计算机串行通信接口技术

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1、计算机测控技术张明 谢列敏 编著第一章 计算机串行通信接口 技术串行通信的基本概念计算机系统与外设或者计算机系统与计算机 系统之间的信息传递通常采用串行通信串行通信按同步方式来分，可分为异步串行 通信和同步串行通信异步串行通信:是指不使用同步时钟信号进行通信的方案。只要通信的收发双方使用相同的位速率(即波特率：每秒传 送的数据位数)，并使用适当的方法对数据校验，异步串行 通信是可以可靠传送数据包的. 以字符为传送单位 , 用起始位和停止位标识每个字符 的 开始和结束 , 字符间隔不固定，只需字符传送时同 步。D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1起 始 位空 闲 位停 止 位起

2、 始 位奇偶校验(A) 异步通信常用格式：一个字符帧异步通信字符格式规定(一帧)：起始位,数据位，奇偶校验位和停止位。波特率(位/秒)每秒传送的位数 常用的波特率有38400，19200，9600，48002400，1200， 600，300等 网速：华数10兆和电信4兆 2011年年底，中国互联网接入速率为1.4兆比特，国际排名降到了第90位。 全球最快带宽速度：韩国13.8Mb居首 英国建世界最快宽带 速度为1.5Gb/s802.11b（11Mb/s 无线标准）理论最大速度11Mbps，其WLAN传输速度一 般在3-6Mbps之间，换算成MB（1MB=8Mb）也就是每秒传输速度在400KB

3、- 800KB左右。取其中间值600KB，这样的速度要传输100MB的文件需要2分半钟 到3分钟左右 无线上网卡注意分为GPRS和CDMA两种。GPRS的实际速度：基本和56Kbps的Modem速度持平。CDMA的实际速度：达到153.6Kbps，是家里电话线上网的四倍左右。(B) 异步通讯双方的两项约定串行通信的基本概念工作方式发送器接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器单工方式：半双工方式：全双工方式：1.1.1异步串行通信硬件1）计算机内部的数据是并行传送，要进行串 行通信，必须通过接口电路，实现并串、串并 转换 （1）单片机一般内部集成UART（通用异步收发机）

4、（2）也可以使用芯片进行扩展如8251并行接口MAX3100SPI（8FIFO）TL16C550A并行（16FIFO）TL16C554内含4路TL16C550B串行通信硬件实现 一般采用UART芯片实现，如下页图。 工作原理：发送时，由硬件将并行送来的 数据串行由TXD发出，并自动添加辅助位。 接收时，自动监视RXD线，测到起始位时转 入串行接收，并自动去掉辅助位后并行送出 。51单片机的串行接口硬件结构SBUF （发）SBUF （收）发送控制器 TI接收控制器 RI移位寄存器波 特 率 发 生 器 T11A 累 加 器(门)移位寄存器RxD P3.0TxD P3.1去申请中断引脚引脚CPU内

5、部串行通信UART对RXD的检测：依据芯片的时钟对输入 的RXD采样，检测到RXD的起始位以后自动转 入数据接收。如下图。串行通信51单片机内部有一个功能很强的全双工串 行口,可同时发送和接收数据。它有四种工作方式，可供不同场合使用。 波特率由软件设置,通过片内的定时/计数器 产生。接收、发送均可工作在查询方式或中 断方式,使用十分灵活。串行通信TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND串行通信发送和接收电路SBUF是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器,可同时 发送、接收数据。两个缓冲器只用一个字节地址99H,可通 过指令对SBUF的读写来区别是对接收缓冲器的操作

6、还是对 发送缓冲器的操作。MOV SBUF,A ;CPU写SBUF,就是修改发送缓冲器;MOV A,SBUF ;CPU读SBUF,就是读接收缓冲器。串行口对外也有两条独立的收发信号线RXD(P3.0)和 TXD(P3.1),因此可以同时发送、接收数据,实现全双工传 送串行通信发送和接收过程都是在发送和接收时钟 控制下进行的，必须与设定的波特率保持一 致。串行通信串行口控制寄存器SCON（98H）1.SM0、SM1 控制串行口方式，如 mov scon,#00xxxxxxb 则该串口工作在方式0SM0 SM1工作方式说 明波特率0 0方式0 (扩展I/O 口)移位输入/输出(用 于扩展I/O引脚

7、)方 式为fosc(振荡 频率)的 1/12。0 1方式1 (常用)波特率可变的8位 异步串行通信方式1 0方式2 (不常用)波特率固定的9位 异步串行通信方式1 1方式3 (常用)波特率可变的9位 异步串行通信方式串行通信2.SM2 允许方式2、3的多机通讯特征位(2,3主 机0，分机1)3、REN 允许串行接收位，由软件置/复位1：允许接收0：不允许接收；发送数据时设为04、TB8 在方式2、3中要发送的第九位数据，由软件置/复位串行通信串行口的编程 串行口需初始化后,才能完成数据的输入、输出 。其初始化过程如下: 按选定串行口的操作方式设定SCON的SM0、SM1两位二进 制编码。对于操

8、作方式2或3,应根据需要在TB8中写入待发送的第 9位数据。若选定的操作方式不是方式0,还需设定接收/发送的波 特率。设定SMOD的状态, 以控制波特率是否加倍。若选定 操作方式1或3, 则应对定时器T1进行初始化以设定其溢出 率。串行通信例：设甲乙机以串行方式1进行数据传送， fosc=11.0592MHz，波特率为 1200b/s。甲机发送的1个数据存在内 RAM 40H单元中，乙机接收后存在内RAM 50H地址区域中串行通信T1初值 = 256 - = 232 = E8H串行方式1波特率取决于T1溢出率(设SMOD=0),计算T1定时初值：321212001105920020发送过程：1

