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1、7 7 单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真教学目的教学目的教学目的教学目的q了解串行通信的用途了解串行通信的用途q理解串行通信的结构和工作原理理解串行通信的结构和工作原理q熟悉串行通信的工作方式熟悉串行通信的工作方式q掌握单片机的双机通信和多机通信掌握单片机的双机通信和多机通信q了解了解RS232和和RS485协议协议2北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版
2、社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真本章内容本章内容本章内容本章内容q串行通信的基本用途串行通信的基本用途q串行接口结构和工作原理串行接口结构和工作原理q串行口的工作方式串行口的工作方式q双机通信和多机通信双机通信和多机通信qRS232和和RS485通信协议通信协议q仿真实例仿真实例37.1 7.1 串行通信概述串行通信概述串行通信概述串行通信概述 qq数据通信方式数据通信方式数据通信方式数据通信方式qq数据通信传输方式数据通信传输方式数据通信传输方式数据通信传输方式qq串行数据通信形式串行
3、数据通信形式串行数据通信形式串行数据通信形式北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真计算机串行通信基础计算机串行通信基础计算机串行通信基础计算机串行通信基础q随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普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。计算机通及，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之间的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。信息交换。q通信有并行通信
4、和串行通信两种方式。在多微机系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统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。方式。7.1 串行通信概述串行通信概述5北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真计算机通信计算机通信q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息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。7.1 串行通信概述串行通信概述6北京航空航天大学出版社北京航空航天
5、大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q单工数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。q半双工数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。q全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。 单工单工 半双工 全双工串行通信的传输方向串行通信的传输方向7.1 串行通信概述串行通信概述7北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真并行通信并行通信q并行通信：通常是
6、将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。具有控制简单、传输速度快的特点；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。 7.1 串行通信概述串行通信概述8北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真串行通信串行通信q 是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。上逐个地传送。q串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现
7、成的设备，但数据的传低，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。送控制比并行通信复杂。 7.1 串行通信概述串行通信概述9北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q异步通信是指通信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，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。 异步通信异步通信7.1 串行通信概述串行通信概述10北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7
8、 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q 异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间是异步的（字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系），但同一字符内的各位是同步的（各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍）。异步通信异步通信7.1 串行通信概述串行通信概述11北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q不要求收发
9、双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加23位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。异步通信的特点异步通信的特点 7.1 串行通信概述串行通信概述12北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q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，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍，同时传
10、送的字符间不留间隙，即保持的整数倍，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。发送方对接收方的同步位同步关系，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。可以通过两种方法实现。 外同步 自同步同步通信同步通信7.1 串行通信概述串行通信概述13北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位秒（位秒（bps）。如每秒钟传送）。如每秒
11、钟传送240个字符，而每个个字符，而每个字符格式包含字符格式包含10位位(1个起始位、个起始位、1个停止位、个停止位、8个数个数据位据位)，这时的比特率为：，这时的比特率为： 10位位240个个/秒秒 = 2400 bps 波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特（波特（Baud）。）。传输速率传输速率7.1 串行通信概述串行通信概述147.2 7.2 串行接口结构与工作原理串行接口结构与工作原理串行接口结构与工作原理串行接口结构与工作原理qq串行接口结构串行接口结构串行接口结构串行接口结构qq串行通信过程串行通信过程串行通信过程串行通信过程
