串口及串行通信技术

串行通信——数据一位一位顺序传送。 特点： 成本低，但速度慢； ② 计算机与远程终端或终端与终端之间的数据传送通常都 是串行的； ③ 串行数据传送的距离可以从几米到几千公里；
① 数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，
④ 适用于长距离通信；
⑤ 在通信技术中，输出又称为发送（TXD），输入又称为 接收（RXD）。
一、并行通信和串行通信 单片机与外界的信息交换称为通信。基本的通信方 法有并行通信和串行通信两种。 并行通信——数据的各位同时传送。 特点： ① 各数据位同时传送，传送速度快、效率高。但有多少数 据位就需要有多少根数据线，因此传送成本高；
② 在集成电路芯片的内部、同一插件板上各部件之间、同
一机箱内各插件板之间等的数据传送都是并行的； ③ 并行数据传送距离通常小于30米，适用于近距离通信。
能读出接收的数据，不能写入。
4、内部还有发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器 等不可访问寄存器共同实现串行数据的输入输出。
一、串行口控制寄存器SCON 串行口控制寄存器SCON的字节地址为98H，可位寻 址，系统复位时，SCON清零。包含串行口工作方式选择 位、接收和发送控制位以及串行口状态标志位。各位名称 及位地址如下：
异步通信的字符帧格式
2、同步通信方式
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传
送一帧信息。这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同，通常有若
干个数据字符。 同步字符帧由同步字符、数据字符和校验字符组成。其中：
同步字符位于帧结构开头，用于确认数据字符的开始（接收端不
断对传输线采样，并把采到的字符和双方约定的同步字符比较，只 有比较成功后才会把后面接收到的字符加以存储）；
4、两种串行通信方式的优缺点 异步通信 优点：不需要传送同步脉冲，字符帧长度也不受限制， 故所需设备简单。 缺点：字符帧中因包含有起始位和停止位而降低了有效
数据的传输速率。
同步通信 优点：传输速率较高，通常可达56000bit/s或更高。 缺点：要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，故发送 时钟除应和ห้องสมุดไป่ตู้送波特率保持一致外，还要求把它同时传 送到接收端去。
1、用方式0的发送过程 数据写入SBUF后，开始从RXD端发送，低位在前，
高位在后；
同时同步移位脉冲从TXD端输出； 一字节发送完后，TI标志置“1”，发出中断请求；
如果要继续发送下一字节，必须用软件清除TI中断标
志。
2、用方式0的接收过程 REN为“1”，且RI＝0的条件下，将启动一个接收过程。
通过设置SM2，可以实现多机通信。
④ TB8——在方式2或方式3中，是发送数据的第9位。 根据发送数据的需要由软件置位或者复位。可作奇偶
校验位，也可在多机通信中作区别地址帧或数据帧的标志
位。方式0时不使用TB8。 ⑤ RB8——在方式2或方式3中，是接收到数据的第9位。 可作奇偶校验位或是约定的地址/数据标志位。在方式 1中，若SM2＝0，则RB8存放的是已接收到的停止位。方 式0不使用RB8。 ⑥ TI——发送中断标志位，指示一帧数据发送是否完毕。 ⑦ RI——接收中断标志位，指示一帧数据接收是否完毕。
6、串－并转换 两个通信设备在串行线路上要成功地实现通信就必
须解决串－并转换的问题，即如何把要发送的并行数据
串行化，把接收的串行数据并行化。 串行通信是： 发送端将单片机内部的并行数据通过移位寄存器， 一位一位移出，转换成串行数据，并将其通过一根通信
线传送；
接收端将接收的串行数据一位一位送入移位寄存器， 满8位后，转换成并行数据送到单片机内部。
数据字符在同步字符之后，个数不受限制，由所需传输的数据块
长度决定； 校验字符有1～2个，位于帧结构末尾，用于接收端对接收到的数
据字符的正确性的校验。
在同步通信中，同步字符可以采用统一标准符式，也可由用户约定。 在单同步字符帧结构中，同步字符常采用ASCII码中规定的SYN(即
16H)代码；
第八章
串口及串行通信技术
教学目的
