单片机第七章UART串行接口.ppt

在发送时要用调制器（modulator）把数字信 号转换为模拟信号，并加以放大再传送，这个过程 叫做调制。在接收时，再用解调器（demodulator） 检测此模拟信号，并把它转换成数字信号再送入计 算机接口，这个过程即解调。
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7．1．4 通信协议
通信协议是指在计算机之间进行数据传输 时的一些约定，包括通信方式、波特率、命令 码的约定等。为保证计算机之间能准确、可靠 地通信，相互之间必须遵循统一的通信协议。 在通信之前一定要先设置好通信协议。
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由于异步通信每传送一帧有固定格式， 通信双方只需按约定的帧格式来发送和接收 数据，所以硬件结构比同步通信方式简单。 此外，它还能利用校验位检测错误，所以这 种通信方式应用较广泛。在单片机中主要是 采用异步通信方式。
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2．同步通信SYNC
在同步通信中，数据或字符开始处是用一同步字 符来指示（一般约定为l～2个字符），以实现发 送端和接收端同步，一旦检测到约定同步字符， 下面就连续、顺序地发送和接收数据。
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• 异步通信的主要特点如下：
进行串行通信的单片机的时钟相互独立；其 时钟频率可以不相同；在通信时不要求有同步时 钟信号。由于异步通信是逐帧进行传输的，各位 之间的时间间隔应该相同，所以必须保证2个单片 机之间有相同的传送波特率。如果传送波特率不 同，则时间间隔不同；当误差超过5％时，就不能 正常进行通信。由于信息传输可以是随时不间断 地进行的，因而帧与帧之间的时间间隔可以是不 固定的，间隙处为高电平。
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• 起始位——通信线上没有数据传送时，为 高电平（逻辑1）；当要发送数据时，首先 发1个低电平信号（逻辑0），此信号称为 “起始位”，表示开始传输1帧数据。
• 数据位——起始位之后的位即数据位。数 据位可以是5、6、7或8位（不同计算机的 规定不同），上图的数据位为8位。一般从 最低位开始传送，最高位在最后。
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由于同步通信数据块传送时去掉了每个数字 都必须具有的字符开始和结束的标志，且它一次 可以发送一个数据段（多个数据），因此，其速 度高于异步通信；但这种方式要求接收和发送时 钟严格保持同步，在通信时通常要求有同步时钟 信号，对硬件结构要求较高。由于这种方式易于 进行串行外围扩展，所以目前很多型号的单片机 都增加了串行同步通信接口，如目前已得到广泛 应用的I2C串行总线和SPI串行接口等。
•串行通信(serial communication)：所传送
数据的各位按顺序一位一位地发送或接收。
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在并行通信中，一个并行数据占多少 位二进制数，就要多少根传输线，这种 方式的特点是通信速度快，但传输线多， 价格较贵，适合近距离传输。
串行通信仅需1～2根传输线，故在长 距离传输数据时比较经济，但由于它每 次只能传送1位，所以传送速度较慢。
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7．1．2 串行通信的数据传送速率
传送速率是指数据传送的速度。用b/s或bps（比 特／秒）表示，称为比特率。在二进制的情况下，比 特率与波特率数值相等，因而在单片机的串行通信中， 常称为波特率。
假如数据传送的速率为120个字符每秒，每个字 符由1个起始位、8个数据位和1个停止位组成，则其 传送波特率为：
10b×120／s＝1200b／s＝1200波特
每一位的传送时间即为波特率的倒数：
1b
td
1200b • s 1
0.833ms
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异步通信的数据传送速率一般为 50b/s ～ 100kb/s ， 常 用 于 计 算 机 到 CRT 终端，以及双机或多机之间的通信等。
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7．1．3 串行通信的方式
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图7.1 基本通信方式图示 4
7．1．1 同步通信和异步通信方式 串行通信分同步和异步两种方式。
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1．异步通信ASYNC
在异步通信中数据或字符是逐帧（frame）传送 的。帧定义为一个字符的完整的通信格式，通常也称 为帧格式。最常见的帧格式一般是先用一个起始位“0” 表示字符的开始；然后是5～8位数据，规定低位在前， 高位在后；其后是奇偶校验位；最后是停止位，用以 表示字符的结束，停止位可以是1位、1.5位、2位，不 同的计算机规定有所不同。从起始位开始到停止位结 束就构成完整的1帧。
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• 奇偶校验位——数据位之后的位为奇偶校验位 （有的方式具有）。此位可用于判别字符传送的 正确性，其有3种可能的选择，即奇、偶、无校验， 用户可根据需要选择（在有的格式中，该位可省 略）。在80C51单片机中，此位还可以用来确定该 帧字符信息的性质（地址或数据）。
• 停止位——校验位后为停止位，用于表示1帧结束， 用高电平（逻辑1）表示。停止位可以是1、1．5 或2位，不同计算机的规定有所不同。
在串行通信中，数据是在两机之 间传送的。按照数据传送方向，串行通 信 可 分 为 单 工 （ Simplex ） 制 式 、 半 双 工 （ half duplex ） 制 式 和 全 双 工 （full duplex）制式。
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图7．2 串行通信方式示意图 • （1）单工制式
在单工制式下，数据在甲机和乙机之间只 允许单方向传送。两机之间只需1条数据线。
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• （2）半双工制式 在半双工制式下，数据在甲机和乙机之间
允许双方向传送，但它们之间只有一个通 信回路，接收和发送不能同时进行，只能 分时发送和接收（即甲机发送，乙机接收， 或者乙机发送，甲机接收），因而两机之 间只需1条数据线。
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• （3）全双工制式 在全双工制式下，甲、乙两机之间数据的
发送和接收可以同时进行，称为“全双工 传送”。全双工形式的串行通信必使用2 条数据线。 • 不管哪种形式的串行通信，在两机之间均 应有公共地线。
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* 信号的调制与解调
当异步通信的距离在15m之内时，计算机之间 可以直接进行通信。而当传输距离较远时，通常是 用电话线传送。由于电话线频带不够宽，再加上远 距离传输时信号不可避免地衰减，因而使信号发生 明显的畸变。
第七章 UART串行接口
串行通信是CPU与外界交换信息的一 种基本通信方式。为了实现串行通信，绝 大多数单片机都配置了UART串行接口。
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7．1 串行通信概述
计算机与外界的信息交换称为通信。基本 的通信方式有两种。
•并行通信(parallel communication)：所传
送数据的各位同时发送或接收。