【正文】 1數(shù) 據(jù)時(shí) 鐘數(shù) 據(jù) + 時(shí) 鐘接 收發(fā) 送時(shí) 間 1時(shí) 間 2發(fā) 送接 收 發(fā) 送接 收發(fā) 送接 收 發(fā) 送接 收武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 串行通信的錯(cuò)誤校驗(yàn) （ 1）奇偶校驗(yàn) 在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的 1 位為奇偶校驗(yàn)位（ 1或 0）。奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中 “ 1” 的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位 “ 1” 的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中 “ 1” 的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位 “ 1” 的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì) “ 1” 的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若 發(fā)現(xiàn)不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。 （ 2）代碼和校驗(yàn) 代碼和校驗(yàn)是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的 “ 校驗(yàn)和 ” 進(jìn)行比較，相符則無差錯(cuò)，否則即認(rèn)為傳送過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。 （ 3） 循環(huán)冗余校驗(yàn) 這種校驗(yàn)是通過某種數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)有效信息與校驗(yàn)位之間的循環(huán)校驗(yàn)，常用于對(duì)磁盤信息的傳輸、存儲(chǔ)區(qū)的完整性校驗(yàn)等。這種校驗(yàn)方法糾錯(cuò)能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于同步通信中。 傳輸 速率與傳輸距離 （ 1） 傳輸速率 比特率是每秒鐘傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是：位／秒（ bps）。如每秒鐘傳送240 個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含 10 位 (1 個(gè)起始位、 1 個(gè)停止位、 8個(gè)數(shù)據(jù)位 )，這時(shí)的比特率為： 10 位 240 個(gè) /秒 = 2400 bps （ 2）傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系 串行接口或終端直接傳送串行信息位流的最大距離與傳輸速率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線使用每 （約 1英尺）有 50PF 電容的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離隨傳輸速率的增加而減小。當(dāng)比特率超過 1000 bps 時(shí) ，最大傳輸距離迅速下降，如 9600 bps 時(shí)最大距離下降到只有 76m（約 250 英尺）。 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS232C 是 EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)） 1969 年修訂 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)。 RS232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 （ 1）機(jī)械特性 RS232C 接口規(guī)定使用 25 針連接器，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。如圖 所示。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 RS232C 接口 （ 2）過程特性 過程特性規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確 地接收和發(fā)送數(shù)據(jù) 。RS232C 的近程通信如圖 所示。 圖 RS232C 近程通信連接 （ 3）采用 RS232C 接口存在的問題 第一，傳輸距離短，傳輸速率低， RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，使用時(shí)傳輸距離一般不要超過 15 米（線路條件好時(shí)也不超過幾十米）。最高傳送速率為 20Kbps。第二，有電平偏移， RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)要求收發(fā)雙方共地。通信距離較大時(shí)，收發(fā)雙方的地電位差別較大，在信號(hào)地上將有比較大的地電流并產(chǎn)生壓降。第三，抗干擾能力差， RS232C 在電平轉(zhuǎn)換時(shí)采 用單端輸入輸出，在傳輸過程中當(dāng)干擾和噪聲混在正常的信號(hào)中。為了提高信噪比， RS232C 總線標(biāo)準(zhǔn)不得不采用比較大的電壓擺幅。 51 單片機(jī)的串行口 串行結(jié)構(gòu) 51 單片機(jī)的串行口是一個(gè)可編程的全雙工的通信接口，具有 UART（通用異步收發(fā)器）的全部功能，能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為同步移位寄存器使用。 51 單片機(jī)的串行口主要由兩個(gè)獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF（一個(gè)發(fā)送緩沖寄存器，一個(gè)接收緩沖寄存器）和發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器及若干控制門電路組成。 串行口的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 96512 51 41 31計(jì)算機(jī)乙計(jì)算機(jī)甲T X D T X DR X DR X D計(jì)算機(jī)乙計(jì)算機(jī)甲T X D T X DR X DR X D4562 04562 0武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 串行口基本結(jié)構(gòu) 51 單片機(jī)有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，它們占用同一地址99H ；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu) ；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí) CPU 是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。 串行口的控制寄存器 SCON 是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收 /發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志。 單元地址是 98H，其結(jié)構(gòu)格式如 表 所示。 表 串行口控制寄存器 SCON 位序號(hào) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號(hào) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 各控制位功能介紹如下： SM0、 SM1：串行口工作方式控制位。 串行口有 4 種工作方式，它們由 SM0,SM1 設(shè)定，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示。 表 串行口工作方式 SM0 SM1 方式 功能說明 0 0 0 同步移位寄存器方式 0 1 1 10 位異步收發(fā)（ 8 位數(shù)據(jù)），波特率可變 1 0 2 11 位異步收發(fā)（ 9 位數(shù)據(jù)），波特率 固定 1 1 3 11 位異步收發(fā)（ 9 位數(shù)據(jù)），波特率 可變 SM2：多機(jī) 通信控制位。 多機(jī)通信是工作于方式 2 和方式 3， SM2 位主要用于方式 2 和方式 3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作于方式 2 或 3，以及 SM2=1 時(shí)，只有當(dāng)接收到第 9位數(shù)據(jù)（ RB8）為 1 時(shí)，才把接收到的前 8 位數(shù)據(jù)送入 SBUF，且置位 RI 發(fā)≥ 1S B U F發(fā) 送 控 制 器接 收 控 制 器移 位 寄 存 器控 制 門T IR IAT X DR X D去 串 口 中 斷S M O D01T H 1 T L 1247。 