串行通信方式
第10章串行通信
串行通信的异步传输模式
•以字符为基本通信单位 •起始位标志着每一个字符的开始 •停止位标志着每一个字符的结束
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串行通信的异步传输模式
平时通信线处于空闲状态（“1”状态），当有数据 发送时，发送方首先发一“0”，称为起始位；
接着发送数据位，数据位可有5~8位组成。 然后是校验位，校验分奇校验、偶校验、置0、置1、
31
例 ： 发 送 数 据 序 列 ： 1010001101 ， 生 成 多 项 式 ： 110101。发送数据序列*25：101000110100000
x5x4x2x0
1010001101 00000 -- 1
110101
010110 -- 7
0111011 -- 2
101100 -- 8
110101
在简单的控制系统中，大都采用异步方式。 在许多对数据交换量不大的系统，也采用异步方式。 数据通信系统中采用同步方式。
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串行异步通信的传输制式
单工：仅在一个方向上的数据传送。 半双工：两个方向上交替地传送数据，同一时间
只能在一个方向上。 全双工：可在两个方向上同时传送数据。
22
串行异步通信的同步
然后通信双方按照约定的波特率发送和采样对应数据 位。只要在一个字符传送期间，积累的误差不大于一 位数据传送时间。就不会发生错误。
因此，异步传输允许发送器和接收器不必用同一个时 钟，而是可以各有各的时钟（局部时钟），只要有同 一个标称频率即可，且对频率的精度要求也较低。
两次发送字符之间必须要有间隔时间（停止位），并 且每次字符传输，必须有一位同步信号（起始位）。
23
串行通信的校验----奇偶校验
在异步通信的格式中，可以包含一位校验位（奇、 偶校验）。
串行通讯实验报告
一、实验目的1. 理解串行通讯的基本原理及通信方式。
2. 掌握串行通讯的硬件设备和软件实现方法。
3. 学会使用串行通讯进行数据传输。
4. 通过实验，加深对单片机串行口工作原理和程序设计的理解。
二、实验原理串行通讯是指将数据一位一位地按顺序传送的通信方式。
与并行通讯相比，串行通讯的通信线路简单，成本低，适用于远距离通信。
串行通讯主要有两种通信方式：异步通信和同步通信。
1. 异步通信异步通信中，每个字符之间没有固定的时钟同步，而是通过起始位和停止位来标识字符的开始和结束。
每个字符由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
2. 同步通信同步通信中，数据传输过程中有固定的时钟同步信号，发送方和接收方通过同步时钟来保证数据传输的准确性。
三、实验设备1. 单片机最小系统教学实验模块2. 数码管显示模块3. 串行数据线4. 电脑四、实验内容1. 单片机串行口初始化首先，我们需要对单片机串行口进行初始化，包括设置波特率、通信方式、数据位、停止位等。
2. 数据发送在单片机程序中，编写数据发送函数，将数据通过串行口发送出去。
3. 数据接收编写数据接收函数，从串行口接收数据。
4. 数据显示将接收到的数据通过数码管显示出来。
5. 双机通信通过两套单片机实验模块，实现双机通信。
一台单片机作为发送方，另一台单片机作为接收方。
五、实验步骤1. 将单片机最小系统教学实验模块和数码管显示模块连接到电脑上。
2. 编写单片机程序，初始化串行口，并设置波特率、通信方式、数据位、停止位等。
3. 编写数据发送函数，将数据通过串行口发送出去。
4. 编写数据接收函数，从串行口接收数据。
5. 编写数据显示函数，将接收到的数据通过数码管显示出来。
6. 编写双机通信程序，实现两台单片机之间的通信。
7. 将程序下载到单片机中，进行实验。
六、实验结果与分析1. 通过实验，成功实现了单片机串行口的初始化、数据发送、数据接收和数据显示。
2. 成功实现了双机通信，两台单片机之间可以相互发送和接收数据。
双机之间的串行通信设计
双机之间的串行通信设计随着计算机技术的快速发展，双机之间的串行通信变得越来越重要。
无论是在数据传输、系统控制还是协同处理方面，双机之间的串行通信都扮演着关键角色。
本文将探讨双机之间的串行通信设计，包括串行通信的原理、串行通信的应用、串行通信的优势以及设计双机之间串行通信的步骤。
一、串行通信的原理串行通信是一种逐位传输数据的通信方式。
在双机之间的串行通信中，一台机器将数据一位一位地发送给另一台机器，接收方接收到数据后将其重新组装为完整的信息。
串行通信常用的协议有RS-232、RS-485、SPI等。
二、串行通信的应用1.数据传输：双机之间通过串行通信传输大量数据，例如在两台计算机之间传输文件、传输实时音视频数据等。
