xìn)的校验 串行通信的目的不只是传送数据信息，更重要的是应
确保准确无误地传送。因此必须考虑在通信过程中对数 据差错进行校验，因为差错校验是保证准确无误地通信 的关键。常用差错校验方法有奇偶校验、累加和校验以 及循环冗余码校验等。
第20页，共119页。
3. 循环(xúnhuán)冗余码校验(CRC)
循环冗余码校验的基本原理是将一个数据块看成一个位数很长的 二进制数，然后用一个特定的数去除它，将余数作校验码附在数据块 之后一起发送。接收端收到该数据块和校验码后，进行同样的运算来 校验传送是否出错。目前CRC已广泛用于数据存储和数据通信中， 并在国际上形成规范，市面上已有不少现成的CRC软件算法。
3. 串行口的工作方式： 理解串行通信4种工作 4. 方式的特点和区别；掌握串行工作方式0的应 5. 用； 熟悉串行工作方式1、2、3应用程序的
6. 编制方法。
第3页，共119页。
4. 多机通信原理：理解多机通信的原理、过程和编
制(biānzhì)多机通信应用程序的方法。
第4页，共119页。
9.1 串行通信基础知识
P2.7
89C51
RD WR
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CS
RD WR
8255
图9.1 并行通信示意图
TXD RXD 89C51
发送 接收
RXD TXD
外设
图9.2 串行通信示意图
目前(mùqián)串行通信在单片机双机、多机以及单片 机与PC机之间的通信等方面得到了广泛应用。
第6页，共119页。
第10页，共119页。
(2) 数据位：
在起始位之后，发送端发出(或接收端接收)的是数据 位，数据的位数没有严格的限制，5～8位均可。由低位 到高位(ɡāo wèi)逐位传送。
(3) 奇偶校验位： 数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检验数据 在传送过程中是否出错的奇偶校验位。奇偶校验是收发双 方预先约定好的有限差错检验方式之一。有时也可不用奇 偶校验。
第11页，共119页。
(4) 停止位：
字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平 有效，它可占1/2位、1位或2位。停止位表示传送一 帧信息的结束(jiéshù)，也为发送下一帧信息作好准备。
第12页，共119页。
9.1.2 串行通信(tōng xìn)的波特率
波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念， 它是指传输数据的速率, 亦称比特率。波特率的定 义是每秒传输二进制数码的位数。如：波特率为 1200bps是指每秒钟能传输1200位二进制数码。
第21页，共119页。
9.2 AT89C51的串行接口
AT89C51内部有一个可编程全双工串行通信接口。该 部件不仅能同时进行数据(shùjù)的发送和接收，也可作为一 个同步移位寄存器使用。
下面将对其内部结构、工作方式以及波特率进 行介绍。
第22页，共119页。
9.2.1 串行接口的结构(jiégòu)及功能
A 发送 端
接收
图9.6 半双工制式
发送 B
接收 端
第16页，共119页。
3. 全双工制式(Full duplex)
全双工制式是指通信双方均设有发送(fā sònɡ)器和接收 器，并且将信道划分为发送(fā sònɡ)信道和接收信道，两端 数据允许同时收发，因此通信效率比前两种高。全双工 制式如图9.7所示。
第26页，共119页。
位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 HHHHHHHH
SCON SM SM SM RE TB RB TI RI 0 1 2N8 8
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
多机通信 0：双机
1：多机
图9.9 串行口控制寄存器SCON
第27页，共119页。
(1)SM0 SM1：串行口工作方式选择(xuǎnzé)位。其 状态组合所对应的工作方式如表9-1所示。
表9-1 串行口工作方式
SM0 SM1 00
01
10
11
工作方式
功 能说 明
0 同步移位寄存器输入/输出，波特率固定 为fosc/12
1 10位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n， n=32或16)
第9章 串行接口及串行通信(tōng 技术 xìn)
教学目标 9.1 串行通信基础知识 9.2 AT89C51的串行接口
9.3 AT89C51串行接口的应用与编程
9.4 多机通信 9.5 PC机与单片机间的串行通信
9.6 实训指导
本章小结 思考题与习题
第1页，共119页。
教学 目标 (jiāo xué)
第14页，共119页。
9.1.3 串行通信(tōng xìn)的制式
在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。按照数 据传送方向，串行通信可分为三种制式。
1. 单工制式(Simplex)
单工制式是指甲乙双方通信只能单向传送数据。单工 制式如图9.5所示。
波特率的倒数即为每位数据传输时间。例如：波
特率为1200bps，每位的传输时间为：
T d
=
1 1200
=0.
