第7章80C51单片机的串行口

机械特性
RS-232C接口规定使用25针连接器（DB-25），连接器的 尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。由于一般的应 用中很少用到 RS-232C标准的全部信号线，所以在实际应用 中常常使用 9针连接器（ DB-9 ）替代 25针连接器。两者的外 形与引脚排列如图9-7所示。通常一端做成插针，另一端做成 插孔。
由于收发信号采用共地传输，容易产生共模干 扰，所以抗干扰能力较差。
新标准RS-485改善了传输特性，应用广泛！
7.2 80C51单片机的串行口
1个全双工串口：通信或接口扩展，帧格式为 8位、10位或11位
7.2.1 80C51串行口的结构
99H
SBUF 写SBUF TH1 TL1 发送控制器 1 T1溢出率 读SBUF ÷2 0 SMOD ÷16 接收控制器
时也可不用奇偶校验。
(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（在串行通信时每位
的传送时间是固定的）。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。
2、同步通信
同步通信：是把数据块作为整体来传输，由定时时钟实现接收 端与发送端同步。 每次传一组数据，加入帧头和帧尾。 一帧
1 13 1 5
14
25
6
9
DB-25（阳头）连接器
DB-9（阳头）连接器
阳头通常用于计算机侧，阴头用于连接线侧
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功能特性
插针序号 1 2（ 3） 3（ 2） 4（ 7） 5（ 8） 6（ 6） 7（ 5） 信号名称 PGND TXD RXD RTS CTS DSR SGND 保护接地 发送数据（串行输出） 接收数据（串行输入） 请求发送 允许发送 DCE就绪（数据建立就绪） 信号接地 DTE→DCE DTE←DCE DTE→DCE DTE←DCE DTE←DCE 功能 信号方向
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串行通信的错误校验
检错：数据在传输过程中可能受干扰使接收的数据出错，如何 发现错误——检错。 纠错：发现错误后，如何消除或纠正错误——纠错。 抗干扰编码：最简单的编码是奇偶校验； 奇校验：所传送的数据中1的个数为奇数；

偶校验：所传送的数据中1的个数为偶数；
空 闲 起 始 位 一个字符帧 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
D0
D7
起始位（１位）； 数据位（８位）； 奇偶校验位（１位，可无校验位）；
停止位（１位）。
特点
易于实现 效率不高
同步通信（发、收时钟直接连接，效率高。板内元件间的SPI接口）
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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
第7章 80C51单片机的串行口
7.1
计算机串行通信基础
7.2
80C51单片机的串行口
7.3
80C51单片机的串行口应用
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7.1 计算机串行通信基础
单片机通信是指单片机与计算机或单片机与单片机之间的信息 交换。通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种。 在单片机系统以及现代单片机测控系统中，信息的交换多采用 串行通信的方式。 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。 特点：控制简单、传输速度快，但占用的数据线多，成本较高 ，适用于近距离传输。例如：老式的打印机就是通过并口方式与 计 算机连接的。 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 。 特点：占用的数据线少，成本低但速度较慢，数据传送控制比 并行复杂，适用于远距离传输。
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RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路
早期采用MC1488、MC1489 近期常用MAXM232： 片内带有自升压电路 仅需+5V电源，内有升压泵变为-10V-+10V 内含2个发送器，2个接收器，与TTL/CMOS兼容
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RS-232C的缺点
接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯 片。 与TTL电平不兼容，与TTL电平接口连接需进行 电平转换。 传输距离短，使用时传输距离一般不超过15m ，线路条件好时也不超过几十米。 传输速率较低，最高传送速率为20kbit/s。
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近程通信，不需要调制解调器
TXD RXD 计 4 算 5 6 机 甲 20 TXD RXD 计 4 算 5 6 机 20 乙
TXD RXD 计 算 机 甲
TXD RXD 计 算 机 乙
无联络线方式 用汇编指令编写
联络线短接（伪连接）方式 高级语言或汇编中的中断调用
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特点：传输线少，成本低；传送控制复杂、速度慢 串行通信的必要过程是：发送时要把并行数据变成串行数据发 送到线路上；接收时要把串行数据变成并行数据，才能被计算 机和其他设备处理。
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7.1.1
串行通信的基本概念
异步通信与同步通信
异步通信（ 通信的发送和接收设备各自使用自己的时钟 ）
接收
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二、串行通信的波特率
波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念，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：
51单片机的串行接口：

