第五章 串行口

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1、2019/10/20,1,第五章 8051单片机的串行口 原理及应用,2019/10/20,2,通信：在实际应用中,不但计算机与外部设备之间常常要进行信息交换，而且计算机之间也需要交换信息，所有这些信息的交换均称为“通信”。 随着8051应用范围的不断拓宽，单台仪器仪表或控制器往往会带有不止一个的单片机，而多个智能仪器仪表或控制器在单片机应用系统中又常常会构成一个分布式采集、控制系统，上层由PC进行集中管理等。 单片机的通信功能也随之得到发展。 通信的基本方式分为并行通信和串行通信两种。,数据通信概述,2019/10/20,3, 并行传送方式与串行传送方式 并行传送方式 在数据传输时，如果一个

2、数据编码字符的所有各位都同时发送、并排传输，又同时被接收，则称为并行传送方式。并行传送方式要求物理信道为并行内总线或者并行外总线。 特点：传送速度快、效率高。但由于需要的传送数据线多，因而传输成本高。并行数据传输的距离通常小于30米。而在计算机内部的数据传送都是并行传送的。,2019/10/20,4, 串行传送方式 在数据传输时，如果一个数据编码字符的所有各位不是同时发送，而是按一定顺序，一位接着一位在信道中被发送和接收，则称为串行传送方式。 串行传送方式的物理信道为串行总线。 串行数据传送方式的特点是成本低，但速度慢。 计算机与外界的数据传送大多是串行的，其传送距离可以从几米直到几千公里。,

3、2019/10/20,5,图51通信的两种基本方式 (a)并行通信； (b)串行通信,2019/10/20,6,打印机,计算机,网络,鼠标,扫描仪,硬盘,I2C SPI,RS232,USB,常见的串行通信接口:,2019/10/20,7,按照信号传输的方向和同时性，分为单工方式、半双工方式和全双工方式三种。 单工方式 信号(不包括联络信号) 在信道中只能沿一个方向传送，而不能沿相反方向传送的工作方式称为单工方式。 半双工方式 通信的双方均具有发送和接收信息的能力，信道也具有双向传输性能，但是，通信的任何一方都不能同时既发送信息又接收信息，即在指定的时刻，只能沿某一个方向传送信息。这样的传送方式

4、称为半双工方式。 全双工方式 若信号在通信双方之间沿两个方向同时传送，任何一方在同一时刻既能发送又能接收信息，称为全双工方式。双工方式大多采用双线制。, 单工方式、半双工方式、全双工方式,2019/10/20,8,图52串行通信的三种方式 (a)单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式,2019/10/20,9,单工、双工、半双工方式,单工：广播,双工：电话,2019/10/20,10,在数据通信中，要保证发送的信号在接收端能被正确地接收，必须采用同步技术。常用的同步技术有两种方式，一种称为异步传输也称起止同步方式，另一种称为同步传输也称同步字符同步方式。 异步传输 异步传输以字符为单位进

5、行数据传输，每个字符都用起始位、停止位包装起来，在字符间允许有长短不一的间隙。 在单片机中使用的串行通信都是异步方式。, 异步传输和同步传输,2019/10/20,11,图53串行异步传送的字符格式 (a)字符格式； (b)有空闲位的字符格式,2019/10/20,12,图54 传送ASCII码字符5的波形图,2019/10/20,13,在串行异步传送中，CPU与外设之间事先必须约定： 字符格式。 双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。例如用ASCII码通信，有效数据为7位，加1个奇偶校验位、1个起始位和1个停止位共10位。当然停止位也可大于1位。 波特率(Baud

6、rate)。 波特率就是数据的传送速率，即每秒钟传送的二进制位数，单位为位/秒。它与字符的传送速率(字符/秒)之间存在如下关系： 波特率=位/字符字符/秒=位/秒 要求发送端与接收端的波特率必须一致。,2019/10/20,14, 同步传输 同步传输用来对数据块进行传输，一个数据块中包含着许多连续的字符，在字符之间没有空闲。同步传输可以方便地实现某一通信协议要求的帧格式。计算机网络通信基本上是这种。,2019/10/20,15,图55 同步传送,2019/10/20,16,串行通信的传送速率用于说明数据传送的快慢，波特率表示串行通信时每秒钟传送”位” 的数目，比如1s传送1bit，就是1波特。

7、即1波特1bit/s (位/秒) 串行通信常用的标准波特率在RS-232C标准中已有规定，如波特率为600、1200、2400、4800、9600、19200等等。 假若数据传送速率为120字符/s，而每一个字符帧已规定为10个数据位，则传输速率为120101200bit/s，即波特率为1200，每一位数据传送的时间为波特率的倒数： T112000.833ms, 波特率(BAUD RATE),2019/10/20,17,计算机通信是一种数字信号的通信。 它要求传送线的频带很宽,而在长距离通讯时,通常是利用电话线来传送的,该线不可能有这样宽的频带。如果用数字信号经过传送线直接通讯,信号就会畸变。

8、,信号的调制和解调,2019/10/20,18,因此要在发送端用调制器(Modulator)把数字信号转换为模拟信号,在接收端用解调器(Demodulator)检测此模拟信号,再把它转换成数字信号。 FSK(FrequencyShiftKeying)是一种常用的调制方法,它把数字信号的“1”与“0”调制成不同频率的模拟信号。,图56调制与解调示意图,2019/10/20,19,图57 FSK调制法原理图,2019/10/20,20,数据终端与调制器的接口,图510 RS-232C的引脚图,2019/10/20,21,图511 计算机与远方终端和当地终端连接示意图,2019/10/20,22,调

