09第九章 串行通讯及其接口A

9.1.1.5波特率（Baud rate）
单位：bps（bit per second） 定义：每秒钟传送的二进制位数。 Baudrate：50 ～ 19200 ～ 57600 50，100，150，300，600，1200，2400， 4800，9600，19200，38400，57600，115200 如每秒传送240个字符，而每个字符格式包含10位这 时的波特率为10位(bit)×240个/s = 2400 bit/s。 在异步串行通信中，接收方和发送方应使用相同的 波特率，才能成功传送数据。
（5）RB8——接收到的第9位数据
方式2和3时，RB8存放接收到的第9位数据，作为奇偶校验位 或地址帧/数据帧的标志位。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到 的停止位。在方式0，不使用RB8。
（6）TI——发送中断标志位
方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”， 其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置“1”。TI=1，表 示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。CPU响 应中断后, 向SBUF写入要发送的下一帧数据。TI必须由软件 清0。
工作流程
发送方：传送时先输出起始位“０”作为联络 信号，接下来的是数据位和奇偶校验位，停止位“ 1” 表示一个字符的结束。其中，数据的低位在前，高 位在后。字符之间允许有不定长度的空闲位。 接收方：传送开始后，接收设备不断检测传输 线的电平状态，当收到一系列的“1”(空闲位或停 止位)之后，检测到一个“０”，说明起始位出现， 就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止 位。 特点：所需传输线少，设备开销较小，在单片 机控制系统中得到广泛的应用。 但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间 还有间隔，因此传输效率不高。
第九章 串行通讯及其接口
9.1概述
9.1.1 串行通信的基本概念
计算机与外部设备或计算机与计算机之间的数据交换称为通信。
9.1.1.1 并行通信和串行通信
通信分为并行通信与串行通信两种基本方式。
并行通信：将数据的各位用 串行通信：将数据分成1 多条数据线同时进行传送， 位1位的形式在一条传输 外加地址线和通信控制线。 线上逐个地传送。
数据位宽(每一位代码的传输时间) Td＝ 1 / Baudrate Baudrate＝9600bps 对应于一个数据位宽约为104us。
• 计算机系统中常用串行、并行接口
– 并行：
• EPP：打印机 • IDE：硬盘、电子盘
• IEEE488（GPIB）：智能化仪器
• PCI
• 串行： – 异步： • RS232-C 384Kbps (15 to 20m) • RS422、RS485 1.2Mbps (1200m) – 同步： • USB 1.1 12Mbps • USB 2.0 480Mbps • 1394 400Mbps • SPI 26Mbps (Motorola) • Microwire 10Mbps (National Semiconductor，国家半导体公司) • I2C 400Kbps (Philips)
停止位后面是不定长的空闲位。数据的传送可以是 不连续的。
起始位：1位。低电平（逻辑0）。标志一个字 符传送的开始。 数据位： 5～8位。低位在前，高位在后。字符 编码方式的不同，使得数据可以是5～8位。 奇偶校验位：1位。检查字符传送的准确性。有 三种方式：奇校验、偶校验和无校验，由用户 决定。 停止位： 1位、1位半或者两位（高电平－逻 辑1）。标志一个字符传送的结束。
SMOD：波特率选择位。 SMOD=1，波特率加倍。SMOD＝0，波特率不加倍。 例如：方式1的波特率的计算公式为： 方式1波特率=（2SMOD/32）×定时器T1的溢出率 也称SMOD位为波特率倍增位。
9.2.2 串行口的4种工作方式