2.系统控制：双机之间通过串行通信进行系统控制，例如一个机器向另一个机器发送指令，控制其执行特定的任务。
3.协同处理：双机之间通过串行通信进行协同处理，例如在分布式系统中，各个节点之间通过串行通信共同完成复杂的任务。
三、串行通信的优势相比于并行通信，双机之间的串行通信具有以下几个优势：1.传输距离更远：串行通信可以在较长的距离上进行数据传输，而并行通信受到信号干扰和传输线损耗的限制。
2.更少的传输线：串行通信只需要一条传输线，而并行通信需要多条传输线。
3.更快的速度：串行通信在同等条件下具有更快的传输速度，因为每一位数据传输所需的时间更短。
4.更可靠的传输：串行通信可以通过校验位等方式来保证数据传输的可靠性。
四、设计双机之间串行通信的步骤设计双机之间的串行通信需要经过以下几个步骤：1.确定通信协议：首先需要确定双机之间的通信协议，例如RS-232、RS-485等。
不同的通信协议有着不同的特点和适用范围，需要根据具体的应用需求进行选择。
2.确定物理连接方式：根据通信协议的选择，确定双机之间的物理连接方式，例如使用串口线连接、使用网络连接等。
3.确定数据传输格式：确定数据传输的格式，包括数据的编码方式、数据的起始位和停止位等。
第七章 串行通信
同步方式 串行方式
异步方式
单工方式
半双工方式 全双工方式 多工方式
7.1.2 串行通信的通信标准
串行通信的通信标准主要是指通信的电气和硬件标准，常用的有 RS-232；RS-485/422等。
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RS-232标准 ♠ 电气特性：逻辑“1”=-3V～-15V；逻辑“0”=+3V～+15V。在与TTL 标准连接时必须进行电平转换，常用芯片有MC1488、MC1489及 MAX202～MAX232等。
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7.1.3 串行通信的通信方式
串行通信又可分为异步通信和同步通信。异步通信的接受器和发送 器使用各自的时钟，每次只传送一字节数据，允许时钟产生误差；同步 通信每次传送的数据量较大，要求精度高，因此接受器和发送器使用同 一时钟。 异步通讯 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束 字符间隔不固定，只需字符传送时同步。异步通讯数据常用一帧为单位， 一帧字符位数的规定：起始位，数据位，校验位和停止位，校验位紧跟 在数据位后，也可以省略。下图为省略校验位后一帧数据的示意图。
起始位 D 0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7 停止位
优点是硬件要求低，可靠性高，传送距离远，但速度较慢。
BACK
NEXT
HOME
同步通信 以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开 始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。
【提示】：在单片机与外设进行数据通信时，多采用异步串行通信。
模式选择
多机通讯位 允许接收位 发送、接收第9位 发送、接收标志
BACK
NEXT
串行传输方式
串行传输方式1.同步通信与异步通信串行通信中的数据线上的数据是具有瞬时性的，某位数据只能存在于某一特定的时间段内，如果接收方在该时间内没有对数据线进行读取，该位数据即会丢失。
这就要求当一方在发送数据时，另一方必须也在同步接收。
所谓的同步是指接收方在数据线上读得某位数据的频率与发送方在数据线上发送某位数据的频率必须是严格一致的。
如何保证这种同步性呢？通常有2种解决方法：采用同步通信方式或异步通信方式。
同步通信是指收发双方使用相同的时钟，由于时钟频率的相同性，因此就保证了收发双方能够以相同的频率进行数据的发送/接收操作。
采用同步通信方式在传送数据时，要对数据进行分组（帧），每组的开始和结束需加上规定的码元序列作为标志序列。
在发送数据之前，必须先发送此标志序列，接收方通过检测此标志序列获知某组（帧）数据的开始与结束。
采用同步通信的方式进行通信时，一般很难保证收发双方的时钟严格一致。
如果收发双方的时钟有微小的偏差，即使不至于影响单个字符的接收，但在传送批量数据时出现的误差累积效应达到一定程度时足以使接收数据出错；而且如果接收方由于某种原因（如躁声等）漏掉一位，则所有以下接收的数据都是不正确的。
一般人们利用异步通信方式来解决同步通信方式的不足。
异步通信中，发送和接收双方分别使用自己的时钟，以单个字符作为最小发送/接收单元。
