【正文】 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 第 9章 串行接口及串行通信技術(shù) 教學(xué)目標(biāo) 串行通信基礎(chǔ)知識(shí) AT89C51的串行接口 AT89C51串行接口的應(yīng)用與編程 多機(jī)通信 PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信 實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) 本章小結(jié) 思考題與習(xí)題 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 教學(xué)目標(biāo) 通過本章教學(xué)，要求達(dá)到以下目標(biāo)： 1. 串行通信的基本概念 ：了解并行 /串行通信的 概念；理解串行通信中的異步 /同步通信的基本概念；理解波特率的概念，學(xué)會(huì)計(jì)算波特率的方法； 4了解串行通信的三種制式及校驗(yàn)方法。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 2. AT89C51串行口 ：串行接口結(jié)構(gòu)及其功能；理解串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF的功能和讀寫方法； 熟悉 SCON的結(jié)構(gòu)、控制作用和設(shè)置方法； 了解電源控制寄存器 PCON，熟悉SMOD位。 3. 串行口的工作方式 ： 理解串行通信 4種工作 方式的特點(diǎn)和區(qū)別；掌握串行工作方式 0的應(yīng) 用； 熟悉串行工作方式 3應(yīng)用程序的 編制方法。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 4. 多機(jī)通信原理 ：理解多機(jī)通信的原理、過程和編制多機(jī)通信應(yīng)用程序的方法。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為 通信 。通信的基本方式可分為 并行通信 和 串行通信 兩種。 所謂并行通信是指數(shù)據(jù)的各位 同時(shí) 在多根數(shù)據(jù)線上發(fā)送或接收。 串行通信是數(shù)據(jù)的各位在同一根數(shù)據(jù)線上依次逐位 發(fā)送或接收。 串行通信基礎(chǔ)知識(shí) 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 目前串行通信在單片機(jī)雙機(jī)、多機(jī)以及單片機(jī)與 PC機(jī)之間的通信等方面得到了廣泛應(yīng)用。 圖 并行通信示意圖 RDWR RDWR CS D7D6D5D4D3D2D1D0 8255 89C51 圖 串行通信示意圖 89C51 外設(shè) TXD TXD RXD RXD 發(fā)送 接收 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 異步通信和同步通信 串行通信按同步方式可分為 異步通信 和 同步通信 兩種基本通信方式。 1. 同步通信 (Synchronous Communication) 同步通信是一種連續(xù)傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信傳送多個(gè)字符數(shù)據(jù)，稱為一幀信息。數(shù)據(jù)傳輸速率較高，通?？蛇_(dá) 56000bps或更高。其缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格同步。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 同步 字符 數(shù) 據(jù) 字符 1 數(shù) 據(jù) 字符 2 … 數(shù)據(jù)字符 n1 數(shù) 據(jù)字符 n 校 驗(yàn) 字 符 (校驗(yàn)字符 ) 圖 同步通信數(shù)據(jù)傳送格式 2. 異步通信 (Asynchronous Communication) 在異步通信中，數(shù)據(jù)通常是以字符或字節(jié)為單位組成數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳送的。收、發(fā)端各有一套彼此獨(dú)立，互不同步的通信機(jī)構(gòu)，由于收發(fā)數(shù)據(jù)的幀格式相同，因此可以相互識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)信息。 同步通信的數(shù)據(jù)幀格式如圖 。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1 1 1 1 D7 0/1 1 0 0 D0 D1 第 n字符幀 空閑位 停止位 奇偶校驗(yàn) 停止位 8位數(shù)據(jù) 8位數(shù)據(jù) 起始位 起始位 奇偶校驗(yàn) 第 n1字符幀 第 n+1字符幀 圖 異步通信幀格式 8位數(shù)據(jù) 異步通信 信息幀格式 如圖 。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 (1) 起始位 ： 在沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通信線上處于邏輯“ 1”狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送端要發(fā)送 1個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)送 1個(gè)邏輯“ 0”信號(hào)，這個(gè)低電平便是幀格式的起始位。