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1、单片机技术应用,第5章 MCS-51单片机串行通信,第5章 MCS-51单片机串行通信,5.1 串行通信基础 5.1.1 串行通信的分类 5.1.2 串行通信的制式 5.1.3 串行通信的接口电路 5.2 RS-232C标准接口总线 5.2.1 RS-232C信息格式标准 5.2.2 RS-232C电平转换器 5.2.3 RS-232C总线规定,第5章 MCS-51单片机串行通信,5.3 MCS-51单片机串行接口 5.3.1 串行口结构 5.3.2 串行口工作方式 5.3.3 MCS-51单片机串行口的波特率 5.4 MCS-51单片机通信 5.4.1 单片机的双机通信 5.4.2 PC机和
2、单片机的通信,5.1 串行通信基础,5.1.1 串行通信的分类 按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为同步通信和异步通信两类。 1.异步通信 在异步通信中，数据通常以字符为单位组成字符帧传送，字符帧由发送端一帧一帧发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧接收。发送端和接收端由各自独立的时钟控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。,5.1.1 串行通信的分类,在异步通信中，接收端依靠字符帧格式判断发送端何时开始发送以及何时结束发送，字符帧格式是异步通信的一个重要指标。 （1） 字符帧 字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分组成，如
3、图5-1所示。,图5-1异步通信的字符帧格式 (a) 无空闲位字符帧；(b) 有空闲位字符帧,5.1.1 串行通信的分类,起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。 数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。 奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，表示串行通信中采用奇校验还是偶校验。 停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧做准备。 在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没有空闲位，也可以有若干空闲位。,5.1.1 串行通信的
4、分类,(2) 波特率 波特率是每秒钟传送二进制数码的位数，单位为b/s(位/秒)，是异步通信的另一个重要指标， 表示数据传输的速度，波特率越高，数据传输速度越快。 通常，异步通信的波特率为50-9600 b/s。 异步通信不需要传送同步时钟，字符帧长度不受限制，设备简单，但是字符帧中因包含起始位和停止位而降低了有效数据的传输速率。,5.1.1 串行通信的分类,2.同步通信 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信息，该信息帧有若干个数据字符，由同步字符、数据字符和校验字符CRC三部分组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。 同步通信的数据传输
5、速率较高，可以达到56000 b/s以上，但是要求发送时钟和接收时钟必须严格同步。,5.1.2 串行通信的制式,在串行通信中数据在两个站之间传送，按照数据传送方向，串行通信可分为单工（simplex）、半双工（half duplex）和全双工（full duplex）三种制式，如图5-2所示。,图5-2 单工、半双工和全双工三种制式示意图,5.1.2 串行通信的制式,在单工制式下，通信线的一端接发送器，一端接接收器，数据只能按照一个固定的方向传送； 在半双工制式下，系统的每个通信设备都由一个发送器和一个接收器组成，数据能从A站传送到B站，也可以从B站传送到A站，但不能同时在两个方向上传送，即只
6、能一端发送，一端接收；全双工通信系统的每端都有发送器和接收器，可以同时发送和接收，即数据可以在两个方向上同时传送。 在实际应用中，尽管多数串行通信接口电路具有全双工功能，但在一般情况下只工作于半双工制式下，这种用法简单而且实用。,5.1.3 串行通信的接口电路,串行接口电路有能够完成异步通信的硬件电路UART、能够完成同步通信的硬件电路USRT和既能够完成异步又能同步通信的硬件电路USART等型号。所有的串行接口电路都是以并行数据形式与CPU接口，以串行数据形式与外部逻辑接口，其基本功能都是接收串行数据，转换成并行数据后传送给CPU，或者从CPU接收并行数据，转换成串行数据后输出。,5.2 R
7、S-232C标准接口总线,RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准，由美国电子工业协会（EIA）公布，RS表示Recommended Standard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。 RS-232C主要用来定义计算机系统的数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间的电气性能，由于MCS-51单片机本身有一个全双工的串行接口，使用RS-232C串行接口总线非常方便。 RS-232C串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于15 m以及传输速率最大为19.2 kb/s的环境下。,5.2.1 RS-232C信息格式标准,RS-232C采用串行格式，如图5
8、-3所示。RS-232C标准规定信息的开始为起始位，信息的结束为停止位，信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”表示。,图5-3 RS-232C信息格式,5.2.2 RS-232C电平转换器,RS-232C的电气标准采用负逻辑，即逻辑“0”表示+5 V至+15 V，逻辑“1”表示-5 V至-15 V， 所以RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使TTL电路损坏。常用的电平转换集成电路是传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489，另一种常用的电平转换电路是MAX232，如图5-4所示为MAX232的引脚图。,图5