也就是说，在这种通信方式下，每个字符作为独立的信息单元，可以随机地出现在数据流中，而每个字符出现在数据流中的相对时间是随机的。
然而一个字符一旦开始发送，就必须连着将该字符其他位发送出去。
由此可见，所谓的“异步”是指字符与字符间的异步，而在每个字符内部，收发双方的时钟频率仍然需要保持同步。
异步通信方式有效地解决了同步通信方式的弊端。
在异步通信中，规定数据线在不传送数据时保持为“1”状态，在发送每个字符时，硬件自动在每个字符前添加一个“起始信号”，其长度为1位，值为“0”。
在每个字符的后边添加一个“停止”信号，其长度为1、1.5或2位，值为“1”。
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。
串行通信工作方式
在RI=0的条件下，用指令置REN=1即可开始串行接收。TXD端输出移位脉冲，数据依次 由低到高以fosc/12波特率经RXD端接收到SBUF中，一帧数据接收完成后硬件置接收中断标 志位RI为1。若要再次接收一帧数据，应该用指令MOV A，SBUF将上一帧数据取走，并用指 令将RI清零。用方式0通信时，多用查询方式。
1.2 串行工作方式1
方式1是一帧10位的异步串行通信方式，包括1个起始位，8个数据 位和一个停止位。波特率可变，由定时器/计数器T1的溢出率和SMOD （PCON.7）决定。其帧格式如下：
起始 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 停止
1、 数据发送
发送时只要将数据写入SBUF，在串行口由硬件自动加入起始位和停 止位，构成一个完整的帧格式。然后在移位脉冲的作用下，由TXD端串 行输出。一帧数据发送完毕后硬件自动置TI=1。再次发送数据前，用指 令将TI清零。
单片机原理与应用
串行通信工作方式
80C51串行通信共有4种工作方式，由串行控制寄存器SCON 中SM0 SM1决定。
1.1 串行工作方式0（同步移位寄存器工作方式）
以RXD（P3.0）端作为数据移位的输入/输出端， 以TXD（P3.1）端输出移位脉冲。 移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入 /输出，均低位在前高位在后。 其帧格式为：
1.3 串行工作方式2
串行接口工作方式2为9位异步通信接口，传送一帧数据有11位。1位起 始位(低电平信号)，8位数据位(先低位后高位)，1位可编程位，1位停止位 (高电平信号)。其格式如下：
起始位
数据位
0
D0
D1
D2
D3
D4
D5 D6
第7章 串行通信
第7章 串行通信 7.3.1方式0
当SM0＝0、SM1＝0时，串行方式选择方式0。这种工作方式实质上 是一种同步移位寄存器方式。其数据传输波特率固定为（1/12）fOSC。数 据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位时钟由TXD（P3.1）引脚输 出。接收/发送的是8位数据，传输时低位在前。帧格式如下：
D7 SD7 D6 SD6 D5 SD5 D4 SD4 D3 SD3 D2 SD2 D1 SD1 D0 SD0
写SBUF（MOV SBUF，A），访问发送数据寄存器； 读SBUF（MOV A，SBUF），访问接收数据寄存器。
第7章 串行通信
7.3 AT89S51单片机的串行口工作方式
AT89S51单片机的串行口工作方式由控制寄存器中的SM0、SM1决 定，具体如表7-1所示： 表7-1 串行口工作方式选择位SM0、SM1 SM0 0 0 1 1 SM1 0 1 0 1 工作方式 方式0 方式1 方式2 方式3 特 点 8位移位寄存器 10位UART 11位UART 11位UART 波 fOSC/12 可变 fOSC/64或fOSC/32 可变 特 率
SM2
9CH
REN
9BH
TB8
9AH
RB8
99H
TI
98H
RI
其中，各位的含义如下： SM0，SM1—串行口工作方式选择位。其功能见表格7-1。 SM2—允许方式2、3中的多处理机通信位。 方式0时，SM2=0。 方式1时，SM2=1，只有接收到有效的停止位，RI才置1。 方式2和方式3时，若SM2=1，如果接收到的第九位数据（RB8）为0， RI置0；如果接收到的第九位数据（RB8）为1，RI置1。这种功能可用于 多处理机通信中。
每当接收移位寄存器左移一位，原写入的“1111 1110”也左移一位。当最 右边的0移到最左边时，标志着接收控制器要进行最后一次移位。在最后一 次移位即将结束时，接收移位寄存器的内容送入接收缓冲器SBUF，然后在 启动接收的第10个机器周期时，清除接收信号，置位RI。
单片机中串行通信的三种类型
单片机中串行通信的三种类型在单片机的世界里，串行通信就像一条小小的高速公路，将各种数据在不同的部件之间传递。