其作用是向接收端表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。接收端檢測到這個(gè)低電平后，就準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)信號(hào)。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 (2) 數(shù)據(jù)位 ： 在起始位之后，發(fā)送端發(fā)出 (或接收端接收 )的是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴(yán)格的限制， 5～ 8位均可。由低位到高位逐位傳送。 (3) 奇偶校驗(yàn)位 ： 數(shù)據(jù)位發(fā)送完 (接收完 )之后，可發(fā)送一位用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)在傳送過程中是否出錯(cuò)的奇偶校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)是收發(fā)雙方預(yù)先約定好的有限差錯(cuò)檢驗(yàn)方式之一。有時(shí)也可不用奇偶校驗(yàn)。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 (4) 停止位 ： 字符幀格式的最后部分是停止位，邏輯“ 1”電平有效，它可占 1/2位、 1位或 2位。停止位表示傳送一幀信息的結(jié)束，也為發(fā)送下一幀信息作好準(zhǔn)備。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 串 行通信的波特率 波特率 (Baud Rate)是串行通信中一個(gè)重要概念，它是指傳輸數(shù)據(jù)的 速率 , 亦稱 比特率 。波特率的定義是每秒傳輸二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。如：波特率為 1200bps是指每秒鐘能傳輸 1200位二進(jìn)制數(shù)碼。 波特率的倒數(shù)即為每位 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間 。例如：波特率為 1200bps，每位的傳輸時(shí)間為： 1 ) ( 833 . 0 1200 ms d T = = 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 波特率和字符的傳輸速率不同，若采用圖 的數(shù)據(jù)幀格式，并且數(shù)據(jù)幀連續(xù)傳送（無空閑位），則實(shí)際的字符傳輸速率為 1200/11=幀 /秒。 波特率也不同于發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘頻率。同步通信的波特率和時(shí)鐘頻率相等，而異步通信的波特率通常是可變的。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 串行通信的制式 1. 單工制式 (Simplex) 單工制式是指甲乙雙方通信只能單向傳送數(shù)據(jù)。單工制式如圖 。 在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為三種制式。 發(fā)送器 A 接收器 B 圖 單工制式 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 2. 半雙工制式 (Half duplex) 半雙工制式是指通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，雙方既可發(fā)送也可接收，但接收和發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行，即發(fā)送時(shí)就不能接收，接收時(shí)就不能發(fā)送。半雙工制式如圖 。 發(fā)送 接收 發(fā)送 接收 A端 B端 圖 半雙工制式 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 3. 全雙工制式 (Full duplex) 全雙工制式是指通信雙方均設(shè)有發(fā)送器和接收器，并且將信道劃分為發(fā)送信道和接收信道，兩端數(shù)據(jù)允許同時(shí)收發(fā)，因此通信效率比前兩種高。全雙工制式如圖 。 發(fā)送 接收 接收 發(fā)送 A端 B端 圖 全雙工制式 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 串行通信的校驗(yàn) 串行通信的目的不只是傳送數(shù)據(jù)信息，更重要的是應(yīng)確保準(zhǔn)確無誤地傳送。因此必須考慮在通信過程中對(duì)數(shù)據(jù)差錯(cuò)進(jìn)行校驗(yàn)，因?yàn)椴铄e(cuò)校驗(yàn)是保證準(zhǔn)確無誤地通信的關(guān)鍵。常用差錯(cuò)校驗(yàn)方法有奇偶校驗(yàn)、累加和校驗(yàn)以及循環(huán)冗余碼校驗(yàn)等。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 1. 奇偶校驗(yàn) 奇偶校驗(yàn)的特點(diǎn)是按字符校驗(yàn)，即在發(fā)送每個(gè)字符數(shù)據(jù)之后都附加一位奇偶校驗(yàn)位 (1或 0),當(dāng)設(shè)置為奇校驗(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)；反之則為偶校驗(yàn)。收、發(fā)雙方應(yīng)具有一致的差錯(cuò)檢驗(yàn)設(shè)置，當(dāng)接收 1幀字符時(shí)，對(duì) 1的個(gè)數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，若奇偶性 (收、發(fā)雙方 )一致則說明傳輸正確。