单片机应用与项目开发--项目4.

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1、任务一 认识串行通信 一、数据通信的概念 计算机的CPU与外部设备之间、计算机与计算机 之间的信息交换称之为数据通信。基本的通信方式有两 种：并行通信和串行通信。 1、并行通信： 所传送数据的各位同时进行发送或接收。如所示， 并行方式传输一个字节时，需要8条数据线，D0-D7是同 时进行传送的。这种方式的特点是通信速度快，但传输 线多，价格较贵，适合近距离传输。 2、串行通信： 所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收 。下图表示同样的数据进行串行通信，只需要一条数据 线，在最初传递的是D0位，然后是D1位，最后传递 D7位。这种方式的特点是传输速度慢，但因数据传输线 少，线路结构简单、抗干

2、扰能力强，特别适用于远距离 通信。 二、同步串行通信和异步串行通信 串行通信又分为异步串行通信、同步串行通信两类 。 1、同步通信 在同步通信中，发送器和接收器由同一个时钟控 制，发送方在这个时钟的控制下逐位发送数据，接收方 在这个时钟的控制下逐位接收数据，由此实现收发双方 的严格同步；发送端在发送数据之前，首先发送1-2个 字节的同步字符，接收方一旦检测到规定的同步字符就 开始接收，发送方接着连续按顺序传送n个字节的数据 。当n个字节的数据发送完毕，发送校验码。 2、异步串行通信： 异步串行通信的数据或字符是一帧一帧地传送的 ，一帧数据由1位低电平的起始位、5-8位数据位、1位 奇偶校验位，

3、1-2位高电平的终止位组成。 在通信线上没有数据传送时处于逻辑在通信线上没有数据传送时处于逻辑“1”1”状态，当发状态，当发 送器要发送一帧数据时，首先发出一个逻辑送器要发送一帧数据时，首先发出一个逻辑“0”0”信号，这信号，这 个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传给接收器，个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通信线传给接收器， 当接收器检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位当接收器检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位 信号。因此起始位表示一帧数据传送的开始。信号。因此起始位表示一帧数据传送的开始。 紧跟在起始位后的紧跟在起始位后的 是是数据位数据位。数据位的。数据位的 位数

4、可以是位数可以是5 5、6 6、7 7、 8 8位，传输时低位在先位，传输时低位在先 ，高位在后。，高位在后。 奇偶校验位奇偶校验位：串行通信用：串行通信用 于远距离数据传送时，受到的于远距离数据传送时，受到的 干扰较大，为了保证数据传送干扰较大，为了保证数据传送 的可靠性，可在每帧数据的数的可靠性，可在每帧数据的数 据位后，加上奇偶校验位。据位后，加上奇偶校验位。 奇校验：发送字符中（包括校奇校验：发送字符中（包括校 验位内）含验位内）含“1”1”的个数为奇的个数为奇 数。数。 偶校验：发送字符中（包括校偶校验：发送字符中（包括校 验位内）含验位内）含“1”1”的个数为偶的个数为偶 数。数。

5、 停止位停止位是一帧是一帧 数据的结束标数据的结束标 志，跟在奇偶志，跟在奇偶 校验位或数据校验位或数据 位（无奇偶校位（无奇偶校 验位时）之后验位时）之后 ，可以是，可以是1 1位位 、1.51.5位、位、2 2位位 。 异步串行通信的线路比较简单，但是每一帧中的位 数比较少，而且还要有启始位、终止位等用于同步的位 ，所以传送的效率不高、速度比较慢。 同步方式在数据传送时省去了起始位和停止位，一 帧可以连续传送若干个字节，所以其速度高于异步传送 ，但对硬件结构要求较高。 三、通信方向 串行通信有单工通信、半双工通信和全双 工通信三种方式。 单工通信：数据只能单方向地从一端向另一端传送。 半双