它的基本任务就是让不同的设备能够互相“聊天”，共享信息。
想象一下，如果没有串行通信，单片机和外设之间就像被厚厚的墙隔开了，彼此难以沟通。
因此，了解串行通信的三种主要类型非常重要。
下面，我们就来聊聊这些串行通信的类型吧！1. 异步串行通信1.1 什么是异步串行通信？异步串行通信，顾名思义，就是在数据传输的时候，双方并不需要保持同步。
说白了，就是两头在做各自的事情，偶尔通过约定的信号来“打招呼”。
就像你和朋友在微信上聊天，不需要时时刻刻保持在线，偶尔发个消息就行了。
1.2 异步串行通信的工作原理在这种通信方式中，数据被拆分成一串串的字节，每个字节都会被加上一个起始位和一个停止位。
起始位告诉接收方：“嘿，数据来了！”而停止位则是“这条消息完了！”的信号。
这就像在你发短信时，在开始和结束的时候都留个标记，让对方知道你的信息什么时候开始和结束。
1.3 异步串行通信的应用这种通信方式应用非常广泛，比如我们常用的UART（通用异步收发传输器）就属于这个类别。
UART在我们的生活中几乎无处不在，从电脑的串口到一些简单的传感器都用得上它。
2. 同步串行通信2.1 什么是同步串行通信？同步串行通信和异步串行通信有点像“有组织的队伍”，双方在数据传输的过程中要保持同步。
就是说，你发数据的时候，对方也要准备好接收数据，这就像排队一样，大家都得按顺序来。
2.2 同步串行通信的工作原理在同步通信中，除了数据本身，还需要一个额外的时钟信号来确保数据的准确传输。
可以把时钟信号看作是“指挥棒”，它帮助双方协调一致地进行数据传输。
想象一下在舞台上表演的舞者，大家都得跟着同一个节拍才能跳得整齐划一。
2.3 同步串行通信的应用同步串行通信的速度通常比异步串行通信快，因为它减少了数据传输过程中的额外开销。
常见的同步串行通信协议包括SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路间接口）。
第10章串行通信的工作原理与应用
10.2.1 方式0
1．方式0输出 方式0的发送时序见图10-5。
图10-5 方式0发送时序
10.2.1 方式0
1．方式0输出
（2）方式0输出的应用案例 典型应用是串口外接串行输入/并行输出的同步移位寄 存器74LS164，实现并行端口的扩展。 图10-6为串口方式0，通过74LS164输出控制8个外接 LED发光二极管亮灭的接口电路。当串口设置在方式0输出 时，串行数据由RXD端（P3.0）送出，移位脉冲由TXD端 （P3.1）送出。在移位脉冲的作用下，串行口发送缓冲器的 数据逐位地从RXD端串行地移入74LS164中。
10.1.5 特殊功能寄存器PCON
例如，方式1的波特率计算公式为
当SMOD=1时，比SMOD=0时波特率加倍，所以也称 SMOD位为波特率倍增位。
10.1 串行口结构
10.2 串行口的4种工作方式
CONTENTS
目
10.3 波特率的制定方法
录
10.4 串行口应用设计案例
10.2.1 方式0
方式0为同步移位寄存器输入/输出方式。该方式并不用 于两个AT89S51单片机间的异步串行通信，而是用于外接移 位寄存器，用来扩展并行I/O口。
if(nSendByte==0)
nSendByte=1;
//点亮数据是否左移8次？是，重新送点亮数据
SBUF=nSendByte; }
// 向74LS164串行发送点亮数据
TI=0;
RI=0;
}
10.2.1 方式0
1．方式0输出
程序说明：
01 程序中定义了全局变量nSendByte，以便在中断服务程
第10章
串行口的工作原理及应用
单片机原理及接口技术（C51编程）（第2版）
串行通信
现实中，容易带入串行通信干扰的因素包括：
（1）环境电磁干扰在串行通信工作设备附近，无可避免的存在强电设备、功率发射台等。这些设备发射/感 应的强电磁场感应区内，环境电磁干扰强。串行通信设备工作在这种环境下，由于噪声(干扰)在信号电平上的叠 加，引发了通信双方数据错误。
特点
特点
数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送的方式称为串行通信。在并行通信中，一个字 节（8位）数据是在8条并行传输线上同时由源传到目的地；而在串行通信方式中，数据是在单条1位宽的传输线 上一位接一位地顺序传送。这样一个字节的数据要分8次由低位到高位按顺序一位位地传送。由此可见，串行通信 的特点如下：
简介
简介
串行通信技术，是指通信双方按位进行，遵守时序的一种通信方式。串行通信中，将数据按位依次传输，每 位数据占据固定的时间长度，即可使用少数几条通信线路就可以完成系统间交换信息，特别适用于计算机与计算 机、计算机与外设之间的远距离通信。串行通信多用于系统间通信（多主控制系统）、设备间（主控设备与附属 设备）、器件间（主控CPU与功能芯片）之间数据的串行传送，实现数据的传输与共享。
