单片微机原理及应用课件 第10章 串行通信及其接口
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单片微型计算机原理及接口技术串行通信及其接口
USB接口
03
通用串行总线接口，支持热插拔，广泛用于外部设备的连接。
03 串行通信
串行通信的基本概念
串行通信
指数据在单根传输线上一位一位地顺序传输，具有节省传输线、 成本低、适合长距离通信等优点。
异步串行通信
通信双方以字符为单位进行通信，发送端发送一个字符后，接收 端收到字符并确认后再发送下一个字符。
应用场景
用于远程控制、数据采集、设 备调试等场景。
单片微型计算机与单片机串行通信实例
硬件连接
通过串行通信线将两个单片微型计算 机连接，通常使用相同的接口或交叉 线连接。
通信协议
根据两个单片机型号和编程语言的不 同，需要实现相同的串行通信协议。
编程实现
在两个单片微型计算机上分别编写串 行通信程序，通过发送和接收数据实 现相互通信。
用于设备扩展、功能增强等场景，如实现 远程打印、GPS定位等。
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控制逻辑电路
实现串行通信的协议控制和时 序控制。
电源电路
为串行通信接口提供所需的电 源。
串行通信接口的应用实例
01
02
03
智能仪表
通过RS-485接口实现仪表 与上位机之间的数据传输 和控制。
打印机
通过USB接口实现打印机 与计算机之间的数据传输 和控制。
GPS模块
通过SPI接口实现GPS模块 与微控制器之间的数据传 输和控制。
同步串行通信
通信双方以数据块为单位进行通信，发送端连续发送多个字符， 接收端同步接收。
串行通信的传输方式
单工方式
数据只能单向传输，发送端和接 收端固定，通常用于控制信号传
《微型计算机原理与接口技术》课件第10章 (2)
3) SDLC/HDLC数据格式 SDLC/HDLC数据格式如下：
标志
地址场
01111110
控制场
数据 1…n
CRC 字符 1 CRC 字符 2
标志 01111110
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
(1) SDLC(Synchronous DataLink Control)是IBM公司推出的 同步数据链控制规程，其数据传送格式为：
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
采用同步方式传送数据时，收发双方还必须用同一个时钟 进行协调，用于确定串行传输中每一位的位置。接收数据时， 接收方可利用同步字符将内部时钟与发送方保持同步，然后把 同步字符后面的数据逐位移入，并转换成并行格式，供CPU读 取，直至收到结束符为止。同步传送的优点是传输效率高，传 输速度也较快(56 Kb/s或更高)，但其对硬件要求比较高。
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
(2) HDLC(High-Level DataLink Contr01)是ISO推荐的高级 数据链控制规程。除了某些术语和细节不同外，它与SDLC规 程基本原理相同。其数据传送格式为：
标志符、数据场与帧校验场与SDLC规程完全相同。 地址场：HDLC规定地址场可以为任意字节长度。当地址 场字节D0位为“0”时，则后跟字节为地址场信息，否则为最后 一个地址字节。 控制场：HDLC规定控制场为1个字节或2个字节长。 场的传送均从最低有效位D0开始传送。
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A 图10-3 发送时钟
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A 图10-4 接收时钟
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
标志
地址场
01111110
控制场
数据 1…n
CRC 字符 1 CRC 字符 2
标志 01111110
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
(1) SDLC(Synchronous DataLink Control)是IBM公司推出的 同步数据链控制规程，其数据传送格式为：
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
采用同步方式传送数据时，收发双方还必须用同一个时钟 进行协调，用于确定串行传输中每一位的位置。接收数据时， 接收方可利用同步字符将内部时钟与发送方保持同步，然后把 同步字符后面的数据逐位移入，并转换成并行格式，供CPU读 取，直至收到结束符为止。同步传送的优点是传输效率高，传 输速度也较快(56 Kb/s或更高)，但其对硬件要求比较高。
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
(2) HDLC(High-Level DataLink Contr01)是ISO推荐的高级 数据链控制规程。除了某些术语和细节不同外，它与SDLC规 程基本原理相同。其数据传送格式为：
标志符、数据场与帧校验场与SDLC规程完全相同。 地址场：HDLC规定地址场可以为任意字节长度。当地址 场字节D0位为“0”时，则后跟字节为地址场信息，否则为最后 一个地址字节。 控制场：HDLC规定控制场为1个字节或2个字节长。 场的传送均从最低有效位D0开始传送。
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A 图10-3 发送时钟