6、工通信：数据可以双向传送，但任一时刻只能向一个方 向 传送，即分时双向传送数据。 全双工通信：数据可同时向两个方向传送，全双工通信效率 最 高，适用于计算机之间的通信。 四、波特率 波特率是通信中对数据传送速率的规定，指每秒传 送二进制数据的位数，单位为位/秒（bit/s）。 例如：在某异步串行通信中，每传送一个字符需要 10位（1位起始位、8个数据位、1位停止位），如果采 用波特率为4800波特进行串行通信，则每秒可以传送 480个字符。在串行通信中，收、发双方必须按照同样 的速率进行串行通信，即收发双方采用相同的波特率。 在串行传输中，二进制数据序列是以数字信号波形 的形式出现的。发送时，

7、在发送时钟作用下将发送移位 寄存器的数据串行移位输出；接收时，在接收时钟的作 用下将通信线上传来的数据串行移入移位寄存器。发送 时钟和接收时钟也可称为移位时钟，产生移位时钟的电 路称为波特率发生器。 五、通信线的连接 根据传输线路的电气特性，串行通信的传输速率随传 输距离的增加而降低，通信距离不同，电路的连接方式 也不相同。 1、如果近距离，又不使用握手信号，通信双方的 连接只需3根信号线：TXD（串行数据发送线）、RXD（ 串行数据接收线）和GND（地线），直接以TTL电平连接 。 2、如果距离在15m左右，需将TTL电平转换为RS232 电平，以提高信号的幅度，增加传输距离。 3、如果用电

8、话线实现远距离通信，由于电话线路是按照频 率较低的音频信号来设计的，而数字信号的频带非常宽， 到了接收方就会有很大失真，以至于出现差错。 因此，传送时发送方首先将数字信号“0”、“1”转 换成不同频率的模拟信号，然后通过电话线传输，在接受 方，再把上述不同频率的正弦波信号还原成数字信号“0” 、“1”。这种把数字信号转换成正弦波信号的过程叫做调 制，能够完成调制任务的装置叫做调制器；把正弦波信号 转换成数字信号的过程叫做解调，能够完成解调任务的装 置叫做解调器。 六、RS-232简介 1、RS-232的信号 RS-232是一种串行通信标准，是由美国电机工业协 会（EIA）为了利用电话线及调制解

9、调器进行数据通信 而制定的，它对信号的功能、电气特性、连接器等都作 了明确的规定。PC机采用的是9针D型连接器。 RS-232除了基本的数据收发线TXD、RXD外，还有用 于收发双方联络、协调的握手信号。 （1）基本的数据传送引脚 TXD：数据输出端，串行数据由此送出。 RXD：数据输入端，串行数据由此输入。 GND：信号地线。 在串行通信中，最简单的通信只需连接这3根线。 在PC机与PC机之间，PC机与单片机之间、单片机与单片 机之间的数据通信大多采用这种连接方式。 握手信号 RTS：请求发送信号，输出。 CTS：清除传送，是对RTS的响应信号，输入。 DSR：数据通信准备就绪，输入。 DT

10、R：数据终端就绪，表明计算机已做好接收准备，输出 。 DCD：数据载波检测，输入。 当一台PC机与调制解调器相连，要向远方发送数据 时，如果PC机作好了发送准备，就用RTS信号通知调制解调 器；当调制解调器也作好发送数据的准备，就向PC机发出 CTS信号，RTS和CTS这对握手信号沟通后，就可以进行串行 数据发送了。 当PC机要从远方接收数据时，如果PC机作好了接受 准备，就发出DTR信号通知调制解调器；当调制解调器也作 好接收数据的准备就向PC机发出DSR信号，DTR和DSR这对握 手信号沟通后，就可以进行串行数据接收了。 2、接口的电气特性 RS-232采用的是EIA电平，信号线上的电压为

11、负逻辑关 系： 逻辑1 对应的电压为-3V -15V 逻辑0 对应的电压为+3V +15V 介于-3V +3V之间的电压，低于-15V或高于+15V 电压是没有意义的。 3、电平转换电路 RS-232的EIA电平是以正/负电压来表示逻 辑0/1的，与TTL电路以低/高电平表示逻辑0/1不 同。因此为了实现与TTL器件的连接，必须在EIA 电平与TTL电平之间进行电平转换。 接 RS-232 信号 接 TTL/COMS 信号 为此半导体公司特别为RS-232制造了用于 信号电平转换的专用集成电路，常见的型号有： MAX232、TSC232、ICL232等，它们的引脚及特性 是兼容的，可以相互之间