串行总线通信过程的显著特点是：通信线路少，布线简便易行，施工方便，结构灵活，系统间协商协议，自 由度及灵活度较高，因此在电子电路设计、信息传递等诸多方面的应用越来越多。
串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。使用一条数据线，将数 据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息， 特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。
第8章 计算机的串行通信
电话线
连接调制解调器
2、设异步传输时的波特率为4800bps，若 每个字符对应一位起始位，七位有效数据 位，一位偶校验位，一位停止位，则每秒 钟传输的最大字符数是:（C ） A）4800 B）2400 C）480 D） 240
3、 RS—232C标准规定信号“0”和“1”的电平是 ( D )。 A）0V和+3V～+15V B）-3V～-15V和 0V C）-3V～-15V和+3V～+15V D）+3V～ +15V和-3V～-15V 4、根据串行通信规程规定，收发双方的( C )必须 保持相同。 A）外部时钟周期 B）波特率因子 C）波特率 D）以上都正确
解调（Demodulating）
调制解调器MODEM
数据终端设备DTE——数据源和目的地 数据通信设备DCE——使数据符合线路要求
11.1.3
串行接口概述
1．串行接口基本功能
11、2 串行通信接口标准
11.2.1 RS-232C接口标准 美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接 口
1962年公布，1969年修订 1987年1月正式改名为EIA-232D
设计目的是用于连接调制解调器 现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与 数据通信设备DCE（例如调制解调器）的标准 接口
可实现远距离通信，也可近距离连接两台 微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层
1、RS-232C的电气特性
微机利用232C接口直接连接进行短距离通信。这 种连接不使用调制解调器，所以被称为零调制解 调器（Null Modem）连接 微机利用232C接口连接调制解调器，用于实现通 过电话线路的远距离通信
串行通信
串口是串行接口（serial port）的简称，也称为串行通信接口或COM接口。
串口通信是指采用串行通信协议（serial communication）在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。
串口按电气标准及协议来划分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等。
1.串行通信在串行通信中，数据在1位宽的单条线路上进行传输，一个字节的数据要分为8次，由低位到高位按顺序一位一位的进行传送。
串行通信的数据是逐位传输的，发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。
不仅如此，接收方还必须能够确定一个信息组的开始和结束。
常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。
1.1串行同步通信同步通信（SYNC:synchronous data communication）是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致（同步），这样就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
同步通信把许多字符组成一个信息组（信息帧），每帧的开始用同步字符来指示，一次通信只传送一帧信息。
在传输数据的同时还需要传输时钟信号，以便接收方可以用时针信号来确定每个信息位。
同步通信的优点是传送信息的位数几乎不受限制，一次通信传输的数据有几十到几千个字节，通信效率较高。
同步通信的缺点是要求在通信中始终保持精确的同步时钟，即发送时钟和接收时钟要严格的同步（常用的做法是两个设备使用同一个时钟源）。
在后续的串口通信与编程中将只讨论异步通信方式，所以在这里就不对同步通信做过多的赘述了。
1.2串行异步通信异步通信（ASYNC:asynchronous data communication），又称为起止式异步通信，是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。