9、-4 MAX232芯片引脚图,5.2.3 RS-232C总线规定,RS-232C标准总线为25根，采用标准的D型25芯插头，引脚排列如图5-5所示。 对于9芯插头的RS-232C标准，与25芯插头的RS-232C标准的引脚对应关系见表5-1。,图5-5 RS-232C引脚图,表5-1 9芯插头和25芯插头的常用信号引脚说明,5.2.3 RS-232C总线规定,在最简单的全双工系统中，只使用发送数据、接收数据和信号地三根信号线，对于MCS-51单片机利用RXD（串行数据接收端）线、TXD（串行数据发送端）线和一根地线，就可构成符合RS-232C接口标准的全双工通信口。,5.3 MCS-51单片机
10、串行接口,5.3.1 MCS-51串行口结构 MCS-51单片机内部有两个独立的接收缓冲器SBUF和发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存器，发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，二者共用一个字节地址（99H），串行口的结构如图5-6所示。,图5-6 串行口结构示意图,5.3.1 MCS-51串行口结构,与MCS-51单片机串行口有关的特殊功能寄存器有SBUF、SCON和PCON等，简单说明如下。 1.串行口数据缓冲器SBUF SBUF是两个在物理上独立的接收寄存器和发送寄存器，一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放欲发送的数据，可同时发送和接收数据，两个缓冲器共用一
11、个地址99H，通过读和写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓冲器进行操作。通过串行口对外的两条独立收发信号线RXD（P3.0）和TXD(P3.1)实现接收数据或发送数据，可以同时发送数据和接收数据，为全双工工作制式。,5.3.1 MCS-51串行口结构,2.串行口控制寄存器SCON SCON控制串行口的工作方式和状态，可以位寻址，字节地址为98H。单片机复位时，所有位全为“0”，SCON的格式如图5-7所示。,图5-7 SCON的各位定义,5.3.1 MCS-51串行口结构,SM0、SM1：串行方式选择位，其定义见表5-2所示,表5-2 串行方式选择位,5.3.1 MCS-51串行口结构,SM2
12、：多机通信控制位，用于方式2和方式3中，可参阅相关资料。 REN：允许串行接收位，由软件置位或清零。REN=1时，允许接收；REN=0时，禁止接收。 TB8：发送数据的第9位。在方式2和方式3中，由软件置位或复位，可做奇偶校验位。在多机通信中，可做为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定地址帧时，TB8为1，数据帧时，TB8为0。 RB8：接收数据的第9位。功能同TB8。,5.3.1 MCS-51串行口结构,TI：发送中断标志位。在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位之初由硬件置位。TI是发送完一帧数据的标志，可以用指令JBC TI，rel查询是否发送结束；TI=1
13、时也可向CPU申请中断，响应中断后，必须由软件清除TI。 RI：接收中断标志位。在方式0中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位的中间由硬件置位。同TI一样，可以用指令JBC RI，rel查询是否接收完一帧数据；RI=1时也可向CPU申请中断，响应中断后，必须由软件清除RI。,5.3.1 MCS-51串行口结构,3. 电源及波特率选择寄存器PCON PCON是主要为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，不可以位寻址，字节地址为87H。与串行接口有关的只有D7（SMOD）位，在方式1、2和3时，当D7=1时，波特率加倍，其它各位的意义可参阅相关资料。,5.3.2 串
14、行口工作方式,MCS-51单片机串行口通过SCON中的SM1和SM0位可以决定4种工作方式。 1. 方式0 在方式0下，串行口做同步移位寄存器用，其波特率固定为fosc/12。串行数据从RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出，常用于扩展I/O端口，要求SM2必须为“0”。 （1）发送 当一个数据写入串行口发送缓冲器SBUF时，串行口将8位数据以fosc/12的波特率从RXD引脚输出（低位在前），发送完置中断标志TI为“1”，请求中断，如图5-8所示。,5.3.2 串行口工作方式,图5-8 方式0用于扩展I/O口输出,5.3.2 串行口工作方式,（2）接收 在满足R
15、EN=1和RI=0的条件下，串行口开始从RXD端以fosc/12的波特率输入数据（低位在前），当接收完8位数据后，置中断标志RI为“1”，请求中断，如图5-9所示。,5.3.2 串行口工作方式,图5-9 方式0用于扩展I/O口输入,5.3.2 串行口工作方式,串行控制寄存器SCON中的TB8和RB8在方式0中未用，每当发送或接收完8位数据后，硬件会自动置TI或RI为“1”，CPU响应TI或RI中断后，必须由用户用软件清“0”。 2. 方式1 在方式1下串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART，发送或接收一帧信息，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1，其帧格式如图5-10所示。,5.
16、3.2 串行口工作方式,图5-10 10位的帧格式,5.3.2 串行口工作方式,（1） 发送 发送时数据从TXD端输出，当数据写入发送缓冲器SBUF后，启动发送器发送。当发送完一帧数据后，置中断标志TI为“1”，方式1传送的波特率取决于定时器1的溢出率和PCON中的SMOD位。 （2） 接收 接收时串行口采样RXD，当采样由1到0跳变时，确认是起始位“0”，开始接收一帧数据。当RI=0，且停止位为“1”或SM2=0时，停止位进入RB8位，同时置中断标志RI。方式1接收时应先用软件清除RI或SM2标志。,5.3.2 串行口工作方式,3.方式2 在方式2下串行口为11位UART，传送波特率与SMOD有关。发送或接收一帧数据包括1位起始位“0”，8位数据位，1位可编程位(用于奇偶校验)和1位停止位“1”，如图5-11所示。,5.3.2 串行口工作方式,图5-11 11位的帧格式,5.3.2 串行口工作方式,（1）发送 发送时由软件设置TB8，将要发送的数据写入SBUF，启动发送器将一帧信息从TXD发送。在送完一帧信息后，TI被自动置