12、qq串行数据通信形式串行数据通信形式串行数据通信形式串行数据通信形式北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真7.2.1 AT7.2.1 AT89C5289C52串行口的串行口的结结构构 有两个物理上独立的接收、发送缓冲器有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用，它们占用同一地址同一地址99H ；接收器是双缓冲结构；接收器是双缓冲结构 ；发送缓冲器，因为；发送缓冲器，因为发送时发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。是主动的，不会产生重叠错误。
13、 7.2 串行接口结构与工作原理串行接口结构与工作原理16北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真接收数据过程接收数据过程接收数据过程接收数据过程q在进行通信时，当在进行通信时，当CPU允许接收时，即允许接收时，即SCON的的REN位位设置设置1时，外界数据通过引脚时，外界数据通过引脚RXD（P3.0）串行输入，）串行输入，数据的最低位首先进入移位寄存器，一帧接收完毕后再数据的最低位首先进入移位寄存器，一帧接收完毕后再并行送入接收数据缓冲寄存器并行送入接
14、收数据缓冲寄存器SBUF中，同时将接收控中，同时将接收控制位即中断标志位制位即中断标志位RI置位，向置位，向CPU发出中断请求。发出中断请求。qCPU响应中断后读取输入的数据，同时用软件将响应中断后读取输入的数据，同时用软件将RI位清位清除，准备开始下一帧的输入过程，直至所有数据接收完。除，准备开始下一帧的输入过程，直至所有数据接收完。7.2 串行接口结构与工作原理串行接口结构与工作原理17北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真发送数据过程发送数据过程
15、发送数据过程发送数据过程qCPU要发送数据时，将数据并行写入发送数据缓冲寄存要发送数据时，将数据并行写入发送数据缓冲寄存器器SBUF中，同时启动数据由中，同时启动数据由TXD（P3.1）引脚串行发）引脚串行发送，当一帧数据发送完，即发送缓冲器空时，由硬件自送，当一帧数据发送完，即发送缓冲器空时，由硬件自动将发送中断标志位动将发送中断标志位TI置位，向置位，向CPU发出中断请求。发出中断请求。CPU响应中断后用软件将响应中断后用软件将TI位清零，同时又将下一帧数位清零，同时又将下一帧数据写入据写入SBUF中，重复上述过程直到所有数据发送完毕。中，重复上述过程直到所有数据发送完毕。7.2 串行接口
16、结构与工作原理串行接口结构与工作原理187.3 7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式 qq串行接口的控制寄存器串行接口的控制寄存器串行接口的控制寄存器串行接口的控制寄存器qq串行接口的工作方式串行接口的工作方式串行接口的工作方式串行接口的工作方式qq波特率的确定波特率的确定波特率的确定波特率的确定北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 SCON 是一个特殊功能寄
17、存器，用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志： SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式： 11串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCONSCON7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式20北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真qSM2，多机通信控制位，主要用于方式，多机通信控制位，主要用于方式2和方式和方式3。当接收机。当接收机的的SM2=1时可以利用收到的时可以利用收到的RB8来控制是否激活来控
18、制是否激活RI（RB80时时不激活不激活RI，收到的信息丢弃；，收到的信息丢弃；RB81时收到的数据进入时收到的数据进入SBUF，并激活，并激活RI，进而在中断服务中将数据从，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。当读走）。当SM2=0时，不论收到的时，不论收到的RB8为为0和和1，均可以使收到的数据进入，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活，并激活RI（即此时（即此时RB8不具有控制不具有控制RI激活的功能）。激活的功能）。通过控制通过控制SM2，可以实现多机通信。，可以实现多机通信。在方式在方式0时，时，SM2必须是必须是0。在方式。在方式1时，若时，若SM2=1，则只有接，则只有接收
19、到有效停止位时，收到有效停止位时，RI才置才置1。qREN，允许串行接收位。由软件置，允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动串行口接，则启动串行口接收数据；若软件置收数据；若软件置REN=0，则禁止接收，则禁止接收。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式21北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真qTB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是发送数据的第九位，可中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。可以用作数据的
20、奇偶校验位，或以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。数据帧的标志位。在方式在方式0和方式和方式1中，该位未用。中，该位未用。qRB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是接收到数据的第九位，中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在方式数据帧的标志位。在方式1时，时，若若SM2=0，则，则RB8是接收到的停止位。是接收到的停止位。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式22北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航
21、空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真qTI，发送中断标志位。在方式，发送中断标志位。在方式0时，当串行发送第时，当串行发送第8位位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使由内部硬件使TI置置1，向，向CPU发中断申请。在中断服务发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清程序中，必须用软件将其清0，取消此中断申请。，取消此中断申请。qRI，接收中断标志位。在方式，接收中断标志位。在方式0时，当串行接收第时，当串行接收第8位位数据结束时，或在其它方式
