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1、郭天祥单片机教学课件郭天祥单片机教学课件 LESSON7_LESSON7_串口通信串口通信本文由 wyp_holmes 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第七讲7.1 计算机串行通信基础 7.2 80C51 的串行口 的串行口 7.3 单片机串行口编程应用 举例7.1 计算机串行通信基础随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技 术的普及,计算机的通信功能愈来愈显得重要. 术的普及,计算机的通信功能愈来愈显得重要. 计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与 计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与 计算机之间的信息交换. 计算机之间的信
2、息交换. 通信有并行通信 串行通信两种方式 并行通信和 两种方式. 通信有并行通信和串行通信两种方式.在多 微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采 用串行通信方式. 用串行通信方式.计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合, 计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合, 是将计算机技术和通信技术的相结合 完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信 可以分为两大类 并行通信与串行通信. 分为两大类: 息交换 .可以分为两大类:并行通信与串行通信. 并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同 并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同 时进行传送 .并行通信控制简单,传输速度快;由于传输
3、线较多, 并行通信控制简单,传输速度快;由于传输线较多,长距离 控制简单 传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难. 传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难.串行通信是将数据字节分成一位一位的形 串行通信 式在一条传输线上逐个地传送.串行通信的特点:传输线少,长距离传送时 串行通信的特点:传输线少, 成本低,且可以利用电话网等现成的设备, 成本低,且可以利用电话网等现成的设备, 但数据的传送控制比并行通信复杂. 但数据的传送控制比并行通信复杂.7.1.1 串行通信的基本概念一,异步通信与同步通信1,异步通信 , 异步通信是指通信的 是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟 异步通信是指通信
4、的发送与接收设备使用各自的时钟 控制数据的发送和接收过程.为使双方的收发协调, 控制数据的发送和接收过程.为使双方的收发协调,要求 发送和接收设备的时钟尽可能一致. 发送和接收设备的时钟尽可能一致.间隙任意 接 收 10100100 设 备1 0 10100100 1 0 11100110 1发 送 0 11100110 设 备异步通信是以字符(构成的帧) 异步通信是以字符(构成的帧)为 以字符 单位进行传输, 单位进行传输,字符与字符之间的间 隙(时间间隔)是任意的,但每个字 时间间隔)是任意的, 符中的各位是以固定的时间传送的, 符中的各位是以固定的时间传送的, 即字符之间不一定有“位间隔
5、“ 即字符之间不一定有“位间隔“的整 数倍的关系, 同一字符内的各位之 数倍的关系,但同一字符内的各位之 间的距离均为“位间隔“的整数倍. 间的距离均为“位间隔“的整数倍.异步通信的数据格式 :异步通信的特点: 异步通信的特点:不要求收发双方时钟的 严格一致,实现容易,设备开销较小,但 严格一致,实现容易,设备开销较小, 每个字符要附加 2 位用于起止位 位用于起止位, 每个字符要附加 3 位用于起止位,各帧 之间还有间隔,因此传输效率不高. 之间还有间隔,因此传输效率不高.2,同步通信 ,同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制, 同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制,