掌握串行通信基础知识 掌握MCS-51单片机的串行通信的基本原理
学习重点和难点
MCS-51单片机串行通信的基本原理 单片机串行通信的应用
本章主要内容
串行数据通信基础知识 串行口内部结构 串行口工作方式以及应用 单片机通信
第一节
串行数据通信基础知识
够实现双方向传送，但任何时刻只能由其中的一方发送
数据，另一方接收数据。
半双工
全双工方式：系统的每端都含有发送器和接收器，数 据可以同时在两个方向上传送。
全双工
注意：尽管许多串行通信接口电路具有全双工功能，但在实际应 用中，大多数情况下只工作于半双工方式，即两个工作站通常并不 同时收发。 这种用法并无害处，虽然没有充分发挥效率，但简单、实用！
RXD为串行输入端，TXD输出同步脉冲。
当接收完一帧数据后，各控制信号复位，RI变为高电平， 请求中断。 要再次接收，也必须用软件清零RI。
例：利用一片74LS165扩展1个8位并行输入端口，并编 制程序，将8位输入量读入累计器A中。 扩展电路如下图所示：
利用串行口扩展并行输入口电路
说明： 74LS165是8位并行输入—串行输出移位寄存器； RXD为串行输入引脚，与74LS165的串行输出端相连； TXD为移位脉冲输出端，与74LS165芯片移位脉冲输入
SETB P1.0；
S/L=0，并行置入数据
S/L=1，允许串行移位
MOV SCON，#10H；串行口方式0，启动接收
WAIT： JNB RI，WAIT；
CLR RI； MOV A，SBUF； RET；
查询RI
8位数据输入完成，清RI 取数据存入A中 子程序返回
例：用8031串行口和74LS164扩展8位并行口，8位并行 口每位接一个发光二极管，要求发光二极管从右到左以一
待CPU读入。
3、波特率 在串行通信中，对数据传送速率有一定要求。在一帧
信息中，每一位的传送时间（位宽）是固定的，用位传送
时间Td表示。Td的倒数称为波特率（Baud rate）。 波特率表示每秒传送的位数，单位b/s（记作波特）。
异步通信的传送速率一般在50～9600b/s之间。
例：电传打字机的传送速率每秒钟10个字符，若每个字 符的一帧为11位，则传送波特率为： 11位/字符×10字符/s＝110b/s 位传送时间Td＝9.1ms
基本通讯方式示意图
二、串行数据通信基本原理
串行通信有两种基本通信方式：异步通信和同步通信。
1、异步通信方式
在异步通信中，数据通常是以字符（或字节）为单位组成字符帧 传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线被接收设备 一帧一帧地接收。发送端和接收端可以有各自的时钟来控制数据的 发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。 在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时 开始发送及何时结束发送。平时，发送线为高电平（逻辑“1”），
在双同步字符帧结构中，同步字符一般采用国际通用标准代码EB90H。
同步通信的字符帧格式
MCS-51单片机串行I/O端口的基本工作过程是按异步
通信方式进行的。
在发送时，将CPU送来的并行数据转换成一定格式的 串行数据，从引脚TXD上按规定的波特率逐位输出； 接收时，要监视引脚RXD，一旦出现起始位“0”，就 将外设送来的一定格式的串行数据转换成并行数据，等
第三节
串行口工作方式及应用
通过对SM0和SM1两个方式位的设置，串行口可工作
于4种不同工作方式。 一、方式0
同步移位寄存器输入输出方式； 数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲 由TXD（P3.1）引脚输出； 发送和接收均为8位数据，不设起始位、停止位和奇偶 校验位，低位在先，高位在后。 波特率固定为：fosc/12； 工作方式0可用于扩展并行输入/输出口。
二、特殊功能寄存器PCON PCON字节地址位87H，不能位寻址。
PCON中只有最高位SMOD位与串口工作有关： SMOD＝1时，波特率加倍；
SMOD＝0时，波特率不加倍。
SMOD称为波特率倍增位，复位时SMOD=0