22、，串行接收停止位的中间时，数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使由内部硬件使RI置置1，向，向CPU发中断申请。也必须在中发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清断服务程序中，用软件将其清0，取消此中断申请。，取消此中断申请。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式23北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 PCON中只有一位SMOD与串行口工作有关 ： SMOD（PCON.7） 波特率倍增位
23、。在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。22功率控制寄存器功率控制寄存器功率控制寄存器功率控制寄存器PCONPCON7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式24北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 一、方式0 方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P
24、3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。 1、方式0输出串行口的工作方式串行口的工作方式串行口的工作方式串行口的工作方式 7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式25北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 q 方式0接收和发送电路方式方式方式方式00输入输入输入输入7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式26北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出
25、版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。 方式方式方式方式11输出输出输出输出7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式27北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真方式方式方式方式11
26、输入输入输入输入q用软件置用软件置REN为为1时，接收器以所选择波特率的时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样倍速率采样RXD引脚电平，检测到引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当当RI=0，且，且SM2=0（或
27、接收到的停止位为（或接收到的停止位为1）时，将接收到的）时，将接收到的9位位数据的前数据的前8位数据装入接收位数据装入接收SBUF，第，第9位（停止位）进入位（停止位）进入RB8，并，并置置RI=1，向，向CPU请求中断。请求中断。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式28北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚 。 方式2和方式3时起始位
28、1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32，方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。 方式方式方式方式22和方式和方式和方式和方式337.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式29北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 方式方式2和方式和方式3输出输出 发送开始时，先把起始位0输出到TXD引脚，然后发送移位寄存
29、器的输出位（D0）到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。 第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第9位上 ，以后每次移位，左边都移入0。当停止位移至输出位时，左边其余位全为0，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置TI=1，向CPU请求中断。 7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式30北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 方式2和方式3输入 接收时，
30、数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位），置RI=1，向CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式31北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率
31、要有在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式其中方式0和方式和方式2的波特率是固定的，而方式的波特率是固定的，而方式1和方式和方式3的的波特率是可变的，由定时器波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来决定。的溢出率来决定。 串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。不相同。方式方式0的波特率的波特率 = fosc/12方式
32、方式2的波特率的波特率 =（2SMOD/64） fosc 方式方式1的波特率的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）方式方式3的波特率的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）波特率的计算波特率的计算波特率的计算波特率的计算7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式32北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 当当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动
33、再装入工作在自动再装入的的8位定时器方式（即方式位定时器方式（即方式2，且，且TCON的的TR1=1，以启动定时器）。这，以启动定时器）。这时溢出率取决于时溢出率取决于TH1中的计数值。中的计数值。 T1 溢出率溢出率 = fosc /12256 （TH1） 在单片机的应用中，常用的晶振频率为：在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和和11.0592MHz。所。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。如表所示。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式33北京航空航
34、天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。具、串行口控制和中断控制。具体步骤如下：体步骤如下：q确定确定T1的工作方式（编程的工作方式（编程TMOD寄存器）；寄存器）；q计算计算T1的初值，装载的初值，装载TH1、TL1；q启动启动T1（编程（编程TCON中的中的TR1位）；位）；q确定串行口控制（编程确定串行口控制
