51单片机串口通信

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2. AT89C51串行口：串行接口结构及其功能；
理解串行数据缓冲器SBUF的功能和读写方 法； 熟悉SCON的结构、控制作用和设置方 法； 了解电源控制寄存器PCON，熟悉 SMOD位。
3.
串行口的工作方式： 理解串行通信4种工作
方式的特点和区别；掌握串行工作方式0的应 用； 熟悉串行工作方式1、2、3应用程序的 编制方法。
3. 全双工制式(Full duplex) 全双工制式是指通信双方均设有发送器和接
收器，并且将信道划分为发送信道和接收信道，
两端数据允许同时收发，因此通信效率比前两种 高。全双工制式如图9.7所示。
A 端
发送 接收 接收 发送
B 端
图9.7 全双工制式 主目录 上一页 下一页 结 束
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串行通信是数据的各位在同一根数据线上依次 逐位发送或接收。
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P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0 P2.7 RD 89C51 WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CS RD 8255 WR
发送 TXD
RXD TXD 外设
念，它是指传输数据的速率, 亦称比特率。波特率 的定义是每秒传输二进制数码的位数。如：波特率 为1200bps是指每秒钟能传输1200位二进制数码。 波特率的倒数即为每位数据传输时间。例如：
波特率为1200bps，每位的传输时间为：
T
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d
=
1 1200
= 0. 833 ( ms )
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同步通信数据传送格式
2. 异步通信(Asynchronous Communication)
在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位
组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独 立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式 相同，因此可以相互识别接收到的数据信息。
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串行接口及串行通信技术
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教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标：
1. 串行通信的基本概念：了解并行/串行通信的
概念；理解串行通信中的异步/同步通信的基 本概念；理解波特率的概念，学会计算波特率 的方法；4了解串行通信的三种制式及校验方 法。
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发送电路不需要双重缓冲结构。
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在逻辑上，SBUF只有一个，它既表示发送
寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地
址99H。但在物理结构上，则有两个完全独立的 SBUF，一个是发送缓冲寄存器SBUF，另一个是 接收缓冲寄存器SBUF。如果CPU写SBUF，数据 就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读
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2 AT89C51的串行接口
AT89C51内部有一个可编程全双工串行通信
接口。该部件不仅能同时进行数据的发送和接收， 也可作为一个同步移位寄存器使用。 下面将对其内部结构、工作方式以及波特率 进行介绍。
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2.1 串行接口的结构及功能
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(3) REN：串行接受允许控制位。该位由软件置位 或复位。当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止 接收。 (4) TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。
号。
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(2) 数据位：
在起始位之后，发送端发出(或接收端接收)的是 数据位，数据的位数没有严格的限制，5～8位均 可。由低位到高位逐位传送。 (3) 奇偶校验位： 数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检
验数据在传送过程中是否出错的奇偶校验位。奇
偶校验是收发双方预先约定好的有限差错检验方
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2. 累加和校验 累加和校验是指发送方将所发送的数据块求
和，并将“校验和”附加到数据块末尾。接收方
接收数据时也是先对数据块求和，将所得结果与 发送方的“校验和”进行比较，若两者相同，表 示传送正确，若不同则表示传送出了差错。“校 验和”的加法运算可用逻辑加，也可用算术加。
累加和校验的缺点是无法检验出字节或位序的错
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1.3 串行通信的制式 在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。
按照数据传送方向，串行通信可分为三种制式。
1. 单工制式(Simplex) 单工制式是指甲乙双方通信只能单向传送数 据。单工制式如图9.5所示。
发送器A
图9.5 单工制式 主目录 上一页 下一页 结 束
接收器B
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误。
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3. 循环冗余码校验(CRC)
循环冗余码校验的基本原理是将一个数据块 看成一个位数很长的二进制数，然后用一个特定
的数去除它，将余数作校验码附在数据块之后一
起发送。接收端收到该数据块和校验码后，进行
同样的运算来校验传送是否出错。目前CRC已广
泛用于数据存储和数据通信中，并在国际上形成 规范，市面上已有不少现成的CRC软件算法。
图9.9 串行口控制寄存器SCON 主目录 上一页 下一页 结 束
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(1)SM0 SM1：串行口工作方式选择位。其状态
组合所对应的工作方式如表9-1所示。
表9-1 串行口工作方式
SM0 SM1 工作方式 功 能说 明 0 0 0 同步移位寄存器输入/输出，波特率固定 为fosc/12 0 1 1 10位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n， n=32或16) 1 0 2 11位异步收发，波特率固定为f0sc/n， n=64或32) 1 1 3 11位异步收发，波特率可变(T1溢出率/n， n=32或16)
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SM2，多机通信控制位。