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A 图10-4 接收时钟
第10章 串行通信及可编程串行 接口芯片8251A
串行通信ppt课件
18
第10章 串行通信
（2）起始位的检测
必须确定起始位才能开始接收数据，即实现位同步。 数据接收时钟RCLK使用16倍波特率的时钟信号。接收器 用RCLK检测到串行数据输入引脚SIN由高电平变低后，连续 测试8个RCLK时钟周期，若采样到的都是低电平，则确认为 起始位。 确认了起始位后每隔16个RCLK时钟周期对SIN输入的数据 位进行采样一次，直至规定的数据格式结束。
10
第10章 串行通信
TxD 发送数据——串行数据的发送端。 RxD 接收数据——串行数据的接收端。 GND 信号地——为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS 请求发送——当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的 RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS 清除发送——当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送 数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号。 DTR 数据终端准备好——通常当数据终端设备一加电，该信号就有效， 表明数据终端设备准备就绪。 DSR 数据装置准备好——通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通 电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或 断开状态。 CD 载波检测——当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就 从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。 RI 振铃指示——当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚 信号作为电话铃响的指示，保持有效。
16
第10章 串行通信
2．结构
其中寄存器： THR、TSR RBR、RSR LCR LSR DLH DLL MCR MSR IER IIR
17
第10章 串行通信
（1）串行数据的发送
CPU送来的并行数据存在发送保持寄存器THR中。 只要发送移位寄存器TSR中没有正在发送的数据， 发送保持寄存器的数据就送入TSR 。 与此同时，8250按照编程规定的起止式字符格式， 加入起始位、奇偶校验位和停止位，从串行数据输 出引脚SOUT逐位输出。 因为THR、TSR采用双缓冲寄存器结构，所以在 TSR进行串行发送的同时，CPU可以向8250提供下 一个发送数据到THR，这样可以保证数据的连续发 送。
第10章 串行通信
（2）起始位的检测
必须确定起始位才能开始接收数据，即实现位同步。 数据接收时钟RCLK使用16倍波特率的时钟信号。接收器 用RCLK检测到串行数据输入引脚SIN由高电平变低后，连续 测试8个RCLK时钟周期，若采样到的都是低电平，则确认为 起始位。 确认了起始位后每隔16个RCLK时钟周期对SIN输入的数据 位进行采样一次，直至规定的数据格式结束。
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第10章 串行通信
TxD 发送数据——串行数据的发送端。 RxD 接收数据——串行数据的接收端。 GND 信号地——为所有的信号提供一个公共的参考电平 RTS 请求发送——当数据终端设备准备好送出数据时，就发出有效的 RTS信号，用于通知数据通信设备准备接收数据。 CTS 清除发送——当数据通信设备已准备好接收数据终端设备的传送 数据时，发出CTS有效信号来响应RTS信号。 DTR 数据终端准备好——通常当数据终端设备一加电，该信号就有效， 表明数据终端设备准备就绪。 DSR 数据装置准备好——通常表示数据通信设备(即数据装置)已接通 电源连到通信线路上，并处于数据传输方式，而不是处于测试方式或 断开状态。 CD 载波检测——当本地调制解调器接收到来自对方的载波信号时，就 从该引脚向数据终端设备提供有效信号。该引脚缩写为DCD。 RI 振铃指示——当调制解调器接收到对方的拨号信号期间，该引脚 信号作为电话铃响的指示，保持有效。
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第10章 串行通信
2．结构
其中寄存器： THR、TSR RBR、RSR LCR LSR DLH DLL MCR MSR IER IIR
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第10章 串行通信
（1）串行数据的发送
CPU送来的并行数据存在发送保持寄存器THR中。 只要发送移位寄存器TSR中没有正在发送的数据， 发送保持寄存器的数据就送入TSR 。 与此同时，8250按照编程规定的起止式字符格式， 加入起始位、奇偶校验位和停止位，从串行数据输 出引脚SOUT逐位输出。 因为THR、TSR采用双缓冲寄存器结构，所以在 TSR进行串行发送的同时，CPU可以向8250提供下 一个发送数据到THR，这样可以保证数据的连续发 送。
《微机系统串行通信》课件
详细描述