35、（编程SCON寄存器）；寄存器）； 串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。寄存器）。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式34北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真定时定时定时定时/计数器计数器计数器计数器T2T2产生波特率产生波特率产生波特率产生波特率q通过设置通过设置T2CON寄存器中的寄存器中的TCLK和和RCLK位即可。当位即可。当TCLK1时，
36、时，T2被选择用于发送波特率发生器，当被选择用于发送波特率发生器，当RCLK=1时，时，T2被选择用于接收波特率发生器，当被选择用于接收波特率发生器，当TCLK和和RCLK同时都置同时都置1时，时，T2作为发送作为发送/接收波特率接收波特率发生器。发生器。7.3 串行接口的控制寄存器与工作方式串行接口的控制寄存器与工作方式357.4 7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真 qq多机通信多机通信多机通信多机通信qq单片机与单片机与单片机与单片机与PCPC机的通信机的通信机的通信机的通信qq双机通信双机通信双机通信双机通信北京航空航天大学出版社北京
37、航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 单单片机串行口片机串行口应应用用举举例例 在计算机组成的测控系统中，经常要利用串行通信方式进行数据传输。89C52单片机的串行口为计算机间的通信提供了极为便利的条件。利用单片机的串行口还可以方便地扩展键盘和显示器，对于简单的应用非常便利。这里仅介绍单片机串行口在通信方面的应用。7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真37北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及
38、仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 串行通信接口串行通信接口串行通信接口串行通信接口标标准准准准 RS-232C是是EIA（美国电子工业协会）（美国电子工业协会）1969年修订年修订RS-232C标准。标准。RS-232C定义了数据终端设备定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口）之间的物理接口标准。标准。1、机械特性、机械特性RS-232C接口规定使用接口规定使用25针连接器，连接器的尺寸及针连接器，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。（阳头）每个插针的排列位置都有明确的定义。（阳头）7.4 串行接口
39、的实例与仿真串行接口的实例与仿真38北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真功能特性功能特性7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真39北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输
40、线使用每传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每0.3m（约（约1英尺）有英尺）有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过传输距离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，如时，最大传输距离迅速下降，如9600 bps 时最大距时最大距离下降到只有离下降到只有76m（约（约250英尺）。英尺）。传输距离与传输速度之间的关系传输距离与传输速度之间的关系7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真40北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社
41、7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q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 过程特性过程特性过程特性过程特性7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真41北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真近程通信连接 7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真42北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单
42、片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q 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，再由解调器（Demodulator）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，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。信号的调制与解调信号的调制与解调 7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真43北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真RS
43、-232CRS-232C电平与电平与TTLTTL电平转换驱动电路电平转换驱动电路7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真44北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q1、传输距离短，传输速率低、传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过离一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为最高传送速率为20Kbp
44、s。q2、有电平偏移、有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降。电流并产生压降。采用采用采用采用RS-232CRS-232C接口存在的问题接口存在的问题接口存在的问题接口存在的问题7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真45北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q
45、抗干扰能力差抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，程中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真46北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机与单片机与单片机与单片机与PCPC机串行通信机串行通信机串
