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1、单片型计算机原理 及工程应用,陕西科技大学 吉涛,第七章 串行通信及串行扩展技术,第七章 串行通信及串行扩展技术,内容提要： 了解通信的概念，了解串行通信方式； 了解RS-232等串行通信的标准； 掌握51串行口的结构、通信原理方法；（重点） 了解串行扩展、应用方法； 熟悉单片机串行通信方法和常用的内部串行通信总线标准 。 学习难点： 串行通信数据帧格式； RS-232C等的接口标准及电气标准； 51串行口的通信方式设置及波特率设置方法； 51单片机间的通信和单片机与PC机的通信方法； 内部串行通信总线标准。,7.1 串行通信概述,通信的两种基本方式：并行通信与串行通信。 并行通信：将数据的各
2、位用多条数据线同时进行传送，外加地址线和通信控制线。 串行通信：一条信息的各位数据被逐位按顺序在一条传输线上逐个地传送，传输线既传数据，又传联络信息。,并行通信 适用：近距离传输 30M； 优点：传输速率高； 缺点：多条传输线，成本高。,串行通信 适用：远距离或数据量少的通信； 优点：远距离传输速率易提高、抗干扰能力强、成本低； 缺点：传输速率低。,7.1 串行通信概述,串行通信的基本方式 同步通信：按软件识别同步字符来实现数据的传送，由同一频率的时钟脉冲来实现发送和接收的同步； 异步通信：发送端和接收端使用的不是同一个时钟，是以字符帧为单位进行传输，不需要在发送端和接收端之间传输时钟信号。,
3、串行传输有二个问题需要解决 如何区分一位？ 如何将一串0和1还原成数据？,1001 1111 1001 1111,1001 1111 1111 1001,80C51单片机中主要使用异步串行通信方式。,7.1 串行通信概述,串行通信的基本方式-异步通信,每帧数据由4部分组成：起始位(1位)、数据位(位)、奇偶校验位(位，也可以没有校验位)、停止位(1或2位)。 实现异步通信的硬件电路称为UART。,异 步 通 信 字 符 帧 格 式,起始位：逻辑“0”信号，1位，通知接收端有一个新的字符数据到达，应准备接收。当信道上没有数据传送时，保持为高电平“1”，即空闲信号。对于接收端，不断的检测线路状态，
4、若连续为“1”后又检测到一个“0”，则立即准备接收数据。,数据位：逻辑“0”、“1”信号，占58位，在数据发送时，总是低位在先，高位最后。,奇偶校验位：逻辑“0”或“1”信号，占1位，用于在数据传送时作正确性检查，通常有：奇校验、偶校验和无校验三种情况。当该位不用于校验时可作为控制位，用于判定该字符所代表的信息(1-地址或0-数据等)。,停止位：逻辑“1”信号，用于表征字符的结束，表示一帧字符信息发送结束。该位可以时1、1.5或2个比特位，在实际应用中由用户根据需要设定。,7.1 串行通信概述,串行通信的基本方式-同步通信,在同步信号字符的同步下实现数据信号的发送与接收，由同一频率的时钟脉冲来
5、实现发送和接收的同步，传输的速度较高，通常在几十至几百千波特，实现的方法也较复杂，硬件要求较高，需要锁相技术保证相位一致。,一次传送一组数据，并在传递开始处添加SYN同步字符。 波特率：101000k bps,同步传输,高位先送,7.1 串行通信概述,串行通信的基本方式-同步通信,波特率(Baud Rate)：指一秒钟传送数据位的个数。波特率是串行通信的重要指标，对数据的成功传送至关重要,每秒钟传送一个数据位就是1波特。即：1波特1bps（位/秒）,在这种通信方式中，数据块内的各位数据之间没有间隔，传输效率高； 发送、接收双方必须保持同步(使用同一时钟信号)，且数据块长度越大，对同步要求就越高
6、。 同步通信设备复杂，成本高，一般只用在高速数字通信系统中。,典型的同步通信格式如下：,7.1 串行通信概述,串行通信的基本方式 串行通信的数据传送方式 ：按照数据传送方向，串行通信可分为单工方式、半双工和全双工三种方式。 单工(Simplex)方式 ：广播 半双工(Half Duplex)方式 ：步话机 全双工(Full Duplex)方式：电话,7.2 常用的串行通信总线,RS-232接口标准,在实现计算机与计算机、计算机与外设间的串行通信时，通常采用标准通信接口，这样就能很方便地把各种计算机、外部设备、测量仪器等有机地连接起来，进行串行通信。,RS-232C标准（协议）的全称是EIA-R
7、S-232C标准 EIA：(Electronic Industry Association)美国电子工业协会 RS：( Recommended Standard )代表推荐标准 232： 是标识号 C： 代表RS232的最新一次修改（1969）。 它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。,7.2 常用的串行通信总线,RS-232接口标准 引脚定义：,7.2 常用的串行通信总线,RS-232接口标准 机械特性：,7.2 常用的串行通信总线,RS-232接口标准 电气特性： RS-232C采用负逻辑电平，规定DC(
8、-3-15V)为逻辑1，DC(+3+15V)为逻辑0。 传输最大距离：30m。 最高传输速率：20kbit/s。 RS-232C的逻辑电平与通常的TTL和MOS电平不兼容，为了实现与TTL或MOS电路的连接，要外加电平转换电路。,7.2 常用的串行通信总线,RS-422接口标准介绍 RS-422A每个通道要用两条信号线，逻辑电平由A、B之间的电位差值来决定。 逻辑1：为BA的状态 逻辑0：AB的状态 AB之间的电压差不小于200mv RS-422A总线采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器，抗共模干扰能力强 。 4线制，全双工，可以实现多站互联通信，但标准规定电路中只有一个发送器，可以有多达1