2247。 1 6S B U FT 1 溢 出 率武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng) SM2=0 時(shí)，就不管第位數(shù)據(jù)是 0 還是 1，都難得數(shù)據(jù)送入 SBUF，并發(fā)出中斷申請(qǐng) 。 工作于方式 0 時(shí)， SM2 必須為 0。 REN：允許接收位。 REN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止， REN=1 時(shí)，允許接收， REN=0 時(shí)，禁止接收。 TB8 發(fā) 送接收數(shù)據(jù)位 8。 在方式 2和方式 3 中， TB8是要發(fā)送的 —— 即第 9 位數(shù)據(jù)位。在多機(jī)通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)牡刂愤€是數(shù)據(jù)， TB8=0 為數(shù)據(jù)，TB8=1 時(shí)為地址。 RB8：接收數(shù)據(jù)位 8。 在方式 2和方式 3 中， RB8存放接收到的第 9位數(shù)據(jù)，用以識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征。 TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。 可尋址標(biāo)志位。方式 0 時(shí)，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)后，由硬件置位，其它方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此， TI=1 表示幀發(fā)送結(jié)束，TI可由軟件清 “0” 。 RI：接收中斷標(biāo)志位 。 可尋址標(biāo)志位。接收完第 8 位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位， RI=1 表示幀接收完成。 在串口中斷處理時(shí)， TI， RI都需要軟件清 0，硬件置位后不可能自動(dòng)清 0，此外，在進(jìn)行緩沖區(qū)操作時(shí)，需要 ES=0，以防止中斷出現(xiàn)。 串行口的工作方式 （ 1）方式 0 方式 0時(shí)，串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由 RXD（ ）引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由 TXD（ ）引腳輸出。發(fā)送和接收均為 8 位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。波特率固定為fosc/12。 （ 2）方式 1 方式 1是 10位數(shù)據(jù)的異步通信口。 TXD 為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳， RXD 為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖 所示。其中 1 位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位。 串行口方式 1 傳送數(shù)據(jù)格式圖如圖 所示。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 串行口方式 1 傳送數(shù)據(jù)格式 串行口方式 1 傳送一幀數(shù)據(jù)共 10 位， 1位起始位（ 0）， 8位數(shù)據(jù)位，最低位在前，高位在后， 1位停止位（ 1），幀與幀之間可以后空閑，也可以無空閑。方式 1 數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖和數(shù)據(jù)輸入時(shí)序圖分別如圖 和 所示 。 圖 方式 1 數(shù)據(jù)輸出時(shí)序圖 圖 方式 1 數(shù)據(jù)輸入時(shí)序圖 用軟件置 REN 為 1 時(shí)，接收器以所選擇波特率的 16 倍速率采樣 RXD 引腳電平，檢測到 RXD 引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng) RI=0，且 SM2=0（或接收到的停止位為 1）時(shí)，將接收到的 9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收 SBUF，第 9位（停止位）進(jìn)入 RB8， 并置 RI=1，向 CPU 請(qǐng)求中斷。 （ 3）方式 2和方式 3 方式 2 或方式 3 時(shí)為 11 位數(shù)據(jù)的異步通信口。 TXD 為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳， RXD為數(shù)據(jù)接收引腳 。方式 2和方式 3時(shí)起始位 1位，數(shù)據(jù) 9位（含 1位附加的第9位，發(fā)送時(shí)為 SCON 中的 TB8，接收時(shí)為 RB8），停止位 1位，一幀數(shù)據(jù)為 11位。停止位數(shù) 據(jù) 位 8 位起始位L S B M S B空閑空閑D 0D 71 幀 共 1 0 位D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7寫 入 S B U F停 止 位T X DT I （ 中 斷 標(biāo) 志 ）起 始D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7停 止 位R X DR I （ 中 斷 標(biāo) 志 ）起 始位 采 樣 脈 沖武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 方式 2 的波特率固定為晶振頻率的 1/64 或 1/32，方式 3 的波特率由定時(shí)器 T1的溢出率決定。 波特率的計(jì)算 在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過軟件可對(duì)單片機(jī)串行口編程為四種工作方式，其中方式 0和方式 2的波特率是固定的，而方式 1和方式 3的波特率是可變的，由定時(shí)器 T1的溢出率來決定。 串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。 方式 0的波特率 = fosc/12 方式 2的波特率 =（ 2SMOD/64） fosc 方式 1的波特率 =（ 2SMOD/32） （ T1溢出率） 方式 3的波特率 =（ 2SMOD/32） （ T1溢出率） 當(dāng) T1 作為波特率發(fā)生器時(shí)，最典型的用法是使 T1 工作在自動(dòng)再裝入的 8位定時(shí)器方式（即方式 2，且 TCON 的 TR1=1，以 啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于 TH1 中的計(jì)數(shù)值。 T1 溢出率 = fosc /{12 [256 －（ TH1） ]} 在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為： 12MHz 和 。所以，選用的波特率也相對(duì)固定。 串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器 串行口控制和中斷控制。具體步驟如下： （ 1） 確定 T1 的工作方式（編程 TMOD 寄存器）； （ 2） 計(jì)算 T1 的初值，裝載 TH TL1； （ 3） 啟動(dòng) T1（編程 TCON 中的 TR1 位）； （ 4） 確定串行口控制（編程 SCON寄存器）； （ 5） 串行口在中斷方式工作時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程 IE、 IP 寄存器）。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 串行總線 AT24C02 芯片應(yīng)用 I2C 串行總線概述 I2C 總線系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 I2C 總線是 PHLIPS 公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。 I2C 總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時(shí)鐘線 SCL。I2C 總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線 的信號(hào)變低，即各器件的 SDA 及 SCL都是線 “與 ”關(guān)系 ，如圖 所示。 圖 I2C 總線系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 每個(gè)接到 I2C 總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則為接收器。 在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂， I2C 總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。