三、串行口数据缓冲器SBUF 单片机内部，有两个物理上独立的缓冲器，分别负责 接收和发送数据，它们占用同一地址99H，编程时使用同 样的寄存器名称SBUF。 执行写SBUF指令——MOV SBUF ，A时，硬件自动 将数据送入发送缓冲器，开始串行发送。 执行读SBUF指令－－MOV A ，SBUF时，硬件自动 将接收缓冲器的内容送入A累加器，完成串行接收。
① SM0、SM1——串行口4种工作方式的选择位 表 串行口的4种工作方式
SM0 SM1 工作方式
0 0 0 1 0 1
功能说明
8位同步移位寄存器 8位异步收发
波特率
fosc/12 由定时器控制
1
1
0
1
2
3
9位异步收发
9位异步收发
fosc/32或fosc/64
由定时器控制
② REN——允许串行接收位。 如果软件对REN置“1”，则启动串行口接收数据； 若清零REN位，则禁止接收。
SCON.4：REN=1，允许接收，1有效； SCON.3和SCON.2：TB8=0、RB8=0，与方式0无关， 此处可取为0； SCON.1：TI=0，与接收无关，取0； SCON.0：RI=0，接收中断标志，此处先清0。 所以有：SCON=00010000B=10H
程序如下：
START：CLR P1.0；
数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，
低位在前高位在后。若所传数据为ASCII字符，则常取7位。 奇偶校验位：位于数据位后，仅占一位，用来表征串行通信中采用 奇校验还是偶校验，由用户根据需要决定。 停止位：位于字符帧末尾，为逻辑“1”（高电平），通常可取1位、 1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已发送完毕，也为 发送下一帧字符作准备。
端相连；
用1根I/O线来控制并行置入数据和允许串行移位。
① S/L（shift/load）=0，并行置入数据；
② S/L（shift/load）=1，允许串行移位。
解：设串行口方式0接收，SCON设置如下所示： SCON.7和SCON.6：SM0 SM1=00，工作于方式0；
SCON.5：SM2=0，方式0时取0；
5、通信方向 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，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种
传送方式。 单工方式：通信线的一端接发送器，另一端接接收器，它 们形成单向连接，只允许数据按照一个固定的方向传送。 数据只能单方向传送。
单工
半双工方式：系统中的每个通信设备都由一个发送器和 一个接收器组成，通过收发开关接到通信线上。数据能
第二节
串行口内部结构
MCS-51单片机串行接口是一个全双工串行通信接口。
÷2
÷16
串行口组成原理框图
说明： 1、单片机通过P3口的两个引脚与外部设备进行串行通讯： P3.1为串行数据发送端TXD
P3.0为串行数据接收端RXD
2、与串行口操作有关的特殊功能寄存器有SCON、PCON 和SBUF； 3、对于发送缓冲器（SBUF）CPU只能写如发送的 数据，不能读出；对于接收缓冲器（SBUF）CPU只
每当接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑“0”（字符帧中
起始位）时，就知道发送端已开始发送，每当接收端接收到字符帧 中的停止位时，就知道一帧字符信息己发送完毕。
字符帧（Character Frame）
字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止
位四部分组成。各部分结构和功能分述如下：
起始位：位于字符帧开头，只占一位，始终为逻辑“0”（低电 平），用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。
③ SM2——多机通信控制位，主要用于方式2和3 方式0时，则SM2=0；
方式1时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，
RI才置1； 方式2、3时，如果接收机的SM2=1，当收到的RB8
位为“1”时，收到的数据进入SBUF，并激活RI，通知
CPU将数据从SBUF读走；反之则不激活RI，收到的 信息丢弃； 当SM2=0时，不论收到的RB8为“0”还是“1”，均 可以使收到的数据进入SBUF，并激活RI；