9、制解调器,15V：逻辑1 15V：逻辑0,RS232C标准,美国电子工业协会EIA公布的串行总线标准,DB-25,DB-9,最少3根线,RxD （3） TxD （2） 地 （5）,2019/10/20,23,一、 8051串行口结构,串行数据通信主要有两个技术问题，一个是数据传送，另一个是数据转换。 数据传送主要解决传送中的标准、数据帧格式及工作方式等。 数据转换要解决把数据进行串、并行的转换，这种转换通常由通用异步接收发送器(UART) 电路来完成。 数据发送端，要把并行数据转换为串行数据；数据接收端，要把串行数据转换为并行数据。80C51中已集成有UART，有的型号在内部还集成了两个UAR

10、T。而在其它一些型号中又增加了新的串行口，如 8XC552中就增加了具有I2C总线功能的串行口。,串行口及控制,2019/10/20,24,串行通信接口,（1）UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步接收器/发送器,（2）USRT (Universal Synchronous Receiver/Transmitter） 通用同步接收器/发送器,2019/10/20,25,8051中的串行口是一个全双工的异步串行通信接口，它可作UART（通用异步接收和发送器）用，也可作同步移位寄存器用。 所谓全双工的异步串行通信接口，是说该接口

11、可以同时进行接收和发送数据，口内的接收缓冲器和发送缓冲器在物理上是隔离的，即是完全独立的。可以通过访问特殊功能寄存器SBUF，来访问接收缓冲器和发送缓冲器。接收缓冲器具有双缓冲的功能，即它在接收第一个数据字节后，能接收笫二个数据字节。但是在接收完第二个字节后，若笫一个数据字节还未取走，那么该数据字节将丢失。,2019/10/20,26,图512 MCS-51串行口的原理结构图,2019/10/20,27, 波特率发生器： 主要由T1及内部的一些控制开关和分频器所组成。它提供串行口的时钟信号为 TXCLOCK（发送时钟）和 RXCLOCK（接收时钟）。相应的控制波特率发生器的特殊功能寄存器有 T

12、MOD、TCON、TL1、TH1等。,2019/10/20,28, 串行口的内部 串行数据缓冲寄存器SBUF 有接收缓冲器SBUF和发送缓冲器SBUF，以便80C51能以全双工方式进行通信。它们在物理上是隔离的，但是占用同一个地址(99H) 。 串行口控制寄存器SCON 串行数据输入输出引脚 接收方式下，串行数据从RXD（P3.0）引脚输入，串行口内部在接收缓冲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，可以避免在数据接收过程中出现帧重叠错误，即在下一帧数据来时，前一帧数据还没有读走。 发送方式下，串行数据通过TXD（P3.1）引脚输出。,2019/10/20,29, 串行口控制逻辑

13、 接受来自波特率发生器的时钟信号TXCLOCK（发送时钟）和RXCLOCK（接收时钟）； 控制内部的输入移位寄存器将外部的串行数据转换为并行数据； 控制内部的输出移位寄存器将内部的并行数据转换为串行数据输出； 控制串行中断（RI和TI）。,2019/10/20,30,二、 80C51串行口控制, 串行口状态控制寄存器 SCON 串行口状态控制寄存器SCON用来控制串行通信的方式选择、接收，指示串行口的中断状态。寄存器SCON既可字节寻址也可位寻址，字节地址为98H，位地址为98H9FH。其格式如下：,2019/10/20,31, SM0(SCON.7)，SM1(SCON.6)串行口工作方式选择

14、位。,表51 串行口工作方式选择,2019/10/20,32,SM2(SCON.5)允许方式2、3中的多处理机通信位。 方式0时，SM20。 方式1时，若SM2l，只有接收到有效的停止位，接收中断RI才置1。 方式2和方式3时，若SM21，则只有当接收到的第9位数据（RB8）为1时，才将接收到的前8位数据送入缓冲器SBUF中，并把RI置1、同时向CPU申请中断；如果接收到的第9位数据（RB8）为0，RI置0，将接收到的前8位数据丢弃。 而当SM20时，则不论接收到的笫九位数据是0 或1 ，都将前8位数据装入SBUF中，并申请中断。,2019/10/20,33,REN(SCON.4)允许串行接收

15、位。 REN1时，允许串行接收；REN0时，禁止串行接收。 用软件置位清除。 TB8(SCON.3)方式2和方式3中要发送的第9位数据。 在通信协议中，常规定TB8作为奇偶校验位。在80C51多机通信中，TB8=0用来表示数据帧；TB8=1表示是地址帧。 用软件置位清除。 RB8(SCON.2)方式2和方式3中接收到的第9位数据。 方式1中接收到的是停止位。方式0中不使用这一位。,2019/10/20,34,TI（SCON1）发送中断标志位。 方式 0中，在发送第 8位末尾置位；在其它方式时，在发送停止位开始时设置。 由硬件置位，用软件清除。 RI（SCON0）接收中断标志位。 方式 0中，在

16、接收第8位末尾置位；在其它方式时，在接收停止位中间设置。 由硬件置位，用软件清除。 系统复位后，SCON中所有位都被清除。,2019/10/20,35,其中最高位SMOD与串行口控制有关，其它位与掉电方式有关。其格式如下：,SMOD(PCON.7)串行通信波特率系数控制位。 当SMOD1时，使波特率加倍。复位后，SMOD0。, 电源控制寄存器 PCON,2019/10/20,36,包含在物理上是隔离的两个8位寄存器：发送数据寄存器和接收数据寄存器，它们共用一个地址99H。其格式如下：,读SBUF（MOV A，SBUF），访问接收数据寄存器； 写SBUF（MOV SBUF，A），访问发送数据寄存器。, 串行数据寄存器SBUF,系统复位后， SBUF中内容不确定。,2019/10/20,37,串行口的工作方式,在串行口控制寄存器SCON中，SM0和SM1位