无线串行通信技术采用无线电波或红外线传输信号，避免了传统线缆连接的限制，方便 了设备的移动和组网。
嵌入式串行通信技术
总结词
嵌入式串行通信技术将串行通信功能集 成到微机系统的硬件中，提高了系统的 可靠性和稳定性。
VS
详细描述
嵌入式串行通信技术采用专用硬件电路实 现串行通信，具有低功耗、高可靠性和高 稳定性等特点，广泛应用于工业控制、智 能家居等领域。
USB接口
采用4个针脚，传输速度快，支持热插拔，通常用于 连接外设。
串行通信接口的硬件组成
信号线
用于传输数据信号和控 制信号。
驱动器
用于将微机的TTL电平 转换为RS-232或RS485电平。
接收器
用于将RS-232或RS485电平转换为TTL电平 。
串行通信接口的软件实现
串行通信协议
用于规定数据传输的格式、波特率、数据位、 停止位等参数。
数据传输控制
用于控制数据的发送和接收，包括数据的同步 、错误检测和纠正等。
串行端口编程
用于编写程序实现串行通信接口的控制和数据的发送和接收。
04
微机系统串行通信应 用
串行通信在工业控制中的应用
数据传输
01
在工业控制系统中，串行通信用于设备之间的数据传输，如PLC
与传感器、执行器之间的数据交换。
远程控制
THANK YOU
02
通过串行通信，可以实现远程控制工业设备，提高生产效率和
设备利用率。
实时监控
03
通过串行通信，可以实时监控工业设备的运行状态，及时发现
并处理故障。
串行通信在网络通信中的应用
局域网通信
在局域网中，计算机之间通过串行通信实现文件传输、打印机共 享等功能。
无线串行通信技术采用无线电波或红外线传输信号，避免了传统线缆连接的限制，方便 了设备的移动和组网。
嵌入式串行通信技术
总结词
嵌入式串行通信技术将串行通信功能集 成到微机系统的硬件中，提高了系统的 可靠性和稳定性。
VS
详细描述
嵌入式串行通信技术采用专用硬件电路实 现串行通信，具有低功耗、高可靠性和高 稳定性等特点，广泛应用于工业控制、智 能家居等领域。
USB接口
采用4个针脚，传输速度快，支持热插拔，通常用于 连接外设。
串行通信接口的硬件组成
信号线
用于传输数据信号和控 制信号。
驱动器
用于将微机的TTL电平 转换为RS-232或RS485电平。
接收器
用于将RS-232或RS485电平转换为TTL电平 。
串行通信接口的软件实现
串行通信协议
用于规定数据传输的格式、波特率、数据位、 停止位等参数。
数据传输控制
用于控制数据的发送和接收，包括数据的同步 、错误检测和纠正等。
串行端口编程
用于编写程序实现串行通信接口的控制和数据的发送和接收。
04
微机系统串行通信应 用
串行通信在工业控制中的应用
数据传输
01
在工业控制系统中，串行通信用于设备之间的数据传输，如PLC
与传感器、执行器之间的数据交换。
远程控制
THANK YOU
02
通过串行通信，可以实现远程控制工业设备，提高生产效率和
设备利用率。
实时监控
03
通过串行通信，可以实时监控工业设备的运行状态，及时发现
并处理故障。
串行通信在网络通信中的应用
局域网通信
在局域网中，计算机之间通过串行通信实现文件传输、打印机共 享等功能。
第十章 串行通信接口技术PPT课件
51单片机的串行口为可编程的，用SM0、SM1设置串行口的工作方式。
1．方式0
串行口作同步移位寄存器用，波特率固定为fOSC/12 。 数据8位/帧，低位在前，无起始位、奇偶位及停止位。
数据由RXD(P3.0)端输入/输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)端输出。
多用于外接移位寄存器以扩展I/O端口
＝1。当上述两条的任一条不满足时，数据丢失。
SM2＝0，则不受第9数据位限制，不用于多机通信，第9数据位可作 为奇偶校验位。也可不用第9数据位，即不理睬第9数据位的值，当方式1 一样使用，为点对点通信，但要注意帧数据格式与方式1不同，不是10位 而是11位。
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1
发送过程： MOV SBUF，A
CPU将数据写到SBUF，启动发送，数据从TXD 端输出。发完一帧， 硬件自动置TI=1。
接收过程： MOV A，SBUF
数据从RXD输入。必须先设置REN=1，允许接收。如REN＝0，禁止接收。 ① RI＝0； ② SM2＝0或接收到的停止位＝1，则将8位数据装入SBUF， 停止位1装入RB8，RI置1。否则数据丢失。在方式1下，通常设置SM2＝0。 方式1下的波特率是可变的．取决于定时器TI 的溢出率
传送适用于近距离、传送速度高的场合。
2．串行通信 串行通信时，传送数据的各位按顺序一位一位地传送。 其优点是传输线少，传送通道费用低，故适合长距离数据传送。缺
点是传送速度较低。
PC机与外部设备（如打印机等）通信时，如果距离小于30m，采用 并行通信方式；当距离大于30m时，则采用串行通信方式。51单片机具 有并行和串行二种基本通信方式。
3．方式2和方式3
为11位异步通信接口。由TXD发送，RXD接收。 一帧信息由ll位组成，l位起始位0，8位数据位，1位可编程位(第9数 据位D8)和1位停止位1。
串行口与通信课件
错误处理
对于检测到的错误，采取相应的处理措施，如重发数据、要求重新传输等，确保 数据的正确性和可靠性。
05串行口的高级功能行口的流控制硬件流控制
通过硬件电路控制数据流，防止数据过快传输导致接收端无法处理。常见硬件流控制方式有RTS/CTS 流控制。
软件流控制
通过软件算法控制数据流，例如XON/XOFF协议。软件流控制通常用于解决不同设备间数据传输速率 不匹配的问题。
详细描述