9、.给定时器设定初值并开启，为串口工作准 备2.串口禁止接收状态；3.发送数据4.一个字节结束判断5结束清标志位，发下一个字节甲机发送子程序：TXDA: MOV TMOD,#20H ;置T1定时器工作方式2MOV TL1,#0E8H;置T1计数初值MOV TH1,#0E8H;置T1计数重装值CLR ET1;禁止T1中断SETB TR1;T1启动MOV SCON,#40H;置串行方式1,禁止接收MOV PCON,#00H;置SMOD=0(SMOD不能位操作) CLR ES;禁止串行中断TRSA: MOV R0,#40H;置发送数据区首地址MOVA,R0;读一个数据MOVSBUF,A;发送JNBTI

10、,$;等待一帧数据发送完毕CLRTI;清发送中断标志INCR0;指向下一字节单元RET乙机接收子程序RXDB: MOV TMOD,#20H;置T1定时器工作方式2 MOV TL1,#0E8H ;置T1计数初值 MOV TH1,#0E8H;置T1计数重装值 CLR ET1;禁止T1中断 SETB TR1;T1启动 MOV SCON,#40H;置串行方式1,禁止接收 MOV PCON,#00H;置SMOD=0(SMOD不能位操作) CLR ES;禁止串行中断 MOV R0,#50H;置接收数据区首地址 SETB REN;启动接收 RDSB: JNB RI,$;等待一帧数据接收完毕 CLR RI;清

11、接收中断标志 MOV A,SBUF;读接收数据 MOV R0,A;存接收数据 INC R0;指向下一数据存储单元 RET工业控制中，用于调制解调器的信号不使用RTS：请求发送询问数据装置是否做好了接受数据的准备 CTS：清除发送数据装置通知数据终端已做好了接受数据的准备 DTR：数据终端就绪 数据终端做好了接受数据的准备 DSR：数据装置就绪 数据装置做好了发送数据的准备 CD：载波信号检出 RI: 振铃信号数据终端：如计算机数据终端：如计算机 数据装置：如数据装置：如MODEM MODEM 或另一台计算机或另一台计算机异步串行通信接口异步串行通信接口通常指以下三类：RS-232(A、B、C)

12、；20mA电流环；RS-422/RS485。2）串行通信连接方式直接直接连接连接1 1米以内米以内, ,不超过不超过5 5米米RS-232CRS-232C1515米以内，不超过米以内，不超过100100米米20mA20mA电流环电流环500500米米RS-422/485RS-422/48512001200米米需TTL电平信号进行转换1.1.2异步串行通信的直接连接将TTL/CMOS信号直接连接1米以内，最长不超过5米TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND从机1从机2从机3主机图1.5 直接

13、连接图1.5 多机接连接主机可以是计算机或单片机系统，从机多为单片机系统。 51系列常采用总线方式。从机较多时，主机TXD应使用总线驱动器(如74HC244)驱动从机TXD应使用OC门（如7407驱动）输出，并在主机 端接上拉电阻（2.2k左右）TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND从机1从机2从机3主机TXDTXDRXDRXDGNDGNDRXDRXDTXDTXDGNDGND1）电气特性采用负逻辑1.1.3 RS-232C-3v -15v表示逻辑“1”+3v +15v表示逻辑“0” 传输距

14、离一般在15米以内，最远不超过30米。最远 传输距离与波特率有关.传输速率越快，可靠传输的距离 越短,RS-232C在长距离通信时，常常发生通信错误，即 便波特率低到300b/s ，通信距离也达不到100m 2）电平转换常用芯片MAX232C C 1 1C C 1 1C C 3 3C C 5 5C C 4 4TTL/COMTTL/COM S S输入输入TTL/COMTTL/COM S S输出输出RS-232RS-232 输出输出 RS-232RS-232 输入输入5V5V图1.7 MAX32功能框图(电平转换)图1.7 MAX232功能框图RS-232C将TTL的异步通信逻辑转换为RS-232

15、C逻辑电平，使用最 方便的器件即是使用MAX232A(或功能类似的器件)。上 图即是其内部逻辑框图，可以看到，片内包含了能产生 10V电源的电荷泵电路(电压加倍器和电压反相器)，仅需 外接四个0.1f电容(MAX232A)或1f电容(MAX232)即可。 每个器件含有两路TTL/CMOS到RS-232C的转换输出电路 ，同时含有两路RS-232C到TTL/CMOS逻辑的输入电路。 所以，当不需要其它控制信号时，一片MAX232即可支持 两路RS-232C作全双工通信，而且不需要12V供电电源。与MAX232A功能相当的器件有很多，仅Maxim公司就有许 多型号，如MAX202、MAX220249等，有些器件甚至不 必外加电容。 3）连接器TXD：发送数据，2号引脚 RXD：接受数据，3号引脚 GND：信号地，5号引脚常用9针D形连接器 DB9 计算机端使用DB9针，连线使用DB9孔 1 2 3 4 56789PCPC机机JARA1104 4JARA1104 4串口卡串口卡RS232C RS232C 设备设备RS232C RS232C 设备设备RS232C RS232C 设备设备4）连接方法上位机与多个串口设备通信时，每个串口必须使用1 个独立的RS232C串口