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单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.1 串行通信概述串行通信概述 5.2 串行口的结构及工作原理串行口的结构及工作原理5.3 MCS-51串行口的应用串行口的应用 小结小结第5章 串行数字通信 单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.1 串行通信概述串行通信概述 在在在在计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统中中中中，主主主主机机机机与与与与外外外外设设设设之之之之间间间间及及及及主主主主机机机机系系系系统统统统与与与与主主主主机机机机系系系系统统统统之之之之间的数据交换称为通信，分为串行通信和并行通信。间的数据交换称为通信，分为串行通信和并行通信。间的数据交换称为通信，分为串行通信和并行通信。间的数据交换称为通信，分为串行通信和并行通信。并并并并行行行行通通通通信信信信方方方方式式式式下下下下数数数数据据据据的的的的各各各各位位位位同同同同时时时时进进进进行行行行传传传传送送送送，并并并并由由由由传传传传输输输输数数数数据据据据的的的的位位位位数数数数决决决决定定定定传传传传输输输输线线线线的的的的数数数数目目目目。串串串串行行行行通通通通信信信信方方方方式式式式下下下下数数数数据据据据一一一一位位位位一一一一位位位位串串串串行行行行地地地地顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。按按按按照照照照串串串串行行行行数数数数据据据据的的的的时时时时钟钟钟钟控控控控制制制制方方方方式式式式，串串串串行行行行通通通通信信信信可可可可以以以以分分分分为为为为同同同同步步步步通通通通信信信信和异步通信两种。和异步通信两种。和异步通信两种。和异步通信两种。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社 同步通信是按数据块传送的。把传送的字符顺序地连接起来，组同步通信是按数据块传送的。把传送的字符顺序地连接起来，组同步通信是按数据块传送的。把传送的字符顺序地连接起来，组同步通信是按数据块传送的。把传送的字符顺序地连接起来，组成数据块，在数据块前面加上特殊的同步字符，作为数据块的起始符号，成数据块，在数据块前面加上特殊的同步字符，作为数据块的起始符号，成数据块，在数据块前面加上特殊的同步字符，作为数据块的起始符号，成数据块，在数据块前面加上特殊的同步字符，作为数据块的起始符号，由收、发一致的同步时钟在发送端发出，接收端接收到同步字符后，开由收、发一致的同步时钟在发送端发出，接收端接收到同步字符后，开由收、发一致的同步时钟在发送端发出，接收端接收到同步字符后，开由收、发一致的同步时钟在发送端发出，接收端接收到同步字符后，开始接收数据块，使收、发双方同步；在数据块后面加上校验字符，用于始接收数据块，使收、发双方同步；在数据块后面加上校验字符，用于始接收数据块，使收、发双方同步；在数据块后面加上校验字符，用于始接收数据块，使收、发双方同步；在数据块后面加上校验字符，用于校验通信中的错误。同步通信中的字符格式如图所示。校验通信中的错误。同步通信中的字符格式如图所示。校验通信中的错误。同步通信中的字符格式如图所示。校验通信中的错误。同步通信中的字符格式如图所示。5.1.1 同步通信和异步通信同步通信和异步通信1、同步通信同步通信 单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、异步通信异步通信 在在异异步步通通信信中中，数数据据通通常常是是以以字字符符为为单单位位组组成成字字符符帧帧传传送送的的。字字符符帧帧由由发发送送端端一一帧帧一一帧帧地地发发送送，通通过过传传输输线线被被接接收收端端一一帧帧一一帧帧地地接接收收。发发送送端端和和接接收收端端由由各各自自独独立立的的时时钟钟来来控控制制数数据据的的发发送送和和接接收收。字字符符帧帧也也叫叫数数据据帧帧，由由起起始始位位、数数据据位位、奇奇偶偶校校验验位位和和停停止止位位等等4 4部部分分组组成成，如如图图所所示示为为1111位位的的帧帧格格式式。波波特特率率为为每每秒秒传传送送二二进进制制数数码码的位数，单位为的位数，单位为b/s，是异步通信的一个重要指标。，是异步通信的一个重要指标。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.1.2 串行通信的制式串行通信的制式 单工方式单工方式单方向由发送端向接收端传送。半双工方式半双工方式两个工作站之间通过传输线进行数据的交替双向传送。全双工方式全双工方式由两条传输线连接两个工作站，两站之间的数据可同时双向传送。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.1.3 串行通信的信号传输串行通信的信号传输1、通信线的连接方式通信线的连接方式 图图5.4 通信线的连接方式通信线的连接方式单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、RS-232CRS-232C接口标准接口标准 (a)25针的连接器(b)9针的连接器图图5.5 RS-232C接口接口单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社 MCS-51串行口的结构由串行口控制电路、发送电路和接收电路3部分组成，其结构如图所示。发送电路由发送缓冲器SBUF和发送控制电路组成，用于串行口的发送；接收电路由接收缓冲器SBUF和接收控制电路组成，用于串行口的接收。5.2 串行口的结构及工作原理串行口的结构及工作原理5.2.1 串行口的结构串行口的结构单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.2.2 串行口的控制串行口的控制 1、串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器SCON SCON 单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、电源控制寄存器电源控制寄存器PCONPCON PCON称为电源控制寄存器，格式如表5.4所示。