在异步通信中，收发双方取得同步是通过在字符格式中设置起始位和停止位的方法来实现的。
串行通信的基础知识
串行通信的基础知识1.串行通信和并行通信计算机与外界的信息交换称为通信。
基本的通信方法有并行通信和串行通信两种。
一组信息的各位数据被逐位挨次传送的通信方式称为串行通信。
串行通信可通过串行接口来实现。
串行通信速度慢，但传输线少，相宜长距离通信。
一组信息（通常是字节）的各位数据被同时传送的通信方法称为并行通信。
并行通信依靠并行I/O接口实现。
并行通信速度快，但传输线根数多，只适用于近距离（相距数公尺）的通信。
2.信息传送方向依据信息的传送方向，串行通信可以进一步分为单工、半双工和全双工3种。
信息只能单方向传送称为单工；信息能双向传送，但不能同时双向传送称为半双工；能够同时双向传送则称为全双工。
MCS-5l单片机有一个全双工串行口。
全双工的串行通信只需要一根输出线（TXD）和一根输入线（RXD）。
3.同步方式和异步方式(1) 同步方式是将一大批数据分成几个数据块, 数据块之间用同步字符予以隔开, 而传输的各位二进制码之间都没有间隔。
其基本特征是发送与接收时钟始终保持严格同步。
(2）异步通信是按帧传送数据, 它利用每一帧的起、止信号来建立发送与接收之间的同步,每帧内部各位均采纳固定的时间间隔, 但帧与帧之间的时间间隔是随机的。
其基本特征是每个字符必需用起始位和停止位作为字符开头和结束的标志, 它是以字符为单位一个个地发送和接收的。
4.波特率在一帧信息中，每一位的传送时间（位宽）是固定的，位传送时间的倒数称为波特率（Baud rate），波特率表示每秒传送的位数。
例如每秒960个字符，若每个字符为10位，则波特率为9600。
位传送时间是104μS。
MCS-51串行I/O接口的基本工作是：发送时，将CPU送来的并行数据转换成肯定格式的串行数据，从引脚TXD上按规定的波特率逐位输出；接收时，要监视引脚RXD，一旦消失起始位“0”，就将外围设备送来的肯定格式的串行数据转换成并行数据，等待CPU读入。
串行通信
控制符 8位 CRC1
数据块
CRC1
CRC2
标志符 01111110
HDLC格式
(e)
数据块
CRC2
外同步格式
若干字符组成数据块 数据块前附加同步字符或标志符
数据块后附加校验字符或标志符
收发双方的数据必须保持位同步
收发双方必须用时钟同步
七、串行通信接口标准
1、EIA-RS-232C接口标准
串行通信基础
一、串行通信的基本特点
1.在1根传输线上,按位传输各种信息; 2.传输的数据有固定的格式; 3.对信号的逻辑定义和电平与TTL不兼容; 4.串行通信要求双方数据传输的速率必须一致; 5.串行通信易受干扰,需要进行差错的检测与控制; 6.串行通信既可以用于近距离,又可以用于远距离。 并行通信
计算机的通信是要求传送数字信号，而在进行远程数据通信 时，线路往往是借用现有的公用电话网，电话网是为音频模拟 信号的设计的。一般为300～3400Hz，不适合于数字信号。 调制（Modulating） 把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号 解调（Demodulating） 将电话线路的模拟信号转换为数字信号 调制解调器MODEM 具有调制和解调功能的器件 频移键控法FSK、幅移键控法ASK、相移键控法PSK
TxRDY（Transmitter Ready） 发送器准备好信号，高电平有效。当 8251A允许发送（即CTS*是低电平且操作命令字的TxEN位=1），并且发 送数据／命令缓冲器为空时，此信号有效。 TxE（Transmitter Empty） 发送器空信号，高电平有效。 TxRDY有效：发送数据缓冲器已空。TxE有效：发送移位寄存器已空。 TxRDY有效，TxE可能无效，TxE有效时，TxRDY一定有效。 RxRDY（Receiver Ready） 接收器准备好信号，高电平有效。若命令寄 存器的RxE位被置1（允许接收），则当8251A已经从它的串行输入端接收了 一个字符，并完成了格式变换后，此信号有效。 8251A有2个端口:命令口（CS*=0，C/D*=1）、数据口（ CS*=0，C/D*=1 ） 命令字写到命令口； 对命令口执行读操作，得到8251A的状态字 发送的数据送到数据口 对数据口执行读操作，得到对方发来的数据。
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。