9、0个接收器。 在 100kb/s速率以下，最大传输距离为4000英尺（约1219米）；最大传输速率为10Mb/s ，一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s。在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。,7.2 常用的串行通信总线,RS-485接口标准介绍 RS-485是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422A的性能。 RS-485为半双工模式，这一改动，对实现多站互连提供了很大的方便，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备。 RS-485最小型由两条信号电路线组成。每条连接电路必须有接地参考点，电缆能支持32个发送接收器对。为了避免地面漏电流的影响
10、，每个设备一定要接地。,7.2 常用的串行通信总线,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 51单片机内部有一个全双工的串行接口，串行数据接收引脚RXD（P3.0） 和串行数据发送引脚TXD（P3.1），具有4种工作方式。 与串行口有关的特殊功能寄存器(SBUF、 SCON),7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 串行口数据缓冲器 SBUF（99H）,接收、发送对应于同一地址（99H），但实际上是两个缓冲器。所以可同时发送数据、接收数据。,发送缓冲器：只能写，CPU写入SBUF的时候 (MOV SUBF，A)即为发送； 接收缓冲器：只能读，CPU读取SBU
11、F的过程 (MOV A，SUBF)即为接收。,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）,SCON .7 .6 -SM0、SM1 控制串行口方式,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）,SCON .5 -SM2 允许方式2、3的多机通讯特征位,在方式2、3中若SM2=1表示接收的第九位数据（RB8）为0时不激活RI，丢弃以收8位数据。 在方式1中若SM2=1只有收到有效的停止位（记录在RB8中）时才会激活RI。 在方式0中SM2必须为0。,
12、7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）,SCON .4 - 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（允许发送）,SCON .3 - TB8 在方式2、3中要发送的第九位数据，可以作为奇偶位，多机通讯时0为数据，1为地址，由软件置/复位,SCON .2 - RB8 在方式2、3中是接收的第九位数据在方式1 中若SM2=0，RB8是接收的停止位。 在方式0中不用RB8。,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 串行接口控制寄存器 SCON（Serial Control）,
13、SCON .1 - RI 接收中断标志（必须由软件清除） 在方式0中串行接收到第8位结束时自动置位。 在方式1、2、3中串行接收到停止位的中间时置位。,1,0 1,1 0 1,1 1 0 1,1 1 1 0 1,0 1 1 1 0 1,0 0 1 1 1 0 1,1 0 0 1 1 1 0 1,SCON .0 - TI 发送中断标志（必须由软件清除） 在方式0中串行发送第8位结束时自动置位。 在方式1、2、3中串行发送停止位后置位,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行接口结构 电源控制寄存器 PCON（87H）,SMOD：波特率选择位。 例如：方式1的波特率的计算公式为： 方式1波
14、特率=（2SMOD/32）定时器T1的溢出率 也称SMOD位为波特率倍增位。 T1常工作在方式2。,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行口的工作方式及波特率 方式0-同步移位寄存器I/O 波特率: fosc/12 用于: 扩展I/O口 RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。,移位输出：方式0发送数据的原理图和工作时序如图5-13,采用74LS164串入并出移位寄存器实现，P1.0线提供片选信号（高电平有效，发送前用负脉冲复位清除74LS164的输出）。当一个数据写入串行口发送缓冲器时，串行口将8位数据以fosc/12的固定波特率从RxD引脚输出，从低
15、位到高位。发送完成后，置中断标志TI为1，请求中断，在再次发送数据之前，必须用软件将TI清零，并再次执行写SBUF指令。 同样的CMOS芯片：4094,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行口的工作方式及波特率 方式1-同步移位寄存器I/O 波特率: fosc/12 用于: 扩展I/O口 RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。,移位输入：方式0接收数据的原理图和工作时序如图5-14所示采用74LS165并入串出移位寄存器实现，P1.0线提供控制信号，当S/L=0时，允许置入并行数据，当S/L=1时，允许数据串行移位输出。在REN=1和RI=0的条件下，
16、接收器以fosc/12的波特率对RxD引脚输入的数据信息采样，当接收器接收完8位数据后，置中断标志RI=1为请求中断，在再次接收之前，必须用软件将RI清零。 同样的CMOS芯片：4014,图5-14 方式0输入原理图、时序,例题 如图所示的8个LED指示灯，指示8个按键闭合状态，有键按下时对应的指示灯亮。,7.3 51系列单片机的串行接口,51单片机串行口的工作方式及波特率 方式1-同步移位寄存器I/O,【实现程序】 SIO： MOV SCON，#10H ；REN=1，RI=0，SM0=0，SM1=0， ；串行口工作在方式0,且启动接收过程 LOOP： CLR P1.0 ；允许并行读入按键到74LS165,S/=0 ；有按键的位读数为0 SETB P1.0 ；允许串行移位，S/=1 CLR RI ；启动接收 JNB RI，$ ；若RI=0，8位数据未
