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1、第七章 89C51串行口及串行通信技术7.1 串行通信基本知识7.2 串行口及应用7.3 89C51与89C51点对点异步通信7.4 89C51与PC机间通信7.5 思考题与习题返回DateDate1 17.1 串行通信基本知识7.1.1 数据通信7.1.2 串行通信的传输方式7.1.3 异步通信和同步通信7.1.4 串行通信的过程及通信协议返回DateDate2 27.1.1 数据通信 在实际工作中，计算机的CPU与外部设备之间常常要进行信息交换，一台计算机与其他计算机之间也往往要交换信息，所有这些信息交换均可称为通信。 通信方式有两种，即并行通信和串行通信。 通常根据信息传送的距离决定采用
2、哪种通信方式。返回DateDate3 37.1.1 数据通信 并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。 优点：传送速度快； 缺点：数据有多少位，就需要多少根传送线。返回DateDate4 4Date57.1.1 数据通信 串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。 它的突出优点：只需一对传输线（利用电话线就可作为传输线），这样就大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信； 缺点：传送速度较低。返回DateDate6 6Date7图图7-1 7-1 数据通信方式数据通信方式返回DateDate8 87.1.2 串行通信的传输方式串行通信的传送方向通常有三种： p单向（或单工
3、）配置，只允许数据向一个方 向传送； p半双向（或半双工）配置，允许数据向两个 方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站 点发送； p全双向（全双工）配置，允许同时双向传送 数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它 要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送 和接受能力。返回DateDate9 9图7-2 串行通信中的数据传送方式 DateDate10107.1.3 异步通信和同步通信 串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信。1.异步通信：数据是一帧一帧传送的。 返回DateDate1111图7-3 异步通信数据格式DateDate12121.异步通信 在帧格式中，一个字符由四个部分组
4、成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始为（0），然后是5位-8位数据（规定低位在前，高位在后），接下来是奇偶校验位（可省略），最后是停止位（1）。返回DateDate13131.异步通信 起始位（0）信号只占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达。线路上在不传送字符时应保持为1。接收端不断检测线路的状态，若连续为1以后又测到一个0，就知道发来一个新字符， 应马上准备接收。字符的起始位还被用作同步接收端的时钟，以保证以后的接收能正确进行。起始位后面紧接着是数据位，它可以是5位（D0-D4）、6位、7位或8位（D0-D7）。奇偶校验（D8）只占一位，但在字符中也可以规定不
5、用奇偶校验位，则这一位就可省去。也可用这一位（1/0）来确定这一帧中的字符所代表信息的性质（地址/数据等）。停止位用来表征字符的结束，它一定是高电位（逻辑1）。停止位可以是1位、1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕，同时，也为接收下一个字符做好准备-只要再接收到0，就是新的字符的起始位。若停止位以后不是紧接着传送下一个字符，则使线路电平保持为高电平（逻辑1）。返回DateDate14142.同步通信 同步通信中，在数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1个-2个），并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到通信告一段落。 同
6、步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据块开始时用同步字符 SYNC来指示。返回DateDate1515图7-4 同步通信数据格式返回DateDate16162.同步通信 同步字符的插入可以是单同步字符方式或双同步字符方式，如图7-4所示，然后是连续的数据块。同步字符可以由用户约定，当然也可以采用ASCII码中规定的SYNC代码，即16H。按同步方式通信时，先发送同步字符，接收方检测到同步字符后，即准备接收数据。 在同步传送时，要求用时钟来实现发送端与接收端之间的同步。为了保证接收正确无误，发送方除了传送数据外，还要同时传送时钟信号。 同步传送可以提高传输速率（达56k
7、b/s或更高），但硬件比较复杂。返回DateDate17173.波特率（Baud rate） 波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是b/s。 假设数据传送速率是120字符/s，而每个字符格式包含10个代码位（1个起始位、1个终止位、8个数据位）。这时，传送的波特率为：10b字符120字符s1200bs返回DateDate18183.波特率（Baud rate） 每一位代码的传送时间Td为波特率的倒数。Td1b（1200bs-1）0.833ms 异步通信的传送速率在50b/s-19200b/s之间。返回DateDate19197.1.4 串行通信的过程及通信协议1.串
8、并转换与设备同步两个通信设备在串行线路上成功地实现通 信必须解决两个问题：一是串并转换，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；二是设备同步，即同步发送设备与接收设备的工作节拍，以确保发送数据在接收端被正确读 出。返回DateDate20201.串并转换与设备同步（1）串并转换串行通信是将计算机内部的并行数据转换成串行数据，将其通过一根通信线传送；并将接收的串行数据再转换成并行数据送到计算机中。返回DateDate21211.串并转换与设备同步 在计算机串行发送数据之前，计算机内部的并行 数据被送入移位寄存器并一位一位地输出，将并 行数据转换成串行数据。如图7-5所示。 在接收