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【例题9-2】在电路原理图8-5基础上，对其电路结构稍作调 整，以便外扩展一个静态128KEPROM数据存储器。利用RC3、RC4、 RC5引脚组成一个SPI同步串行方式，通过164移位产生17位寻址功 能，实现对HM628128的并行数据传送（RD端口）。
编程要求：首先将256个数据00H-FFH存入EPROM单元0000H00FFH中，然后再将这些单元中的数据逐个取出，送往数码显示区 的最后两位显示数据内容，每个数显示停留1秒种。
名称 特点
用途
常见的串行通信协议
USART
PPCC与与MMCCUU
USB
PC与MCU
I2C
MCU之间
SPI
MCU之间
特点
简单
快， 可靠
简单 复杂，可靠
串行输出原理
串行输入原理
F877单片机主要配置有2种形式的串行通信模块：
主控同步串行通信MSSP
（Master Synchronous Serial Port）
在I2C被控方式下： 0：写操作； 1：读操作。 在I2C主控方式下： 0：不在进行发送；
1：正在进行发送。
Bit3/S：启动位，用于I2C总线方式，当SSPEN = 0, MSSP被关闭，该位被自 动清零。
0：当前没有检测到启动位； 1：当前检测到了启动位（单片机复位时改为位0）。
Bit4/P：停止位，仅用于I2C总线方式，当SSPEN = 0，MSSP被关闭时，该 位被自动清零。
Bit7/SMP：SPI采样控制位兼I2C总线转换率控制位。 在SPI主控方式下： 0：在输出数据的中间采样输入数据； 1：在输出数据的末尾采样输入数据。 注意：在SPI从动方式下，SMP位必须置位。
3．SSPCON（同步串口控制寄存器）
Bit3-Bit0/SSPM3-SSPM0：同步串行口MSSP方式选择位。
1：使能接收模式。 Bit4/ACKEN：应答信号时序发送使能位，在I2C主控接收方式下：
0：表示不在SDA和SCL引脚上建立和发送应答信号时序； 1：表示在SDA和SCL上建立和发送一个带ACKDT的应答信号（被硬件自动清零）。
Bit1/UA：地址更新标志位（I2C总线10位寻址方式），由硬件自动设置。 0：不需要更新SSPADD寄存器中的地址； 1：需要更新SSPADD寄存器中的地址。
Bit2/R/W：读写信息位（仅用于I2C总线方式）。 该位记录最近一次地址匹配后，从地址字节中获取的读/写状态信息
。它与SEN、RSEN、PEN、RCEN或ACKEN位一起，将用于显示MSSP是否处于空 闲状态。该位仅仅从地址匹配到下一个启动位或停止位或非应答位被检测到 的期间有效。
9.2.1 I2C串行通信模式
I2C总线的数据传输过程，在一次通信过程中，如主控器为 发送器则称主控发送器，而被控器为接收器则称被控接收器；如 主控器为接收器则称主控接收器，而被控器为发送器则被控发送 器。
1．I2C数据格式
I2C数据格式有五部分组成：启动信号（ SCL=1，SDA从高到低）；被控器地址（可7位或10位） ；R/ W信号；若干个数据字节；停止信号（SCL=1， SDA从低到高）。
串行通信方式
什么是通信
两个设备之间交换数据的过程我们称之为通信
•单
•A 工•双
•B
工
❖ 从同时传输的数据位数来分为：
1、并行通信(Parrel) 2、串行通信(Serial)
通信的方式
串并行方式各自特点
速度价格 距离并行来自相对快 •贵 •短串行
•相对慢 •廉价 •远
串行通信帧格式
•帧的概念：起始位，数据位，速率(波特率)，应答位或停止位。
0：表示当前没有检测到停止位； 1：表示当前检测到了停止位（单片机复位时改为位0）。
Bit5/D/A：数据/地址标志位（I2C总线规范有效）。 0：当前接收或发送的字节是地址； 1：当前接收或发送的字节是数据。
Bit6/CKE：I2C总线输入电平规范选择位或SPI时钟沿选择位。 在I2C主控和被控方式下： 0：输入电平遵循I2C总线规范； 1：输入电平遵循SMBus总线规范。
。
Bit6/SSPOV：接收溢出标志位，被动参数。 0：未发生接收溢出； 1：发生接收溢出。
注意：所指的接收溢出是缓冲器SSPBUF中数据还未取出时，移位 寄存器SSPSR中又收到新的数据，原SSPSR中的数据丢失。
Bit7/WCOL：写操作冲突检测位，被动参数。 在SPI从动方式下： 0：未发生冲突； 1：发生冲突。
9.2 I2C串行通信模式
1980年PHILIPS公司首创I2C（Inter Integrated Circuit Bus）总线规范，已成为一种串行总线事实上的工业标准。I2C总 线是一种高性能芯片间串行同步传输总线，被大量的用作系统内 部的电路板级总线。
它定义了两根信号线，串行数据线SDA和串形时钟线SCL，可 实现双工同步数据传输，能够极其方便的构成多机系统和外围器 件扩展系统。
