第10章 通用同步异步收发器

2.半双工传送方式


3. 全双工传送方式

10.1.3 串行通信的RS-232C标准
RS-232C标准最初是为远程通信连接数据终端设备 DTE与数据通信设备DCE而制定。接口最大传输速率 为200kpbs，线缆最长为15米。 1. RS-232C信号定义



① 联络控制信号线 6 条

a. DSR （Data Set Ready 数据设备就绪）：有效时（ON） 表明数据通信设备处于可以使用的状态。 b. DTR （Data Terminal Ready 数据终端就绪）：有效时 （ON）表明数据终端可以使用。这两个信号有时连到电源上， 上电就立即有效。这两个设备状态信号有效只表示设备本身 可用，并不说明可以开始进行通信了，能否开始进行通信要 由下面的控制信号决定。

1. USART异步发送器
正确使用USART异步串行发送器的编程步骤：





（1）选择合适的波特率，并将对应的参数值写入波 特率寄存器 SPBRG 。若要选择高波特率，应该将 BRGH （TXSTA < 2 > ）置位。 （2）设置 SYNC （TXSTA <4> ）清零、 SPEN （ RCSTA <7> ）置位，使 USART 工作于异步串行 模式。 （3）若需要通过中断来处理发送过程，则 TXIE （PIEI <4> ）置位。 （4）若要发送的是 9 位数据帧结构，则 TX9 （TXSTA <6> ）置位。 （5）使 TXEN ( TXSTA <5> ）置位，使 USART 处 于发送模式，这也会导致 TXIF 被置位。
10.1.3 串行通信的RS-232C标准



c. RTS （Request To Send 请求发送）用来表示数据终 端 DTE 请求数据通信设备 DCE 发送数据。当数据终端 要发送数据时，使该信号有效，向通信设备请求发送。 用 RTS 控制通信设备进入或退出发送状态。 d. CTS （Clear To Send 允许发送／清除发送）：该信 号是对请求发送信号 RTS 的响应，用来表示 DCE 准备 好接收 DTE 发来的数据。当通信设备已准备好接收终端 传来的数据并向外发送时使该信号有效，清除 RTS 并通 知终端开始用发送数据线 TXD 向通信设备发送数据。 RTS / CTS 请求应答联络信号是用于半双工通信设备系 统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中， 因配置双向通道，故不需要 RTS / CTS 联络信号。
10.2.1 与USART模块相关的寄存器
10.2.1 与USART模块相关的寄存器


1. 发送控制兼状态寄存器TXSTA
TXSTA是6位可读/写的寄存器，位3没有使用，位1（TRMT）是 只读位，是发送移位寄存器TSR的状态位。


2. 接收控制兼状态寄存器RCSTA
RCSTA是8位可读/写的寄存器，低3位是接收寄存器的状态位。
10.2.3 USART模块的异步工作方式
10.1.2 串行通信的方式

1. 单工传送方式

单工（Simplex）通信是指单方向通信，是指信息流只 能单方向流动、由发方传输到收方，而不能逆向传输。 半双工（Half Duplex）通信是指不完全的双方向通信， 是指信息流能分时地在同一信道内双方向流动。 全双工（Full Duplex）通信是指完全双方向通信，有 两个信息传输的途径，信息流能在双方同时向对方传。


② 数据发送与接收线 2 条
a. TXD ( Transmitted data 发送数据）：通过 TXD 终端将串行数据发送到通信设备，即 DTE 到 DCE 。 b. RXD ( Received data 接收数据）：通过 RXD 线 终端接收从通信设备发来的串行数据，即 DCE 到 DTE 。
10.1.6 串行通信的组网方式
10.2 PIC中档单片机的USART模块


