第7章 AT89S51串行口及串行通信技术

第7章 AT89S51串行口及串行通信技术

前几章所涉及的数据传送方式都是并行传送，如AT89S51和外接8位数据的并行传送。这时外设和单片机间的距离都很短，若很长的话，要实行并行的形式显然要用很多的电缆线，这在布线和经济上都不是适合的。因此，本章引入串行传送方式，只用一根数据线传送数据的位信号，同时加上一些通信控制信号线，以满足远距离数据传送的需要，如因特网终端和客户端之间的数据通信。在相同条件下，串行传送速度比并行慢，串行是在牺牲速度的基础上节省成本的。本章的知识点如下：

1．了解数据通信中的并行/串行、同步/异步、单工/双工以及波特率的概念。

2．掌握为什么双机通信时要有通信协议以及通信协议的主要内容。

3．了解AT89S51串行接口的基本结构。

4．理解串行接口控制寄存器SCON 各个位的含义。

5．掌握串行接口的4种工作方式及其实际应用，掌握不同工作方式下的波特率计算方法。

6．理解串行接口中断的概念。

7．了解AT89S51与PC 机间的硬件系统及设计。

重点：

1．不同工作方式下的波特率计算。

2．串口收/发数据的协议及流程。

3．串口4种工作方式的应用。

难点：

1．AT89S51串行接口的基本结构。

2．MAX232和PC 机的通信。

7.1 串行通信基本知识 本节介绍串行通信的基本介绍，同时介绍通信中常用到的“波特率”的概念，为以下各节学习作基础。 7.1.1 数据通信

1. 通信：计算机的CPU 与外设间的信息交换，计算机与计算机间的信息交换。

2. 分类及各方式的特点

(1) 并行通信

定义：数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。

特点：优点——传送速度快；缺点——数据多少位就要多少根传送线，对于位数多，传送远的通信不合适。

(2) 串行通信

定义：数据是一位一位按顺序传送的通信方式。

特点：优点——只需一对传输线（如电话线），大大降低了传送成本，适合于远距离通信；缺点——传送速度相对较慢。 闽江学院电子系 薛小铃

对AT89S51单片机，它可以利用P3.0（RXD）和P3.1（TXD）实现串行通信。 并行通信和串行通信方式的连接方法如图7-1所示。

图7-1 两种通信方式的连接方法

7.1.2 串行通信的传输方式 串行通信的传输方向通常有如下三种： 单工：数据在发送器→接收器间单方向的传送。 半双工：两端的通信设备都具有发送器和接收器，数据可以向两端的任一方向传送，但是，在同一时刻每端只允许一个方向传送数据（相反设备有效），要么甲站发送乙站接收，要么甲站接收而乙站发送。 全双工：数据可以双向传送，两端间具有独立的通信回路，可以同时接收和传送。 串行通信中，数据传输方式如图7-2所示。 图7-2 串行通信传输方式

7.1.3 异步通信和同步通信

串行通信有两种基本通信方式：同步通信和异步通信。

1. 异步通信

在异步通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一字节数据）传送的，89S51

89S51闽江学院电子系 薛小铃

每一帧的数据格式如图7-3所示。

图7-3 异步通信数据格式

在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始为（0），然后是5位--8位数据，接下来是奇偶校验位（可省略），最后是停止位（1）。

(1) 起始位：位于开头，只占一位，用逻辑口通知接收设备发送端开始发送一帧信息，若不传送字符帧，始终保持为1。

(2) 数据位：紧跟起始位之后，可以是5位、6位、7位或8位数据，且低位在前，高位在后。传送ASCII 字符，则常取7位。

(3) 奇偶校验位：位于数据位之后，只占一位，用于有限差错检测，通信双方要约定一定的校验方式，起始位和奇偶校验位包含逻辑1的个数为偶数，则为偶校验，否则为奇校验。也可用这一位（1/0）来确定这一帧中的字符所代表信息的性质（地址/数据等）。该位可以省略。

(4) 停止位：位于末尾，为逻辑1高电平，通常可取1位、1.5位或2位，表示一帧字符已发送完毕，也为下一帧字符做准备。只要接收到“0”，就意味下一帧字符的开始。

若发送一字符帧完之后，并不马上发送下一帧，那么这两帧字符间就要用“1”隔开，称为空闲位。图7-2(b)就表示了这一特性。

2. 同步通信

同步通信是一种连续按顺序串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息，和异步通信中的字符帧不同，一帧的信息是连续的数据信息。同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据块开始时用同步字符SYNC 来指示，其数据格式如图7-4所示，图的上半部分是双同步字符帧结构，图的下半部分是单同步字符帧结构。

闽江学院电子系 薛小铃

图7-4 同步通信数据格式

同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字符方式，如图7-4所示，然后是连续的数据块。同步字符可以由用户约定，当然也可以采用ASCII 码中规定的SYNC 代码，即16H。在国际标准中，通常用“EB90H”作为双同步字符。按同步方式通信时，先发送同步字符，接收方检测到同步字符后，即准备接收数据。

在同步传送时，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要同时传送时钟信号。

同步传送可以提高传输速率（达56kb/s 或更高），但硬件比较复杂。

3. 波特率（Baud rate ）

波特率即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，其单位是b/s 。它亦称为比特数bps （bit per second ）。

波特率是串行通信的重要指标，表示数据传输的速度，如异步通信中，数据传送速率120字符帧/s ，一个字符帧包含10b ，则

波特率=120字符帧/s*10b/字符帧=1200b/s

说明：

(1) 每位代码的传输时间T d 为波特率的倒数。如以上例子的 (2) 字符帧的传送速率是指每秒钟所传字符帧的帧数。如一个字符帧为10b ，另一个为11b ，则字符帧的传送速率分别为1200/10=120帧/s ，1200/11=109.09帧/s 。可见，波特率相同字符帧的传送速率并一定相同，它和帧格式有关。 7.1.4 串行通信过程 1. 串←→并转换 解决的问题：把要发送的并行数据串行化，把接收的数据并行化。

原则：低位在前，高位在后。

具体转换原理如图7-5和图7-6所示。 闽江学院电子

系 薛小铃