MCS-51单片机串行口共有 4种工作方式，SM0、 SM1是串行接口的工作方选择位，如表所示。
方式 1 时，如果 SM2=1 ，则只有收到停止位时才会激活 RI，没有收到有效的停止位时，RI清0。 方式0时，SM2必须为0。
（3）REN——允许串行接收位 由软件置“1”或清“0”。
REN=1 允许串行口接收数据。REN=0
禁止串行口接收数据。
（4）TB8——发送的第9位数据
方式2和3时，TB8是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验 位使用，或在多机通信中可作为地址帧或数据帧的标志。 =1为 地址帧, =0为数据帧
P3.0是串行数据接收端RXD，P3.1是串行数据发送 端TXD。 串行接口的结构由串行接口控制电路、发送电路和 接收电路3部分组成。 发送电路由发送缓冲器(SBUF)、发送控制电路组成， 用于串行接口的发送。 接收电路由接收缓冲器(SBUF)、接收控制电路组成， 用于串行接口的接收。 两个数据缓冲器(SBUF)在物理上相互独立，在逻辑 上却占用同一字节地址99H。
• 常用驱动器
– 典型的线驱动器MC1488(反向驱动) ±12V 供电
– 典型的线接收器 MC1489(反向驱动)
常用驱动器
• MAXIM202
常用驱动器
• Sipex 220
常用驱动器
• Max232
异步串口硬件连线方式
1. 4 种工作方式的特点是什么？分别应用 于什么场合？ 2. 如何启动发送和接收过程？ 3. 首先移出或发送的是D0，还是D7？ (9AH＝10011010B) 4. 在接收数据过程中采用了什么措施提 供可靠性？ 5. TI 标志和RI 标志何时会自动置1？ 6. 哪些情况下传送的数据会丢失?
数据流 A 发送端 通信链路 B 接收端
数据传输仅能从发送设备传输到接收设备。
2 ）半双工方式：数据可以从 A 发送到 B ，也可以 由B发送到A。但A、B之间只有一根传输线，因此同 一时刻只能作一个方向的传送。其传送方向由收发 控制开关 K 切换。平时一般让 A 、 B 方都处于接收状 态，以便能够随时响应对方的呼叫。
A 发送端 接收端 通信链路 K 数据流 B K 发送端 接收端
两个串行通信设备之间只有一条数据线，数据传输 可以沿两个方向，但需要分时进行。
3 ）全双工方式：数据可同时在两个方向上传送。
3种方式中， 1）全双工方式的效率最高； 2）半双工方式配置和编程相对灵活，传输成本较低 ； 3）串行通信设备常选用半双工方式。
在这种通信方式中，数据块内的各位数据之间 没有间隔，传输效率高； 发送、接收双方必须保持同步(使用同一时钟信 号)， 且数据块长度越大，对同步要求就越高。 同步通信设备复杂，成本高，一般只用在高速 数字通信系统中。
9.1.1.3
串行通信方式
1 ）单工方式：这种方式只允许数据按一个固定 的方向传输。
1、异步通信
若接收端与发送端使用的不是同一时钟信号（但 必须同频率），则为异步通信。 以字符为单位，一个字符一个字符地传送，并且 每一个字符要有起始符和停止符作为开始和结束的 标志。（一个字符就是一帧）
每帧数据由4部分组成：起始位(占1位)、数 据位(占５～８位)、奇偶校验位(占１位，也可以没 有校验位)、停止位(占1或2位)。
• RS232－C 简介
– 信号线
• 25 芯，22 根信号线，常用9 根线
• 最简方式 3 根线
• RXD：数据接收线 • TXD：数据发送线
• GND：地线
– 例如 PC 机上的串口COM1、COM2
• 电平制
– 采用负逻辑，对应电平如下：
• 1 ： －3V ～ －15V • 0 ： ＋3V ～ ＋15V
MCS-51可以通过特殊功能缓冲器SBUF对串行接收 或串行发送寄存器进行访问，两个缓冲器共用一个地址 99H，由指令操作决定访问哪一个缓冲器。 执行写时访问串行发送缓冲器，读时访问接收缓冲 器。发送缓冲器只能写入，不能读出；接收缓冲器只能读 出，不能写入。 接收器具有双缓冲结构，即在从接收缓冲器中读出 前一个已收到的字节之前，便能接收第二个字节，如果第 二个字节已经接收完毕，第一个字节还没有读出，则将丢 失其中一个字节，编程时应引起注意。
校验方法
目的：提高可靠性 方法：奇偶校验法、校验和法