6、使双方达到完全同步.此时, 使双方达到完全同步.此时,传输数据的位之间的距离均 位间隔“的整数倍,同时传送的字符间不留间隙, 为“位间隔“的整数倍,同时传送的字符间不留间隙,即 保持位同步关系 也保持字符同步关系 关系, 关系. 保持位同步关系,也保持字符同步关系.发送方对接收方 的同步可以通过两种方法实现. 的同步可以通过两种方法实现.外同步自同步面向字符的同步格式 :此时, 此时,传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集 帧头为 1 个或 (如 ASCII 码)中的字符所组成.图中帧头为 个或 个同 码 中的字符所组成.图中帧头为 个或 2 个同 步字符 SYN(ASCII 码为 码为 1
7、6H). ).SOH 为序始字符 为序始字符 步字符 ( 码为 ). 为序始 码为 01H),表示标题的开始,标题中包含源地 ),表示标题的开始 (ASCII 码为 码为 ),表示标题的开始,标题中包含源地 为文始字符 目标地址和路由指示等信息. 址,目标地址和路由指示等信息.STX 为文始字符 为文始 码为 02H),表示传送的数据块开始.数据块是 ),表示传送的数据块开始 (ASCII 码为 码为 ),表示传送的数据块开始.数据块是 传送的正文内容,由多个字符组成.数据块后面是组终 传送的正文内容,由多个字符组成.数据块后面是组终 字符ETB(ASCII 码为 码为 17H)或文终字符 字
8、符 ( 码为 ) 文终字符ETX(ASCII 码 ( 码 ).然后是校验码. 为 03H).然后是校验码.典型的面向字符的同步规程 ).然后是校验码 的二进制同步规程 BSC. 如 IBM 的二进制同步规程 的二进制同步规程 .面向位的同步格式 :此时,将数据块看作数据流,并用序列 此时,将数据块看作数据流,并用序列 01111110 作为开始 作为开始 和结束标志.为了避免在数据流中出现序列 01111110 时引起 和结束标志.为了避免在数据流中出现序列 时引起 的混乱,发送方总是在其发送的数据流中每出现5 个连续的 个连续的 1 的混乱,发送方总是在其发送的数据流中每出现 个连续的 就插
9、入一个附加的 0;接收方则每检测到 5 个连续的 个连续的 1 并且其后 就插入一个附加的 ;接收方则每检测到 个连续的 并且其后 有一个 0 时 就删除该 0. 有一个 时,就删除该 . 典型的面向位的同步协议如 ISO 的高级数据链路控制规程 典型的面向位的同步协议如 的高级数据链路控制规程 HDLC 和 IBM 的同步数据链路控制规程 的同步数据链路控制规程 SDLC. . 和 的同步数据链路控制规程 同步通信的特点是以特定的位组合 是以特定的位组合“ 同步通信的特点是以特定的位组合“01111110“作为帧的 作为帧的 开始和结束标志,所传输的一帧数据可以是任意位. 开始和结束标志,所
10、传输的一帧数据可以是任意位.所以传 输的效率较高,但实现的硬件设备比异步通信复杂. 输的效率较高,但实现的硬件设备比异步通信复杂.二,串行通信的传输方向1,单工 , 单工是指数据传输仅能沿一个方向,不能实现反向传输. 是指数据传输仅能沿一个方向 单工是指数据传输仅能沿一个方向,不能实现反向传输. 2,半双工 , 半双工是指数据传输可以沿两个方向,但需要分时进行. 是指数据传输可以沿两个方向 半双工是指数据传输可以沿两个方向,但需要分时进行. 3,全双工 , 全双工是指数据可以同时进行双向传输 是指数据可以同时进行双向传输. 全双工是指数据可以同时进行双向传输.单工半双工全双工三,信号的调制与解
11、调利用调制器( 利用调制器(Modulator)把数字信号转换成 ) 模拟信号,然后送到通信线路上去, 模拟信号,然后送到通信线路上去,再由解调器 (Demodulator)把从通信线路上收到的模拟信 )把从通信线路上收到的模拟信 号转换成数字信号.由于通信是双向的, 号转换成数字信号.由于通信是双向的,调制器 和解调器合并在一个装置中, 和解调器合并在一个装置中,这就是调制解调器 MODEM. .四,串行通信的错误校验1,奇偶校验 , 在发送数据时,数据位尾随的 1 位为奇偶校验位 位为奇偶校验位( 或 ). ).奇 在发送数据时,数据位尾随的 位为奇偶校验位(1 或 0).奇 校验时,数据