作通用异步收发器(UART)，也可作同步移位寄存器 通信只有3根线(P3.0—RXD，P3.1—TXD，GND) 全双工通信，有4种工作方式 TTL电平正逻辑输出 (RS-232C为负逻辑)，实现RS-232C 接口需要电平转换 —— MAX232芯片 实现RS485接口需要变换 —— MAX485芯片 以下是P3.1发送字符“9”的时序：
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传输速率与传输距离
传输速率
等时间间隔信号称为码元 每个码元可以携带n位信息
单片机通信属于基带传输（每个码元带有“1”或“0”这1 bit信息)。 波特率：每秒钟传送信息的位数，单位：波特（Baud） 常用波特率为：2400、4800、 9600、14.4K、19.2K等
传输距离与传输速率的关系
T d
=
1 1200
= 0. 833 ( ms )
波特率和字符帧的传输速率不同，若采用前面图中的
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=108.08帧/秒。
再例如：每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包
含10位（1个起始位、1个停止位、8个数据位），这时
同步字符 字符1 字符2 „ „ 字符n 校验字符
数据块 同步通信的特点：必须建立发送方时钟对接收方时钟的直接控 制，使双方达到完全同步；传送的字符间不留间隙，即保持位 同步，也保持字符同步关系。
串行通信的传输方向
单工
发送 接收
半双工
发送
时间1
接收
接收
时间2
发送
wk.baidu.com
全双工
发送
接收 发 送
80C51有1个全双工串行口
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，就准备接收数据信号。
(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差错检验方式之一有
的波特率为10位*240个/秒=2400bps。
信号的调制与解调
RS-232C RS-232C
电话网
DCE DCE
DTE 调制解调器 调制 解调
DTE
DTE：数据终端设备 DCE：数据通信设备 计算机 MODEM
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，校验方法有奇偶校验、累加和校验等。
7.1 计算机串行通信基础
通信：并行通信与串行通信
并行通信
0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1
时钟 D7 0 1 1 D6 D5 : : : D1 D0
发送 设备
接收 设备
选通 状态
0 1 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
特点：传送控制简单、速度快，但传输线较多，成本高。
8（ 1）
20（4） 22（9）
DCD
DTR RI
载波检测
振铃指示
DTE←DCE
DTE←DCE
DTE就绪（数据终端准备就绪） DTE→DCE
注：引脚序号栏中带括号的序号为DB-9连接器的引脚序号。
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电气特性
RS-232C采用负逻辑电平，规定（-3～-25V）为逻辑“1”， （+3～+25V）为逻辑“0”。-3V～+3V是未定义的过渡区。 试比较：
***传输距离随波特率的增加而减小。
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7.1.2 串行通信接口种类
根据串行通信格式及约定（如同步方式、通信
速率、数据块格式等）不同，形成了许多串行通信
接口标准，如常见的：
UART（串行异步通信接口）、
USB（通用串行总线接口）、 I2C（集成电路间的串行总线）、 SPI（串行外设总线）、 485总线、CAN总线接口等。
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串行通信
发送 设备
0 1 1 0 1 1 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TXD
时钟
接收 设备
数据线
0 1 0 1 1 0 1 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
D1 D0
0 1
D2(1)
RXD
T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
V
+5 1 2 0.8 0 0
0 1 0 1
V
+25 +3 -3
0 1 0 1
0
t
t
1
-25 RS232电平
TTL电平
电平转换电路（如MAX232）。
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过程特性 远程通信，需要调制解调器
TXD 计 算 机 RXD RTS DSR
M O D E M
电话线
M O D E M
TXD RXD RTS DSR 计 算 机
第n个字符 停 止 位 0/1 0/1 1 起 始 位 0 校 验 位 停 止 位 1 起 始 位 0
第n+1个字符
8位数据
数据 0/1 0/1 „
0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1
异步通信的一帧数据格式
注：PC机上的RS-232C接口就是典型的异步通信 异步通信帧格式
以“0”作为起始 以“1”作为停止 各帧间隔时间任意
发送 设备
10100100 0
TXD
接收 设备
1 11100110
RXD
1 10100100 0
1 11100110 0
收、发设备时钟独立，以字符(帧)为单位传输
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1．异步通信
异步通信中，传送的数据可以是一个字符代码或一个字节数 据，数据以帧的形式一帧一帧传送。
发送字符时，数据位尾随1位奇偶校验位（1或0）。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；偶校验 时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。 奇偶校验能够检测出奇数位误码，但是不能纠错，比较低级 ，一般只用在异步通信中。
代码和校验
发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产 生的校验和字节附加到数据块的末尾。 接收方在接收数据时要对数据块（除校验字节外） 求和（或各字节异或），将所得的结果与收到的 “校验和”进行比较，两者相符则无差错，否则 就认为传送过程出现了差错。
空闲 0 1 0 0 1 1 1 0 起 D0 始 位 空闲
字符位编码
1/ 1 0 D7 校 停 验 止 位 位
0
7.1.2
串行通信接口标准
RS-232C定义的是DTE与DCE间的接口标准。 RS-232C标准接口是EIA（美国电子工业协会）于 1969 年 颁 布 的 串 行 通 信 接 口 标 准 。 RS 是 “ Recommended Standard”（推荐标准）的缩写， 232 为标准的编号， C 为版本号。在 RS-232C 之前为 RS-232A 与 RS-232B ， 1987 年修订为 EIA-232D ， 1991 年修订为 EIA-232E ， 1997 年又修订为 EIA-232F 。其 中，RS-232C最为常用。