46、行通信机串行通信7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真47北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真串口调试助手串口调试助手串口调试助手串口调试助手7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真48北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q RS-422A输出驱动器为双端平衡驱动器。如果其中一条线为逻辑“
47、1”状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。差分电路能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨200mV以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响。RS-422A传输速率（90Kbps）时，传输距离可达1200米。 RS-422A接口接口7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真49北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿
48、真点对点的通信硬件连接 双机通信双机通信7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真50北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真双机通信的仿真双机通信的仿真双机通信的仿真双机通信的仿真7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真51北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真1、硬件连接 单片机构成的多机系统常
49、采用总线型主从式结构。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。89C52单片机的串行口方式2和方式3适于这种主从式的通信结构。当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。在实际的多机应用系统中，常采用RS-485串行标准总线进行数据传输。多机通信多机通信多机通信多机通信7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真52北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真通信协议通信协议
50、通信协议通信协议q通信过程可以按照以下步骤进行：q1.所有从机的SM2置1，以接收地址帧。q2.主机发地址帧，其中包含8位从机地地址，置TB8=1装入第九位，选中所要通信地从机。q3.所有从机收到地址帧后，将收到地址与本机地址比较,相符的从机，使SM2置0（以接收随后的数据帧），;不符的从机，保持SM2=1，对主机随后发来的数据帧不予理睬，直至发送新的地址帧。7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真53北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真q4
51、主机收到被选中地从机回送的地址信号后，对该从主机收到被选中地从机回送的地址信号后，对该从机发送控制命令（此时置机发送控制命令（此时置TB8=0）,说明主机要求从机说明主机要求从机发送还是接收。发送还是接收。q5从机收到主机控制命令后，向主机发送一个状态信从机收到主机控制命令后，向主机发送一个状态信息，表明是否已经准备就绪。主机收到从机的状态信息，息，表明是否已经准备就绪。主机收到从机的状态信息，若从机准备就绪，主机便与从机进行数据传送。若从机准备就绪，主机便与从机进行数据传送。7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真54北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社
52、北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真多机通信仿真多机通信仿真多机通信仿真多机通信仿真7.4 串行接口的实例与仿真串行接口的实例与仿真557.5 RS-4857.5 RS-485总线实例与仿真总线实例与仿真总线实例与仿真总线实例与仿真qqRS-485RS-485通信协议通信协议通信协议通信协议qqRS-485RS-485通信实例仿真通信实例仿真通信实例仿真通信实例仿真北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通
53、信及仿真单片机的串行通信及仿真 RS-485是是RS-422A的变型：的变型：RS-422A用于全双工，而用于全双工，而RS-485则用于半双工。则用于半双工。RS-485是一种多发送器标准，在通信线路是一种多发送器标准，在通信线路上最多可以使用上最多可以使用32 对差分驱动器对差分驱动器/接收器。如果在一个网络中接收器。如果在一个网络中连接的设备超过连接的设备超过32个，还可以使用中继器。个，还可以使用中继器。 RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑和逻辑0。由于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。传由于发送方需要两根传输线，接
54、收方也需要两根传输线。传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达1200米，传输速率米，传输速率可达可达1Mbps。RS485简介简介7.5 RS-485总线实例与仿真总线实例与仿真57北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真 RS-485是一点对多点的通信接口，一般采用双绞线是一点对多点的通信接口，一般采用双绞线的结构
55、。普通的的结构。普通的PC机一般不带机一般不带RS485接口，因此要使用接口，因此要使用RS-232C/RS-485转换器。对于单片机可以通过芯片转换器。对于单片机可以通过芯片MAX485来完成来完成TTL/RS-485的电平转换。在计算机和单的电平转换。在计算机和单片机组成的片机组成的RS-485通信系统中，下位机由单片机系统组通信系统中，下位机由单片机系统组成，上位机为普通的成，上位机为普通的PC机，负责监视下位机的运行状态，机，负责监视下位机的运行状态，并对其状态信息进行集中处理，以图文方式显示下位机并对其状态信息进行集中处理，以图文方式显示下位机的工作状态以及工业现场被控设备的工作状况
56、。系统中的工作状态以及工业现场被控设备的工作状况。系统中各节点（包括上位机）的识别是通过设置不同的站地址各节点（包括上位机）的识别是通过设置不同的站地址来实现的。来实现的。7.5 RS-485总线实例与仿真总线实例与仿真58北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真RS-485RS-485通信仿真通信仿真通信仿真通信仿真7.5 RS-485总线实例与仿真总线实例与仿真59北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社7 7单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真单片机的串行通信及仿真本章小结本章小结本章小结本章小结q本章详细讲述了串行通信的基本概念和内部结构，重点本章详细讲述了串行通信的基本概念和内部结构，重点介绍了单片机串行口的工作方式及应用场合。接着讲述介绍了单片机串行口的工作方式及应用场合。接着讲述了单片机的双机通信和多机通信，以及如何通过了单片机的双机通信和多机通信，以及如何通过232总总线和线和485总线和总线和PC机之间进行通信。机之间进行通信。60