基本思想： 依据偶校验或奇校验原则，比较发送方和接 收方的校验位是否相同。
奇偶校验法的缺点： 1. 每次需要传送检验位。 2. 不能监测偶数个错误。
2. 校验和方法
特点：校验和方法效率更高，可靠性更高。
2、同步通信
同步通信是一种数据连续传输的串行通信方式， 通信时发送方把需要发送的多个字节数据和校验信息 连接起来，组成数据块。 发送时，发送方只需在数据块前插入1～2个特殊 的同步字符，然后按特定速率逐位输出(发送)数据块 内的各位数据。 接收方在接收到特定的同步字符后，也按相同速 率接收数据块内的各位数据。
（2）SM2 多机通信控制位 用于方式2或方式3中。
当串行口以方式2或方式3接收时，
如果SM2=1 ，只有当接收到的第 9位数据（RB8）为“1” 时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置“1” RI，产生 中断请求；当接收到的第9位数据（RB8）为“0”时，则将接 收到的前8位数据丢弃。 如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前 8位数据送入SBUF中，并置“1” RI，产生中断请求。
SM0 0 0 1 1 SM1 0 1 0 1 方式 功Βιβλιοθήκη Baidu能 说 明 0 移位寄存器方式 1 8位异步通讯接口 2 9位异步通讯接口 3 9位异步通讯接口 波特率 fosc/12 可变 fosc/64，fosc/32 可变
9.2.1.1控制状态寄存器SCON
MCS-51串行口工作方式的设定、接收与发送控制 以及工作状态标志的设置都是通过对串行口控制 寄存器SCON的编程确定的。 SCON为一SFR，其地址为98H，可位寻址，其各位 的作用定义如下：
（1）SM0、SM1——串行口4种工作方式的选择位
SM0 0 0 1 1 SM1 0 1 0 1 串行口的4种工作方式 方式 功 能 说 明 0 同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口） 1 8位异步收发，波特率可变（由定时器控制） 2 9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32 3 9位异步收发，波特率可变（由定时器控制） 表
特点：
并行通信常用于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的信 息交互 串行通信常用于设备之间的信息交互 串行通信1）交互数据信息和控制信息 2）有严格的格式（同步和异步） 3）电平需要转换
9.1.1.2 同步通信和异步通信
根据数据传输方式的不同，可将串行通信分 为同步通信和异步通信。
（7）RI——接收中断标志位
方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。 其它工作方式，串行接收到停止位时，该位置“1”。RI=1，表 示一帧数据接收完毕，并申请中断, CPU从接收SBUF取走数据。 该位状态也可软件查询。RI必须由软件清“0”。
9.2.1.2 特殊功能寄存器PCON
字节地址为87H，没有位寻址功能，需要字节传送。
9.2 MCS-51的串行口
全双工的异步通讯串行口，具有UART的全部功能， 能同时进行数据的发送和接收 4种工作方式 ,波特率由片内定时器/计数器控制。 每发送或接收一帧数据，均可发出中断请求。 除用于串行通讯，还可用来扩展并行I/O口,或作 为串并转换等。
9.2.1 串行口的组成
MCS-51的串行口主要由两个独立的串行数据缓 冲寄存器SBUF（一个发送缓冲寄存器，一个接收缓 冲寄存器），发送控制器、接收控制器、输入移位 寄存器及若干控制门电路组成。基本结构如图所示。
对于发送器，因为数据是由CPU控制和发送的，所 以不需要考虑。
•
单片机串行接口工作方式是通过初始化设置，将两 个相应控制字分别写入串行控制寄存器SCON(98H)和电 源控制寄存器PCON(87H)即可。
• 数据缓冲器(99H) 发送缓冲器：只管发送数据，CPU写入SBUF的时候 (MOV SBUF，A)即为发送； 接收缓冲器：只管接收数据，CPU读取SBUF的过程 (MOV A，SBUF)即为接收。