串行口是计算机上的一种通讯接口，它通过串行方式实 现数据的传输。与并行口不同，串行口每次只传输一位 数据，但可以通过多条线路同时传输多个数据，从而实 现数据的快速传输。根据传输方式的不同，串行口可以 分为同步串行口和异步串行口两类。同步串行口的数据 传输速率较高，但需要一个时钟信号来同步数据的传输 ；异步串行口的数据传输速率较低，但不需要时钟信号 ，实现起来相对简单。
串行口与通讯课件
CONTENTS
• 串行口基础知识 • 串行口通讯原理 • 串行口的应用场景 • 串行口编程技术 • 串行口的高级功能 • 串行口的发展趋势与展望
01
串行口基础知识
串行口的定义与分类
总结词
串行口是计算机上的一种通讯接口，用于实现计算机 与其他设备之间的数据传输。根据传输方式的不同， 串行口可以分为同步串行口和异步串行口两类。
02
串行口通讯原理
串行口的通讯方式
异步通讯
异步通讯中，数据传输是按照字 符进行，每个字符由起始位、数 据位、奇偶校验位和停止位组成 。
同步通讯
同步通讯中，数据传输是按照数 据块进行，每个数据块由同步字 符开始，后面跟着多个数据字符 。
串行口的通讯速率
波特率
表示每秒传输的位数，常用的波特率 有9600、19200、4800等。
对于检测到的错误，采取相应的处理措施，如重发数据、要求重新传输等，确保 数据的正确性和可靠性。
05串行口的高级功能行口的流控制硬件流控制
通过硬件电路控制数据流，防止数据过快传输导致接收端无法处理。常见硬件流控制方式有RTS/CTS 流控制。
软件流控制
通过软件算法控制数据流，例如XON/XOFF协议。软件流控制通常用于解决不同设备间数据传输速率 不匹配的问题。
详细描述
串行口是计算机上的一种通讯接口，它通过串行方式实 现数据的传输。与并行口不同，串行口每次只传输一位 数据，但可以通过多条线路同时传输多个数据，从而实 现数据的快速传输。根据传输方式的不同，串行口可以 分为同步串行口和异步串行口两类。同步串行口的数据 传输速率较高，但需要一个时钟信号来同步数据的传输 ；异步串行口的数据传输速率较低，但不需要时钟信号 ，实现起来相对简单。
串行口与通讯课件
CONTENTS
• 串行口基础知识 • 串行口通讯原理 • 串行口的应用场景 • 串行口编程技术 • 串行口的高级功能 • 串行口的发展趋势与展望
01
串行口基础知识
串行口的定义与分类
总结词
串行口是计算机上的一种通讯接口，用于实现计算机 与其他设备之间的数据传输。根据传输方式的不同， 串行口可以分为同步串行口和异步串行口两类。
02
串行口通讯原理
串行口的通讯方式
异步通讯
异步通讯中，数据传输是按照字 符进行，每个字符由起始位、数 据位、奇偶校验位和停止位组成 。
同步通讯
同步通讯中，数据传输是按照数 据块进行，每个数据块由同步字 符开始，后面跟着多个数据字符 。
串行口的通讯速率
波特率
表示每秒传输的位数，常用的波特率 有9600、19200、4800等。
微机原理与接口技术(铁道大学)第10章并行和串行接口电路PPT课件
(1) 输入、输出电平与TTL电平完全兼容。
(2) 时序特性好。
(3) 部分位可以直接置“1”/置“0”，便于实现控制接口使用。
(4) 单一的+5 V电源。
29.07.2020
14 第10章第14页共165页
第10章 并行和串行接口电路
8255A的内部结构框图如图10.7(a)所示
C PU 接 口
第10章 并行和串行接口电路
4. 数据总线缓冲器 这是一个双向、三态的8位数据总线缓冲器，是8255A和系 统总线相连接的通道，用来传送输入/输出的数据、CPU发出的 控制字以及外设的状态信息。总之，8255A与CPU之间的所有 信息传输都要经过数据总线缓冲器。
29.07.2020
21 第10章第21页共165页
G
ND A0
冲
据 线 器
使用8 时位 要注意它的+5V电源引 脚是内第部26脚，地线下端引半口脚部C 是P第C3～7脚P C0， 它不数 像据 大总 多线 数TTL(芯4 )片电源和
A1 P C7 P C6 P C5 P C4
P C0
地线在右上角和左下角的位置， P C1
写 制 辑
除了控电B 组制源和地线之端B外(口8，) 其P他B7～引P B0
② 此时接口也可向CPU发出一个中断请求信号，同上面的 输入过程相同，CPU可以用软件查询方式，也可以用中断的方式 将CPU中的数据通过接口输出到外设中。当输出数据送到接口的 输出缓冲寄存器后，再输出到外设。
29.07.2020
11 第10章第11页共165页
第10章 并行和串行接口电路
③ 与此同时，接口向外设发送一个启动信号，启动外设接 收数据。外设接收到数据后，向接口回送一个“输出应答”信 号。
微机原理与接口技术课件10.串口
outportb(0x3f8,DATA[id]); id++; }
23
//8251空操作 //8251软件复位 //8251方式字 //工作命令字:置位
22
发送方程序2：
While(id<=data_num){ do{ status=inportb(0x3f9);//读状态字 status=status&0x01; //发送准备好？ }while(status==0);
11
用8251A组成的串行接口
一、8251A的内部逻辑与外部信号 功能：异步起止协议
同步面向字符协议 组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、
数据总线缓冲器
12
8251A内部结构
数据总线 缓冲器
RESET CLK C/D RD WR CS
DTR DSR
RTS
CTS
读/写 控制逻辑
调制控制
D3=1,发中止字符（空号）
=0，正常操作
D0=1,允许发送
D2=1,允许接收 =0，禁止发送
=0，禁止接收
D1=1,已准备好 =0，正常操作