0：不在SDA和SCL引脚上建立和发送重启动信号时序； 1：在SDA和SCL上建立并发送一个重启动信号（被硬件自动清零）。 Bit2/PEN：停止信号时序发送使能位。 0：不在SDA和SCL引脚上建立和发送停止信号时序； 1：在SDA和SCL上建立并发送一个停止信号（被硬件自动清零）。 Bit3/RCEN：接收使能位。 0：禁止接收模式工作；
1．SSPSTAT同步串口寄存器
SSPSTAT用来记录MSSP模块的各种工作状态：
Bit0/BF：缓冲器已满标志位，被动参数。 在I2C总线方式下接收时： 0：缓冲器SSPBUF还为空； 1：缓冲器SSPBUF已经满。 在I2C总线方式下发送时： 0：数据发送已完成（不含应答和停止位），缓冲器SSPBUF已经空； 1：数据正在发送（不含应答和停止位），缓冲器SSPBUF还是满的。
4． 同步串口控制寄存器2-SSPCON2
主要是为增强MSSP模块I2C总线模式的主控器功能 而新增加的。
Bit0/SEN：启动信号时序发送使能位。 0：不在SDA和SCL引脚上建立和发送启动信号时序； 1：在SDA和SCL上建立并发送一个启动信号（被硬件自动清零）。 Bit1/RSEN：重启动信号时序发送使能位。
1．SSPBUF（收/发数据缓冲器） •2．SSPSTAT（同步串口状态寄存器）
Bit0/BF:缓冲器满标志位，被动参数。 仅仅用于SPI接收状态下：
0：缓冲器空； 1：缓冲器满。 Bit6/CKE：SPI时钟沿选择和I2C总线输入电平选择位。
在CKP = 0，静态电平为低时： 0：SCK的下降沿发送数据； 1：SCK的上升沿发送数据。 在CKP = 1, 静态电平为高时： 0：SCK的上升沿发送数据； 1：SCK的下降沿发送数据。
Bit4/CKP：时钟极性选择位（对于SPI模式而言）。 在I2C被控方式下，SCL时钟使能位（I2C主控下没有用）： 0：将时钟线拉低并保持，以延长时钟周期，来确保数据建立时间； 1：时钟正常工作。
Bit5/SSPEN：同步串口MSSP使能位。 0：不允许关闭串行端口工作，设定SDA和SCL为普通数字I/O引脚； 1：允许串行端口工作，设定SDA和SCL为I2C总线专用引脚。 Bit6/SSPOV：接收溢出标志位。 当接收溢出时，SSPBUF前一个数据还没被取走，又收到了新数据； 在发送方式下此位无效，必须用软件清零。 0：未发生接收溢出； 1：发生接收溢出。
Bit7/WCOL：写操作冲突检测位。 当发生冲突时，I2C总线的状态还没有准备好时，试图向SSPBUF缓 冲器写入数据，WCOL = 1，必须用软件清零。
0：未发生冲突； 1：发生冲突。
3．SSPADD从地址/波特率寄存器
在I2C主控工作方式下，该寄存器被用作波特率发生器的定时常 数装载寄存器。在I2C被控器工作方式下。
主控器向被控器写数据
主控器向被控器读数据
10位地址格式
•其中A9、A8是10位地址的高2位。
2．I2C地址设定
在I2C总线系统中的器件，一般都有一个专用的7位 从器件地址码。地址码分为两部分，A6、A5、A4、A3为 器件类型码。如存贮器为：1010，LCD点阵显示器启动 器为：0111等等，不可更改统一规定。A2、A1、A0可由 器件改变，所以同一类器件在I2C总线系统中最多能接8 个。
SPI模式电路的基本结构
SPI工作原理示意图
【例题9-1】如图9-5为8位数码显示和16个键盘电路，利用 F877的SPI同步串行功能实现数码管数据串行传送，并通过8个 74LS164组成的移位电路，达到数码数据的静态显示。而16个键盘 组成矩阵电路，采用RD口高低四复合选通。
请编写相应的应用程序，要求：在系统复位后8位数码管全 暗，接着1、2、3…7分别从数码管的最高位到最低位依次点亮， 最后直接进入系统的监控状态，以在最高位出现“-”为标志。
Bit7/SMP：I2C总线传送率控制位或SPI采样控制位，主动参数。 在I2C主控和被控方式下： 0：传送率为快速速度模式（400kHz）； 1：传送率为标准速度模式（100kHz）。
2．SSPCON同步串口控制寄存器
SSPCON用来对MSSP模块的多种功能和指标进行控制:
Bit3-Bit0/SSPM3-SSPM0：同步串口MSSP方式选择位
9.1 SPI串行通信模块
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种单 片机外设芯片同步串行扩展接口，由摩托罗拉公司推 出。采用SPI接口外围器件的特点是引脚性价比高等优 点，因而在市场上得到了广泛的应用。
10.1.1 SPI模式下相关寄存器
在SPI模式下，有关的寄存器共有10个，其中无 编址的只有一个SSPSR。这10个寄存器中有6个寄存器 是与其它模块共用的。另外有4个寄存器与MSSP模块相 关，它们是与I2C模式共用的。