12、代换使用。 MAX232MAX232芯片内部具有电压倍增电路，只需芯片内部具有电压倍增电路，只需+5V+5V电源供电源供 电，外接电，外接4 4个电容器，使用非常方便。如下图所示，该芯个电容器，使用非常方便。如下图所示，该芯 片可连接两对收发线，既能将两路片可连接两对收发线，既能将两路TTLTTL电平（电平（T1INT1IN、T2INT2IN ）转换成）转换成RS232RS232电平（电平（T1OUTT1OUT、T2OUTT2OUT）送到传输线上，又）送到传输线上，又 能将传输线上的两路能将传输线上的两路RS232RS232电平（电平（R1INR1IN、R2INR2IN）转换成）转换成TTLT

13、TL 电平（电平（R1OUTR1OUT、R2OUTR2OUT）。）。 4、单片机与PC机之间的连接 在许多应用场合，由单片机构成的自动控制 系统、智能仪器往往需要与PC机进行数据通信 。PC机提供的两个RS-232串行口COM1、COM2是 EIA电平，而单片机的串行数据收发线RXD、TXD 都是TTL电平，因此单片机需使用MAX232芯片进 行电平转换，通过串行电缆线与PC机相连接， 如图所示。 任务二 认识MCS-51单片机的串行口 MCS-51系列单片机的串行口是一个可编程的全双 工异步通信接口，通过软件编程可作为通用异步接收/ 发送器UART，也可以通过外接移位寄存器后扩展并行 I/O

14、口，它的帧格式有8位、10位、11位，可以设置固定 波特率和可变波特率，使用灵活方便。 一、MCS-51单片机串行口结构 MCS-51单片机的串行口内部有两个物理上相互独立 的数据缓冲器SBUF，发送SBUF和接收SBUF，它们公用一 个地址99H，前者只能写不能读，后者只能读不能写； 一个串行口控制寄存器SCON，用来选择串行口的工作方 式，控制数据的收发，记录串行口的工作状态。当串行 口接收数据时，外界的串行数据通过RXD引脚进入串行 口的接收SBUF，供CPU读取；发送数据时，CPU将数据写 入发送SBUF，然后通过TXD引脚发送到线路上。 设有A、B两台单片机串行通信，A机发送、B机接

15、收。 A机的CPU将数据写入发送SBUF，就启动了发送过程，按设定 的波特率，每来一个移位脉冲，SBUF中的数据便移出一位，按 先低位后高位的顺序一位一位地将数据移到TXD引脚上，当A机 的一帧数据发送完毕，硬件电路自动将发送中断标志TI置1， 向CPU发出中断请求，请求CPU将下一个数据写入发送SBUF。 与此同时B机按设定的波特率，每来一个移位脉冲，就会将 RXD引脚上的数据移入SBUF，这样先低位后高位，直到一帧数 据接收完成，硬件电路自动将RI标志置1，向CPU发中断请求， 请求CPU及时取走刚刚收到的数据。 二、串行口的控制寄存器 1、串行通信控制寄存器SCON MCS-51单片机串行口的工作方式、接收和发送控 制及串行口的状态标志都是由寄存器SCON来控制和指示 。 SM2：是多机通 信控制位。 通常应把该位置 为“0”；在串 口方式2和方式3 ，进行多机通信 时，该位需要置 成“1”。 REN：允许接收位 REN=1时，允许接 收数据；REN=0时 ，禁止接收数据。 TB8：发送数据的第9位 在方式2、方式3，TB8的内容是要发送 数据的第9位，其值由用户通过软件设 置。在双机通信时，TB8一般作为奇偶 校验位使用；在多机通信时，常以TB8 的状态表示主机发送的是地址帧还是数