在 PIC 中档单片机片内集成了一个通用同步/异步收发器 USART 模块，它可以被程序设定为全双工异步通信方 式或半双工同步通信方式。全双工异步通信分为不可寻 址方式和可寻址方式，半双工同步通信分为同步主控器 方式和同步被控器方式。 在 8 位 PIC 单片机上， USART 模块的两条串行通信线 分别在RC6/TX/CK 和 RC7/RX/DT上，工作时它们必须 在逻辑上与 RC 口分离（处于高阻状态），以防止 RC 对串口的干扰。具体办法是让 TRISC <7:6＞= 11 ，使 RC6 /TX/CK 、 RC7/RX/DT 与 RC口高阻隔离。另外， USART 模块在单片机进入休眠（SLEEP）时暂停工作， 原因是休眠时 USART 模块要用的系统时钟将停止工作。
正确使用USART异步串行发送器的编程步骤：



（6）若选择了发送的是 9 位数据，则要将第 9 位数据写入 TX9D （TXSTA <0> ）。 （7）将要发送的 8 位数据送入 TXREG 寄存器， 从而启动发送器开始串行发送数据。 （8）若要中断来处理发送过程，则需确保 GIE 、 PEIE （ INTCON <7 : 6> ）已被置位且 TXIE （PIEI <4 > ）已被置位。当 TXREG 内的数据被 装入 TSR 时， TXIF 会被置位并向 CPU 申请中 断， CPU 可在中断服务程序中向 TXREG 送新的 数据。
10.1.3 串行通信的RS-232C标准



2. RS-232C 电气特性规定 RS-232C 对电器特性、逻辑电平有如下规定：
① 在 TXD 和 RXD 上，逻辑 1 为-3V ~-15V 。 ② 逻辑 0 为+3v ~+ 15 V。

在 RTS 、 CTS 、 DSR 、 DTR 和 DCD 等控 制线上有如下规定：



1. 奇偶校验：根据被传输的一组二进制代码的数 位中“ 1 ”的个数是奇数或偶数来进行校验。 2. CRC 校验： 又称“循环冗余校验”，由分组 线性码的分支而来，是数据通信领域中最常用的 一种高效差错校验码。 3. 若要对发送的一批数据进行总体校验，可采样 “和校验”方法，也就是在发送方，将发送的每 个数据进行累加（或“逻辑加”），将结果的低 字节作为最后一个字节发出。在接收方用相同的 方法对收到的数据进行相加，并与最后一个字节 比较，若相同则传输正确，否则传输错误。
10.2.3 USART模块的异步工作方式


对发送状态与控制寄存器TXSTA的位4（SYNC） 清零，即将USART设置为异步工作模式。 在 USART 的异步工作模式下含 4 个功能部件：


波特率发送器 BRG 采样电路 异步发送器 异步接收器
10.2.3 USART模块的异步工作方式
10.1.3 串行通信的RS-232C标准


③ 信号地线 1 条
GND ( Signal Ground 信号地）：无方向。 上述控制信号线何时有效/无效的顺序表示了接口信号 的传送过程。例如，只有当 DSR 和 DTR 都处于有效 状态时，才能在 DTE 和 DCE 之间进行传送操作。若 DTE 要发送数据，则预先将 DTR 线置为有效状态， 等 CTS 线上收到有效状态的回答后，才能在 TXD 线 上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线 路特别有用，因为只有半双工的通信才能确定 DCE 已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。


3. 波特率发生器初值寄存器SPBRG
要启动串口通讯首先要选择合适的波特率，PIC的USART模块中 有一个8位的波特率发生器，它根据SPBRG寄存器的值来决定周 期；另外在异步通信的方式下波特率还和BRGH位的状态有关。


4. 发送缓冲器TXREG和接收缓冲器RCREG
发送缓冲器TXREG和接收缓冲器RCREG分别是两个8位的数据 寄存器。待发数据要写入发送缓冲器TXREG中；每次收到的数 据可以从接收缓冲器RCREG中读出。
10.1.3 串行通信的RS-232C标准


e. DCD （ Data carrier Detection 数据载波检测）： 当本地 DCE 设备收到对方的 DCE 设备送来的载波 信号时，使 DCD 有效，通知 DTE 准备接收，并且由 DCE 将接收到的载波信号解调为数字信号，经 RXD 线送给 DTE 。 f. RI （Ringing 振铃信号）：当 DCE 收到对方的 DCE 设备送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效， 通知 DTE 已被呼叫。
第十章 通用同步/异步收发器
第十章 通用同步/异步收发器