串行通信中只用了其中的最高位SMOD，初始化时，SMOD=0，其余各位用于电源管理。PCON的字节地址为87H，无位地址，只能进行字节寻址。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.3 MCS-51串行口的应用串行口的应用 5.3.1 串并变换串并变换 串串行行口口方方式式0 0的的应应用用有有两两种种：一一种种是是把把串串行行口口变变为为串串入入并并出出的的输输出出口口；另另一种是把串行口变为并入串出的输入口。一种是把串行口变为并入串出的输入口。如图所示电路，将串行口设置为方式0，外接一片串入、并出/串出的8位同步移位寄存器CD4094或74LS164。单片机串口输出端RXD接移位寄存器串行输入端DATA，移位时钟脉冲TXD端接移位寄存器时钟控制端CLK，在移位时钟控制下串行数据移入寄存器；P1.0接移位寄存器输出允许端STB，通过软件置位或复位控制并行输出。1、串入并出的输出口串入并出的输出口单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、并入串出的输入口并入串出的输入口 如图所示，在串口方式0下外接一个并入串出的移位寄存器CD4014或74LS165，即可扩展一个并行输入口。串口RXD端输入CD4014输出端Q8移出的串行数据，TXD端仍然提供移位时钟给移位寄存器的时钟端CLK。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.3.2 单片机的双机通信单片机的双机通信 除除方方式式0外外，串串口口在在方方式式1、方方式式2和和方方式式3下下均均用用于于异异步步串串行行通通信信。MCS-51单片机的异步串行通信根据应用可分为双机通信和多机通信。单片机的异步串行通信根据应用可分为双机通信和多机通信。双机之间的串行通信应考虑接口电路、通信协议双机之间的串行通信应考虑接口电路、通信协议等等。根据两机通信距离的远近采取不同的接口电路，如果两个8031应用系统相距很近，将它们的串行口直接相连，如图5.4(a)所示；如果想增加通信距离，减少通道及电源干扰，必须在通信线路上加入辅助电路，如加入光耦合器和电平转换电路，如图5.4(b)所示。1、接口电路接口电路单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、双机的通信协议双机的通信协议 为确保通信成功，通信双方要遵守共同约定的协议。协议内容包括双方采取一致的通信方式，一致的波特率设定，确认接收机、发送机，设定通信开始发送机的呼叫信号、接收机的应答信号，通信结束的标志信号等。按图5.4(a)所示，串行口工作方式1进行甲机发送、乙机接收异步通信，通信双方波特率均采用2400波特，甲机的呼叫信号为“10H”，乙机同意接收的应答信号为“20H”，不同意接收的应答信号为“30H”。正确回发0FH。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社5.3.3 单片机与单片机与PCPC的通信的通信1、接口设计接口设计 在数据处理和过程控制应用领域，通常需要一台在数据处理和过程控制应用领域，通常需要一台PC，由它来管，由它来管理一台或若干台以单片机为核心的智能测量控制仪表。这时，也就理一台或若干台以单片机为核心的智能测量控制仪表。这时，也就是要实现是要实现PC和单片机之间的通信。和单片机之间的通信。采用采用MAX232芯片的芯片的PC和单和单片机串行通信片机串行通信接口电路，与接口电路，与PC相连采用相连采用9芯标准插座。芯标准插座。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社2、程序编写程序编写单片机通信程序编写单片机通信程序编写单片机通信程序编写单片机通信程序编写 功能为：将PC键盘的输入发送给单片机，单片机收到PC发来的数据后，回送同一数据给PC，并在屏幕上显示出来。只要屏幕上显示的字符与所输入的字符相同，就说明二者之间的通信正常。通信双方约定：波特率为2400 b/s；信息格式为8个数据位，1个停止位，无奇偶校验位。MCS-51通过中断方式接收PC发送的数据并回送。单片机串行口工作在方式1，晶振频率为6MHz，波特率2400b/s，定时器T1按方式2工作，经计算，定时器预置值为0F3H，SMOD=1。单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社参考程序如下：ORG 0000HLJMP CSH ;转初始化程序ORG 0023HLJMP INTS ;转串行口中断程序 ORG 0050HCSH：MOV TMOD,#20H ;设置定时器1为方式2MOV TL1,#0F3H ;设置定时器预置值MOV TH1,#0F3HSETB TR1 ;启动定时器1MOV SCON,#50H ;串行口初始化MOV PCON,#80HSETB EA ;允许串行口中断SETB ESLJMP MAIN ;转主程序(主程序略)INTS：CLR EA ;关中断 CLR RI ;清串行口中断标志PUSH DPL ;保护现场PUSH DPH PUSH A MOV A,SBUF ;接收PC发送的数据 MOV SBUF,A ;将数据回送给PCWAIT：JNB TI,WAIT ;等待发送 CLR TI POP A ;发送完,恢复现场POP DPHPOP DPLSETB EA ;开中断RETI ;中断返回单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社 PCPCPCPC通信程序编写通信程序编写通信程序编写通信程序编写单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社单片机原理与应用技术（第单片机原理与应用技术（第2 2版）清华大学出版社版）清华大学出版社小小 结结 MCS-51系列单片机内部具有一个全双工的异步串行通信I/O口，该串行口的波特率和帧格式可以编程设定。MCS-51串行口有4种工作方式：方式0、方式1、方式2、方式3，帧格式有10位、11位。方式0和方式2的传送波特率是固定的，方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器的溢出率决定。单片机与单片机之间以及单片机与PC之间都可以进行通信，异步通信的程序通常采用两种方法：查询法和中断法。