例3：使8251内部复位，并且允许接收， 又允许发送，则程序段为：
18
8251的控制字与状态字
01000000B ；置D6=1，使内部复位
00000101B ；置D0=1，D2=1，允许接收和发送
3.状态字
a.作用：8251A执行命令进行数据传送后的状态字存放在状态寄
存器中，CPU通过读出状态字进行分析和判断，以决定下一步的
操作。
b.D格7式： D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
DSR SYNDET TE
23
//8251空操作 //8251软件复位 //8251方式字 //工作命令字:置位
22
发送方程序2：
While(id<=data_num){ do{ status=inportb(0x3f9);//读状态字 status=status&0x01; //发送准备好？ }while(status==0);
11
用8251A组成的串行接口
一、8251A的内部逻辑与外部信号 功能：异步起止协议
同步面向字符协议 组成：接收器、发送器、调制控制、读/写控制、
数据总线缓冲器
12
8251A内部结构
数据总线 缓冲器
RESET CLK C/D RD WR CS
DTR DSR
RTS
CTS
读/写 控制逻辑
调制控制
D3=1,发中止字符（空号）
=0，正常操作
D0=1,允许发送
D2=1,允许接收 =0，禁止发送
=0，禁止接收
D1=1,已准备好 =0，正常操作
例3：使8251内部复位，并且允许接收， 又允许发送，则程序段为：
18
8251的控制字与状态字
01000000B ；置D6=1，使内部复位
00000101B ；置D0=1，D2=1，允许接收和发送
3.状态字
a.作用：8251A执行命令进行数据传送后的状态字存放在状态寄
存器中，CPU通过读出状态字进行分析和判断，以决定下一步的
操作。
b.D格7式： D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
DSR SYNDET TE
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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
移位时钟
TI（发送中断
发送SBUF
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。
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）
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。
同步字符
数据块
CRC字符
图9-5 同步通信数据格式
返回本节
•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）。
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：
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。
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
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。
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
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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
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
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
移位时钟
TI（发送中断
发送SBUF
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。
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）
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。
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）。
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：
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。
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
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。
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
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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
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