主要用于方式2和方式3。对于接收机 SM2=0，收到RB8（0或1）既可使收到的数据进入 SBUF，并激活RI。串行口以单机发送或接收方式工 作，TI和RI以正常方式被激活并产生中断请求 SM2=1，收到的RB8＝0时，收到的信息丢弃，不 激活RI ；若收到的RB8＝1时，收到的数据进入 SBUF，并激活RI，进而在中断服务中将数据从SBUF 读走。 方式0时，SM2必须是0。 方式1时，SM2=1时，只有接收到有效停止位时，RI 才激活。
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1. 串行数据缓冲器SBUF
SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存
器和接收寄存器，以便能以全双工方式进行通信。 此外，在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而
构成了串行接收的双缓冲结构，这样可以避免在
数据接收过程中出现帧重叠错误。发送数据时，
由于CPU是主动的，不会发生帧重叠错误，因此
式之一。有时也可不用奇偶校验。
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(4) 停止位：
字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平
有效，它可占1/2位、1位或2位。停止位表示传送
一帧信息的结束，也为发送下一帧信息作好准备。
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1.2 串行通信的波特率
波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概
异步通信信息帧格式如图9.4所示。
第n-1字符 帧 奇 偶停 起 校止 始 8位数据 验位 位 第n字符帧 奇 偶 停 校 止 验 位 第n+1字符帧 起 始 位 8位数据
8位数据
空闲位
D7 0/1 1
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1
1
1
1
0
D0 D1
图9.4 异步通信帧格式
接收
RXD 89C51
图9.1 并行通信示意图
图9.2 串行通信示意图
目前串行通信在单片机双机、多机以及单片机 与PC机之间的通信等方面得到了广泛应用。
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1.1 异步通信和同步通信
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通
信两种基本通信方式。 1. 同步通信(Synchronous Communication) 同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一
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波特率和字符的传输速率不同，若采用图9.4
的数据帧格式，并且数据帧连续传送（无空闲
位），则实际的字符传输速率为1200/11=109.09 帧/秒。 波特率也不同于发送时钟和接收时钟频率。 同步通信的波特率和时钟频率相等，而异步通信
的波特率通常是可变的。
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SBUF，则读入的数据一定来自接收缓冲器。即
CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问上述两 个不同的寄存器。
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2. 串行控制寄存器SCON 串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工
作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接
收的状态等。它是一个既可以字节寻址又可以位 寻址的8位特殊功能寄存器。其格式如图9.9所示。
2. 半双工制式(Half duplex)
半双工制式是指通信双方都具有发送器和接
收器，双方既可发送也可接收，但接收和发送不
能同时进行，即发送时就不能接收，接收时就不 能发送。半双工制式如图9.6所示。
发送 接收 发送 接收
A 端
B 端
图9.6 半双工制式 主目录 上一页 下一页 结 束
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位地址 9FH SCON SM0 9EH SM1 9DH 9CH 9BH SM2 REN TB8 9AH RB8 99H TI 98H RI
见表9-1
接收中断标志
发送中断标志
接收数据第9位 发送数据第9位 接收控制 0：禁止
1：允许 1：多机
多机通信 0：双机
1.4 串行通信的校验
串行通信的目的不只是传送数据信息，更重要
的是应确保准确无误地传送。因此必须考虑在通信 过程中对数据差错进行校验，因为差错校验是保证 准确无误地通信的关键。常用差错校验方法有奇偶 校验、累加和校验以及循环冗余码校验等。
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1. 奇偶校验 奇偶校验的特点是按字符校验，即在发送每个 字符数据之后都附加一位奇偶校验位(1或0),当设置
数据 时钟
计 算 机 甲
时钟
计 算 机 乙
计 算 机 甲
数据
0 1 1 0 1
数据+时钟
计 算 机 乙
外同步 主目录 上一页 下一页
自同步 结 束
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同步通信的数据帧格式如图9.3所示。
同步 字符 数据 数据 字符1 字符2
图9.3
…
数据字 数 据 校 验 符n-1 字符n 字 符
(校验 字符)
发送 SBUF (99H) 门电路 发送控制器 同 步 时 钟 接收 SBUF (99H) 串行口中 断 ≥1 接收控制器 TI R I
TXD(P3.1)
内 部 总 线
串 行 口 控 制 寄 存 器 (98H)
RXD(P3.0)
输入移位寄存器
图9.8 AT89C51串行口结构框图 主目录 上一页 下一页 结 束
次通信传送多个字符数据，称为一帧信息。数据传
输速率较高，通常可达56000bps或更高,所需传输线 多，成本高，适合于近距离，要求发送时钟和接收 时钟保持严格同步。
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同步通信 发送方时钟与接收方时钟同步。既保持位同 步，也保持字符同步。同步方法：
0 1 1 0 1
为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和
应为奇数；反之则为偶校验。收、发双方应具有一 致的差错检验设置，当接收1帧字符时，对1的个数 进行检验，若奇偶性(收、发双方)一致则说明传输 正确。奇偶校验只能检测到那种影响奇偶位数的错
误，比较低级且速度慢，一般只用在异步通信中。
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异步通信不需同步时钟，字符帧长度不受限制，设备简 单，但传输效率降低（插入了停止位等）
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(1) 起始位：
在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态。
当发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻 辑“0”信号，这个低电平便是帧格式的起始位。 其作用是向接收端表示发送端开始发送一帧数据。 接收端检测到这个低电平后，就准备接收数据信
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4. 多机通信原理：理解多机通信的原理、过程
和编制多机通信应用程序的方法。
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单片机原理及应用
1 串行通信基础知识
计算机与外界的信息交换称为通信。通信的基
本方式可分为并行通信和串行通信两种。
所谓并行通信是指数据的各位同时在多根数据
线上发送或接收。