12、中“1“的个数与校验位“1“的个数之和应为奇 校验时,数据中“ 的个数与校验位“ 的个数之和应为奇 的个数与校验位 偶校验时,数据中“ 的个数与校验位 的个数与校验位“ 的个数之和 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.接收字符时, 的个数进行校验, 应为偶数.接收字符时,对“1“的个数进行校验,若发现不 的个数进行校验 一致,则说明传输数据过程中出现了差错. 一致,则说明传输数据过程中出现了差错. 2, 2,代码和校验 代码和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或), 代码和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或), 产生一个字节的校验字符(校验和)附加
13、到数据块末尾. 产生一个字节的校验字符(校验和)附加到数据块末尾.接 收方接收数据同时对数据块(除校验字节外)求和( 收方接收数据同时对数据块(除校验字节外)求和(或各字 节异或),将所得的结果与发送方的“校验和“进行比较, ),将所得的结果与发送方的 节异或),将所得的结果与发送方的“校验和“进行比较, 相符则无差错,否则即认为传送过程中出现了差错. 相符则无差错,否则即认为传送过程中出现了差错. 3,循环冗余校验 , 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的 循环校验,常用于对磁盘信息的传输, 循环校验,常用于对磁盘信息的传输,存储区的完整性校验 这种校验方法纠错能力强,广泛应
14、用于同步通信中. 等.这种校验方法纠错能力强,广泛应用于同步通信中.五,传输速率与传输距离 1,传输速率 ,比特率是每秒钟传输二进制代码的位数, 比特率是每秒钟传输二进制代码的位数,单位 ).如每秒钟传送 是:位/秒(bps).如每秒钟传送 ).如每秒钟传送 240 个字 个字 而每个字符格式包含 10 位 个起始位 个起始位, 符,而每个字符格式包含 位(1 个起始位,1 个停止位, 个数据位 这时的比特率为: 个数据位), 个停止位,8 个数据位 ,这时的比特率为: 10 位240 个/秒 = 2400 bps 位 个秒2,传输距离与传输速率的关系 ,串行接口或终端直接传送串行信息位流的
15、最大距离与传输速率及传输线的电气特性有 当传输线使用每 0.3m(约 1 英尺)有 英尺) 关.当传输线使用每 ( 英尺 50PF 电容的非平衡屏蔽双绞线时,传输距离 电容的非平衡屏蔽双绞线时, 电容的非平衡屏蔽双绞线时 随传输速率的增加而减小. 随传输速率的增加而减小.当比特率超过 1000 bps 时,最大传输距离迅速下降,如 最大传输距离迅速下降, 9600 bps 时最大距离下降到只有 时最大距离下降到只有 76m(约 ( 250 英尺). 英尺). 英尺7.1.2 串行通信接口标准一,RS-232C 接口 RS-232C 接口RS-232C 是 EIA(美国电子工业协会)1969 年
16、修订 是 年修订RS(美国电子工业协会) 年修订 232C 标准.RS-232C 定义了数据终端设备(DTE)与数据 标准. 定义了数据终端设备( 标准 定义了数据终端设备 ) 通信设备( 通信设备(DCE)之间的物理接口标准. )之间的物理接口标准. 1,机械特性 , RS-232C 接口规定使用 针连接器,连接器的尺寸及每个 接口规定使用 25 针连接器 接口规定使用 针连接器, 插针的排列位置都有明确的定义.(阳头) .(阳头 插针的排列位置都有明确的定义.(阳头)2,功能特性 ,4,过程特性 ,过程特性规定了信号之间的时序关系, 过程特性规定了信号之间的时序关系,以便正 确地接收和发送数据 .远程通信连接近程通信连接5,RS-232C 电平与 , 电平与 TTL 电平转换驱动电路 电平与 电平转换驱动电路6,采用 RS-232C 接口存在的问题 ,采用 接口存在的问题1,传输距离短,传输速率低 ,传输距离短, RS-232C 总线标准受电容允许值的约束,使用时传输距离 总线标准受电容允许值的约束, 总线标准受电容允许值的约束 一般不要超过 15 米 线路条件好时也不超过几