833(ms)
第13页，共119页。
波特率和字符的传输速率不同(bù tónɡ)，若采用图9.4 的数据帧格式，并且数据帧连续传送（无空闲位），则 实际的字符传输速率为1200/11=109.09帧/秒。
9.1.1 异步通信(tōng xìn)和同步通信(tōng xìn)
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信两
种基本通信方式。
1. 同步通信(Synchronous Communication)
同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一次 通信传送多个字符数据，称为一帧信息。数据传输速 率较高，通常可达56000bps或更高。其缺点是要求发 送时钟和接收时钟保持严格同步。
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
2. 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。
第2页，共119页。
2. AT89C51串行口：串行接口结构及其功能；理 解串行数据缓冲器SBUF的功能和读写方法； 熟悉SCON的结构、控制作用和设置(shèzhì)方法； 了解电源控制寄存器PCON，熟悉SMOD位。
第19页，共119页。
2. 累加和校验
累加和校验是指发送方将所发送的数据块求和， 并将“校验和”附加到数据块末尾。接收方接收数据 时也是先对数据块求和，将所得结果与发送方的“校 验和”进行比较，若两者相同，表示传送正确，若不 同则表示传送出了差错。“校验和”的加法运算(yùn suàn) 可用逻辑加，也可用算术加。累加和校验的缺点是无 法检验出字节或位序的错误。
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同步通信的数据帧格式如图9.3所示。
同步 数 据 数 据 … 数据字 数 据 校 验 (校验
字符 字符1 字符2
符n-1 字符n 字 符 字符)
图9.3 同步(tóngbù)通信数据传送格 式
2. 异步通信(Asynchronous Communication)
在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位组成数
起 始 位 8位数据
D7 0/1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1 1 1 1 0 D0 D1
图9.4 异步通信帧格式
第9页，共119页。
(1) 起始位：
在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态。当 发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻辑“0”信 号，这个低电平便是帧格式的起始位。其作用是向接收 端表示(biǎoshì)发送端开始发送一帧数据。接收端检测到这 个低电平后，就准备接收数据信号。
2 11位异步收发，波特率固定为f0sc/n， n=64或32)
3 11位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n， n=32或16)
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(2) SM2：多机通信控制器位。在方式0中，SM2必须设
成0。在方式1中，当处于接收状态时，若SM2=1，则只 有接收到有效的停止位“1”时，RI才能(cáinéng)被激活成 “1”(产生中断请求)。在方式2和方式3中，若SM2=0， 串行口以单机发送或接收方式工作，TI和RI以正常方式 被激活并产生中断请求；若SM2=1，RB8=1时，RI被激 活并产生中断请求。
发送
门电路
TXD(P3.1)
SBUF (99H)
串 行
内 部 总 线
发送控制器
口
同 步 串行口中 时断
TI ≥1 RI
钟
接收控制器
控 制 寄 存 器
接收 SBUF
输入移位寄存器
(98H)
RXD(P3.0)
(99H)
图9.8 AT89C51串行口结构框图
第23页，共119页。
1. 串行数据缓冲器SBUF SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送(fā sònɡ)寄存
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1. 奇偶校验
奇偶(qí ǒu)校验的特点是按字符校验，即在发送每 个字符数据之后都附加一位奇偶(qí ǒu)校验位(1或0),当 设置为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之 和应为奇数；反之则为偶校验。收、发双方应具有一 致的差错检验设置，当接收1帧字符时，对1的个数进 行检验，若奇偶(qí ǒu)性(收、发双方)一致则说明传输 正确。奇偶(qí ǒu)校验只能检测到那种影响奇偶(qí ǒu)位数 的错误，比较低级且速度慢，一般只用在异步通信中。
写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如 果CPU读SBUF，则读入的数据一定(yīdìng)来自接收缓
冲器。即CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问上述 两个不同的寄存器。
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2. 串行控制(kòngzhì)寄存器SCON
串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作 方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收 的状态等。它是一个既可以字节寻址又可以位寻 址的8位特殊功能寄存器。其格式如图9.9所示。
器和接收寄存器，以便能以全双工方式进行通信。此 外，在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而构成了 串行接收的双缓冲结构，这样可以避免在数据接收过 程中出现帧重叠错误。发送数据时，由于CPU是主动 的，不会发生帧重叠错误，因此发送电路不需要双重 缓冲结构。
第24页，共119页。
在逻辑上，SBUF只有一个，它既表示发送寄存器， 又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H。但在物理 结构上，则有两个完全独立Hale Waihona Puke BaiduSBUF，一个是发送缓冲寄 存器SBUF，另一个是接收缓冲寄存器SBUF。如果CPU
据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独立，互不同
步的通信机构，由于收发数据的帧格式相同，因此可以
相互识别接收到的数据信息。
第8页，共119页。
异步通信信息(xìnxī)帧格式如图9.4所示。
第n-1字符
帧 奇
偶停 起
8位数据
校止 验位
始 位
第n字符帧 8位数据
奇 偶停 校止 验位
空闲位
第n+1字符帧
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。 串行通信是数据的各位在同一根(yī ɡēn)数据线上依次逐