奇偶校驗(yàn)只能檢測到那種影響奇偶位數(shù)的錯(cuò)誤，比較低級(jí)且速度慢，一般只用在異步通信中。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 2. 累加和校驗(yàn) 累加和校驗(yàn)是指發(fā)送方將所發(fā)送的數(shù)據(jù)塊求和，并將“校驗(yàn)和”附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)時(shí)也是先對(duì)數(shù)據(jù)塊求和，將所得結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，若兩者相同，表示傳送正確，若不同則表示傳送出了差錯(cuò)?！靶ｒ?yàn)和”的加法運(yùn)算可用邏輯加，也可用算術(shù)加。累加和校驗(yàn)的缺點(diǎn)是無法檢驗(yàn)出字節(jié)或位序的錯(cuò)誤。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 3. 循環(huán)冗余碼校驗(yàn) (CRC) 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)的基本原理是將一個(gè)數(shù)據(jù)塊看成一個(gè)位數(shù)很長的二進(jìn)制數(shù)，然后用一個(gè)特定的數(shù)去除它，將余數(shù)作校驗(yàn)碼附在數(shù)據(jù)塊之后一起發(fā)送。接收端收到該數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)碼后，進(jìn)行同樣的運(yùn)算來校驗(yàn)傳送是否出錯(cuò)。目前 CRC已廣泛用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信中，并在國際上形成規(guī)范，市面上已有不少現(xiàn)成的 CRC軟件算法。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 AT89C51的串行接口 AT89C51內(nèi)部有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口。該部件不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用。 下面將對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式以及波特率進(jìn)行介紹。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 串行接口的結(jié)構(gòu)及功能 圖 AT89C51串行口結(jié)構(gòu)框圖 發(fā)送 SBUF (99H) 接收 SBUF (99H) 同 步 時(shí) 鐘 門電路 發(fā)送控制器 接收控制器 輸入移位寄存器 串 行 口 控 制 寄 存 器 (98H) 內(nèi)部總線 ≥1 串行口中斷 TI RI TXD() RXD() 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 1. 串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF SBUF是串行口緩沖寄存器，包括 發(fā)送寄存器 和 接收寄存器 ，以便能以全雙工方式進(jìn)行通信。此外，在接收寄存器之前還有移位寄存器，從而構(gòu)成了串行接收的雙緩沖結(jié)構(gòu)，這樣可以避免在數(shù)據(jù)接收過程中出現(xiàn)幀重疊錯(cuò)誤。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于 CPU是主動(dòng)的，不會(huì)發(fā)生幀重疊錯(cuò)誤，因此發(fā)送電路不需要雙重緩沖結(jié)構(gòu)。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 在邏輯上， SBUF只有一個(gè)，它既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一個(gè)單元地址 99H。但在物理結(jié)構(gòu)上，則有兩個(gè)完全獨(dú)立的SBUF，一個(gè)是發(fā)送緩沖寄存器 SBUF，另一個(gè)是接收緩沖寄存器 SBUF。如果 CPU寫 SBUF，數(shù)據(jù)就會(huì)被送入 發(fā)送寄存器 準(zhǔn)備發(fā)送；如果 CPU讀SBUF，則讀入的數(shù)據(jù)一定來自 接收緩沖器 。即CPU對(duì) SBUF的讀寫，實(shí)際上是分別訪問上述兩個(gè)不同的寄存器。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 2. 串行控制寄存器 SCON 串行控制寄存器 SCON用于設(shè)置串行口的工作方式、監(jiān)視串行口的工作狀態(tài)、控制發(fā)送與接收的狀態(tài)等。它是一個(gè)既可以 字節(jié)尋址 又可以 位尋址 的 8位特殊功能寄存器。其格式如圖 。 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 見表 91 圖 串行口控制寄存器 SCON RI TI RB8 TB8 REN SM2 SM1 SM0 SCON 98H 99H 9AH 9BH 9CH 9DH 9EH 9FH 位地址 0：雙機(jī) 1：多機(jī) 多機(jī)通信 0：禁止 1：允許 接收控制 發(fā)送數(shù)據(jù)第 9位 接收數(shù)據(jù)第 9位 發(fā)送中斷標(biāo)志 接收中斷標(biāo)志 單片機(jī)原理及應(yīng)用 主目錄 上一頁 下一頁 結(jié) 束 (1)SM0 SM1：串行口工作方式選擇位。