10.1 串行通信的基本概念
10.2 PIC中档单片机的USART模块 10.3 USART模块的使用方法和编程技术 10.4 实验



10.1 串行通信的基本概念

10.1.1 串行通信的基本类型 1.异步传送方式


异步传送是指无需同步时钟的传输，就是在传输信道 的两端（收方和发方）可以用各自的时钟，而不需要 用同一个时钟来同步两端的通信事件和通信过程。 异步传输通常是以字符为单位来传输的，且通信双方 需按事先的约定或协议来进行通信活动，其中包括从 起始位开始字符的传输、数据传输率（波特率）的大 小、字符的位数、是否有校验位以及停止位的个数等。 包括起始位、数据位、校验位、停止位在内的一组信 息称为一个数据帧。
10.1.11 串行通信的基本类型
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10.1.11 串行通信的基本类型

2. 同步传送方式


同步传送是指需要同步时钟的传输，即在传输过程中， 通信的两端需采用同一时钟来同步传输的数据。 在物理上往往要增加一条时钟线。同步时钟通常由主 控方提供。若无同步时钟线，则需采用其他措施保证 通信双方时钟的严格同步，例如在每组信息（或称数 据包）的开头处加上同步字符（又称为同步头）。通 常每组信息由多个字符组成，称为一帧。同步通信要 求连续的数据流，不允许数据包间有间断，在没有信 息传输时，要插入空字符。相比异步通信，同步通信 具有传输效率高和同步精确度好的优点，其通信的实 例包括 SPI 、 I2C 等。
10.1.4 串行通信的帧结构

在串行通信中，信息必须经过“组装”后才能在线路 上传输，信息组装的最小形式称为帧（ Frame ）。 一帧通常由起始位、数据位、校验位和停止位 4 个部 分组成，由起始位开始，至停止位结束，每帧传输一 个字符。在一帧中，数据位可为 5 ~9 位，校验位可 有可无。
10.1.5 串行通信的校验与纠错方式
① 信号有效为+3V~+15V 。 ② 信号有效为-3V~-15V 。

10.1.3 串行通信的RS-232C标准

3. RS-232C 与 TTL 转换
10.1.3 串行通信的RS-232C标准


4. 连接器的机械特性
由于 RS-232C 并未定义连接器的物理特性，常 用的两种连接器有 DB25 和 DB9 。这两种连接器 又分为插针型 DB25/DB9 连接器和插孔型 DB25/DB9连接器。当 PC 机和单片机之间使用 RS-232C 接口通信时， PC 机一端主板上采用的 通常是插针型连接器，而在单片机一端则多使用 插孔型连接器。
10.2.1 与USART模块相关的寄存器
发送控制状态寄存器TXSTA各位功能
10.2.1 与USART模块相关的寄存器
接收控制兼状态寄存器RCSTA各位功能
10.2.2 USART模块的波特率发生器BRG


波特率：每位信息的时间宽度——每秒发送的信息位 个数。 USART 模块内有一个 8 位的波特率发生器 BRG ( Baud Rate Generator ) ，它可以根据设定的数值产 生串行数据中每一位数据的时间长度。波特率寄存器 SPBRG 中所存放的值为 BRG 提供了一个不断循环 的定时周期，实际上是 SPBRG 中的 8 位数作为减法 计数器的初值。当该 8 位减法计数器发生借位时（也 即减到 00H 后，下一个计数脉冲到达时），SPBRG 中所存放的值会被再次装载到该减法计数器中，如此 周而复始。在异步模式下，波特率由 SPBRG 和 TXSTA 中的 BRGH 位共同决定。