单片微机原理及应用课件 第10章 串行通信及其接口

二、串行通信数据传送方向
发送器
接收器
图9-1 单工方式
1.单向数据传送：数据只向一个方向传送
2.半双向数据传送：用一根传送线既作输入又作输出，但通 信双方不能同时收、发数据。要改变数据传送方向，必须进 行通信双方的收、发设备的开关 切换。
发送器 接收器
数据流
接收器 发送器
图9-2 半双工方式
发送器 接收器
移位时钟
TI（发送中断
发送SBUF
Baidu Nhomakorabea
TXD串行输出
单片机内 部总线
接收SBUF
输入移位寄存器
RXD串行输入
RI（接收中断）
MCS-51串行口寄存器结构
•串行接收的双缓冲结构 二级 移位寄存器
数据缓冲器SBUF 一帧数据（8位）接收完，由移位寄存器装 入SBUF，立即接收下一帧。要求主机应立即将 SBUF中数据取走。否则前一帧数据将丢失。 发送是由CPU操纵的，不会发生帧重叠错误。 将数据写入SBUF，（自动）通过移位脉冲一位一 位地发送出去。
第10章 串行通信及其接口
•10.2 串行通信基础 •10.2 MCS-51串行通信 •10.3 MCS-51串行通信工作方式
10.1串行通信基础
•一、串行通信的基本概念 •串行通信：是将数据的各位一位一位地依次传送。 传送距离较远，适合于计算机之间、计算机与外 部设备之间的远距离通信。 •并行通信：指数据各位同时传送。速度快、效率 高、距离短。 •串行通信有 同步通信和异步通信两种方式：
字符帧由四部分组成，分别是起始位、数据位、奇偶校验 位、停止位。如图所示：
1） 起始位：位于字符帧的开头，只占一位，始终位逻辑低 电平，表示发送端开始发送一帧数据。
2） 数据位：紧跟起始位后，可取5、6、7、8位，低位在前， 高位在后。
3）奇偶校验位：占一位，用于对字符传送作正确性检查，因此奇偶 校验位是可选择的，共有三种可能，即奇偶校验、偶校验和无校验，由用 户根据需要选定。
所有串行接口电路都是以并行数据形式和CPU接 口，以串行数据形式和外部通信接口。
•通用异步接收发送器UART
串行输入 时钟 复位
接收器
并行输入 时钟
发送器
控制信号
控制部件
并行输出
数据 总线
串行输出（对外）
状态信息 控制信息
UART基本组成框图
UART主要功能： 1、数据的串化、反串化 数据的串化：将并行数据变为串行数据；（发送器） 数据的反串化：将串行数据变为并行数据；（接收器） 2、格式信息的插入和删除 格式信息：异步通信中的起始位、校验位、停止位等。 串化过程：将格式信息插入和数据一起构成一个完整 的数据帧。 反串化过程：滤出格式信息，保留数据位。 3、错误检验
4）停止位：末尾，为逻辑“1”高电平，可取1、1.5、2位，表示一帧 字符传送完毕。
如：ASCII码帧（字符）为10位。 其中：数据7位
起始位、校验位、停止位各一位。
起 始 位
数数 据据 位位 （0）（1）
数奇停停起 据偶止止始 位位位位位 （n－1）
一帧数据
字符帧格式
2. 传送的速率 串行通信的速率用波特率来表示，所谓波特率就是指一秒钟
9BH 9AH
检验数据通信过程是否正确。
•10.2 MCS-51串行通信 •MCS-51单片机将一个“全双工串行通信接口电 路”集成在单片机内。
数据转换
串行接口电路为用户提供了两个串行口缓冲寄存器 （SBUF），一个称为发送缓存器，它的用途是接收片内 总线送来的数据，即发送缓冲器只能写不能读。发送缓冲 器中的数据通过TXD引脚向外传送。另一个称为接收缓冲 器，它的用途是向片内总线发送数据，即接收缓冲器只能 读不能写。接收缓冲器通过RXD引脚接收数据。因为这两 个缓冲器一个只能写，一个只能读，所以共用一个地址 99H。串行接口电路如图所示。
同步字符
数据块
CRC字符
图9-5 同步通信数据格式
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•异步通信：数据在线路上是以一个字（或字符）为单位来 传送的。不需严格的同步时钟控制，也不需数据流的连续性。 在串行通信中常用。 •数据帧：包含起始位（“0”电平），数据位（从低位到高 位逐位数据传送），奇偶校验位、停止位（用“1”表示）。 • 线路不传送数据时，应保持为“1”（保证起始处有一 个下跳沿）。
图9-4 异步串行通信数据帧格式
单片机的串行通信使用的是异步串行通信，所谓异步就是 指发送端和接收端使用的不是同一个时钟。异步串行通信通常 以字符（或者字节）为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端 一帧一帧地传送，接收端通过传输线一帧一帧地接收。 在异步通信中，收、发两方必须事先规定两件事： 1. 字符帧的帧格式
传送数据位的个数。每秒钟传送一个数据位就是1波特。即：1 波特＝1bps（位/秒） 。
在串行通信中，数据位的发送和接收分别由发送时钟脉冲 和接收时钟脉冲进行定时控制。时钟频率高，则波特率高，通 信速度就快；反之，时钟频率低，波特率就低, 通信速度就慢。 如120个字符（帧）/秒，每帧数据有10位，则传输速率为1200波 特率。（1200bit/s）
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•同步通信：每个数据块开始时，发送一个或两个同步字符， 使发送和接收双方取得同步，数据块各字符间取消了起始位 和发送位。如发送的数据之间有间隔时，用发送同步字符填 充。(较少使用）
•同步字符由用户规定，如：01111110
•同步传送时，收、发双方要求时钟和频率一致。（较少使用）
开始
终止
数据流
接收器 发送器
图9-3 全双工方式
3.全双向数据传送：由两根传送线来发送和 接收数据，双方可同时进行发送和接收。
串行数据通信要解决两个关键技术问题，一个是 数据传送，另一个是数据转换。所谓数据传送就是指 数据以什么形式进行传送。所谓数据转换就是指单片 机在接受数据时，如何把接收到的串行数据转化为并 行数据，单片机在发送数据时，如 何把并行数据转换 为串行数据进行发送。
10.2.1 MCS-51单片机串行通信的控制寄存器
与串行通信有关的寄存器有三个
1. 串行口控制寄存器（SCON）
SCON是MCS-51单片机的一个可位寻址的专用寄存器，用于串行数据通
信的控制。单元地址为98H，位地址为98H～9FH。寄存器的内容及位地址表
示如下：
位地址 9FH
9EH 9DH
9CH