位发送或接收。
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P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
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(3) REN：串行接受允许控制位。该位由软件置位或复 位。当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接收。
(4) TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。该位 由软件(ruǎn jiàn)置位或复位。在方式2和方式3时，TB8 是发送的第9位数据。在多机通信中，以TB8位的状 态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=1表示地 址，TB8=0表示数据。TB8还可用作奇偶校验位。
发送器A
接收器B
图9.5 单工制式
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2. 半双工制式(Half duplex) 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接收
(jiēshōu)器，双方既可发送也可接收(jiēshōu)，但接收(jiēshōu) 和发送不能同时进行，即发送时就不能接收(jiēshōu)， 接收(jiēshōu)时就不能发送。半双工制式如图9.6所示。
A 发送 端 接收
接收 B 发送 端
图9.7 全双工制式
第17页，共119页。
9.1.4 串行通信(tōng xìn)的校验 串行通信的目的不只是传送数据信息，更重要的是应
确保准确无误地传送。因此必须考虑在通信过程中对数 据差错进行校验，因为差错校验是保证准确无误地通信 的关键。常用差错校验方法有奇偶校验、累加和校验以 及循环冗余码校验等。
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3. 循环(xúnhuán)冗余码校验(CRC)
循环冗余码校验的基本原理是将一个数据块看成一个位数很长的 二进制数，然后用一个特定的数去除它，将余数作校验码附在数据块 之后一起发送。接收端收到该数据块和校验码后，进行同样的运算来 校验传送是否出错。目前CRC已广泛用于数据存储和数据通信中， 并在国际上形成规范，市面上已有不少现成的CRC软件算法。
3. 串行口的工作方式： 理解串行通信4种工作 4. 方式的特点和区别；掌握串行工作方式0的应 5. 用； 熟悉串行工作方式1、2、3应用程序的
6. 编制方法。
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4. 多机通信原理：理解多机通信的原理、过程和编
制(biānzhì)多机通信应用程序的方法。
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9.1 串行通信基础知识
P2.7
89C51
RD WR
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CS
RD WR
8255
图9.1 并行通信示意图
TXD RXD 89C51
发送 接收
RXD TXD
外设
图9.2 串行通信示意图
目前(mùqián)串行通信在单片机双机、多机以及单片 机与PC机之间的通信等方面得到了广泛应用。
第6页，共119页。
第10页，共119页。
(2) 数据位：
在起始位之后，发送端发出(或接收端接收)的是数据 位，数据的位数没有严格的限制，5～8位均可。由低位 到高位(ɡāo wèi)逐位传送。
(3) 奇偶校验位： 数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检验数据 在传送过程中是否出错的奇偶校验位。奇偶校验是收发双 方预先约定好的有限差错检验方式之一。有时也可不用奇 偶校验。
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(4) 停止位：
字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平 有效，它可占1/2位、1位或2位。停止位表示传送一 帧信息的结束(jiéshù)，也为发送下一帧信息作好准备。
第12页，共119页。
9.1.2 串行通信(tōng xìn)的波特率
波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念， 它是指传输数据的速率, 亦称比特率。波特率的定 义是每秒传输二进制数码的位数。如：波特率为 1200bps是指每秒钟能传输1200位二进制数码。
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9.2 AT89C51的串行接口
AT89C51内部有一个可编程全双工串行通信接口。该 部件不仅能同时进行数据(shùjù)的发送和接收，也可作为一 个同步移位寄存器使用。
下面将对其内部结构、工作方式以及波特率进 行介绍。
第22页，共119页。
9.2.1 串行接口的结构(jiégòu)及功能
A 发送 端
接收
图9.6 半双工制式
发送 B
接收 端
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3. 全双工制式(Full duplex)
全双工制式是指通信双方均设有发送(fā sònɡ)器和接收 器，并且将信道划分为发送(fā sònɡ)信道和接收信道，两端 数据允许同时收发，因此通信效率比前两种高。全双工 制式如图9.7所示。
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位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 HHHHHHHH
SCON SM SM SM RE TB RB TI RI 0 1 2N8 8
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
多机通信 0：双机
1：多机
图9.9 串行口控制寄存器SCON
第27页，共119页。
(1)SM0 SM1：串行口工作方式选择(xuǎnzé)位。其 状态组合所对应的工作方式如表9-1所示。
表9-1 串行口工作方式
SM0 SM1 00
01
10
11
工作方式
功 能说 明
0 同步移位寄存器输入/输出，波特率固定 为fosc/12
1 10位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n， n=32或16)
第9章 串行接口及串行通信(tōng 技术 xìn)
教学目标 9.1 串行通信基础知识 9.2 AT89C51的串行接口
9.3 AT89C51串行接口的应用与编程
9.4 多机通信 9.5 PC机与单片机间的串行通信
9.6 实训指导
本章小结 思考题与习题
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教学 目标 (jiāo xué)