9、数据时，来自通信线路的串行数据被压入 移位寄存器，满8位后并行送到计算机内部。 如 图7-6所示。 在串行通信控制电路中，串-并、并-串转换逻 辑被集成在串行异步通信控制器芯片中。89C51 单片机的串行口和IBM-PC机中的8250芯片都可 实现这一功能。返回DateDate2222图7-5DateDate2323图7-6 返回DateDate2424（2）设备同步 进行串行通信的两台设备必须同步工作才 能有效地检测通信线路上的信号变化，从 而采样传送数据脉冲。 设备同步对通信双方有两个共同要求： 一是通信双方必须采用统一的编码方法； 二是通信双方必须能产生相同的传送速率。返回1.串并转换与
10、设备同步DateDate2525（2）设备同步 采用统一的编码方法确定了一个字符二进 制表示值的位发送顺序和位串长度，当然还包括 统一的逻辑电平规定，即电平信号高低与逻辑1 和逻辑0的固定对应关系。 通信双方只有产生相同的传送速率，才能 确保设备同步，这就要求发送设备和接收设备采 用相同频率的时钟。发送设备在统一的时钟脉冲 上发出数据，接收设备才能正确检测出与时钟脉 冲同步的数据信息。返回DateDate26262.串行通信协议 通信协议是对数据传送方式的规定，包括数据格式定义和数据位定义等。 通信双方必须遵守统一的通信协议。串行通信协议包括同步协议和异步协议两种。返回DateDate2727
11、2.串行通信协议（1）起始位 通信线上没有数据被传送时处于逻辑1状态。 当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑0信号，这个逻辑低电平就是起始位。 起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。 起始位所起的作用就是设备同步，通信双方必须在传送数据位前协调同步。返回DateDate28282.串行通信协议（2）数据位当接收设备收到起始位后，紧接着就会收到数据位。数据位的个数可以是5、6、7或8。IBM-PC中经常采用7位或8位数据传送，89C51串行口采用8位或9位数据传送。这些数据位被接收到移位寄存器中，构成传送数据字符。在字符数据传送过程中
12、，数据位从最低有效位开始发送，依次顺序在接收设备中被转换为并行数据。返回DateDate29292.串行通信协议（3）奇偶校验位数据位发送完之后，可以发送奇偶校验位。奇偶校验用于有限差错检测，通信双方需约定已知的奇偶校验方式。如果选择偶校验，那么组成数据位和奇偶位的逻辑1的个数必须是偶数；如果选择奇校验，那么逻辑1的个数必须是奇数。返回DateDate30302.串行通信协议（4）停止位约定在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止位。停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位，1.5位或2位的高电平。接收设备收到停止位之后，通信线路上便又恢复逻辑1状态，直至下一个字符数据的起始位到来
13、。返回DateDate31312.串行通信协议（5）波特率设置通信线上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间，每一位的信号持续时间都由数据传送 速度确定，而传送速度是以每秒多少个二进制位 来衡量的，这个速度叫波特率。如果数据以300个二进制位每秒在通信线上传送，那么传送速度 为300波特，通常记为300b/s。返回（6）挂钩（握手）信号约定 DateDate32327.2 串行口及应用 89C51的串行接口是一个全双工串行通信接口，即能同时进行串行发送和接收数据。 它可以作UART（通用异步接收和发送器）用，也可以作同步移位寄存器用。 使用串行接口可以实现89C51单片机系统之间点对点的单机
14、通信和89C51与系统机（如IBM-PC机等）的单机或多机通信。返回DateDate33337.2 串行口及应用 7.2.1 89C51串行口 7.2.2 89C51串行口的应用返回DateDate34347.2.1 89C51串行口1.结 构2.串行口控制字及控制寄存器3.串行通信工作方式4.波特率设计返回DateDate35351.结 构 89C51通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界进行通信。其中有两个物理独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一低值99H，可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不能读出；接收缓冲器只能读出，不能
15、写入。串行发送与接收的速率与移位时钟同步。89C51用定时器T1作为串行通信的波特率发生器，T1溢出率经2分频（或不分频）后又经16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即是波特率。返回DateDate3636图7-7 串行口内部结构示意简图返回DateDate37371.结 构从图中可看出，接收器是双缓冲结构，在前一个字节被从接收缓冲器 SBUF读出之前，第二个字节即开始被接收（串行输入至移位寄存器）， 但是，在第二个字节接收完毕而前一个字节CPU未读取时，会丢失前一个 字节。 串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的。 当向SBUF发“写”命令时（执行“M
16、OV SBUF,A”指令），即是向发送缓冲 器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断 标志位TI=1。 在满足串行口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下，置允许接收位 REN（SCON.4）=1就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到接收 SBUF中，同时使RI=1。当发读SBUF命令时（执行“MOV A,SBUF”命令 ），便由接收缓冲器（SBUF）取出信息通过89C51内部总线送CPU。 对于发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误，一 般不需要用双缓冲器结构来保持最大传送速率。返回DateDate38382.串行口控制字及控制寄存器89C51串行口是可编程接口，对它初始化编程只用两个控制字分别写入特殊功能寄存器SCON（98H
