【正文】 第七章 89C51串行口及串行通信技術? 本書前幾章涉及的數(shù)據(jù)傳送都是采用并行方式，如 8051與存儲器，存儲器與存儲器， 8051與并行打印機之間的通信。89C51處理 8位數(shù)據(jù)，若以并行傳送方式一次傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，至少需要 8條數(shù)據(jù)線。當 89C51與打印機連接時，除 8條數(shù)據(jù)線外，還需要狀態(tài)、應答等控制線。一些微機系統(tǒng)，如 IBMPC系列機，由于磁盤機、 CRT、打印機與主機系統(tǒng)的距離有限，所以，使用多條電纜線以提高數(shù)據(jù)傳送速度還是合算的。但是，計算機之間、計算機與其終端之間的距離有時非常遠，此時，電纜線過多是不經(jīng)濟的3/2/2023 1第七章 89C51串行口及串行通信技術? 串行通信只用一位數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)的位信號，即使加上幾條通信聯(lián)絡控制線，也用不了很多電纜線。因此，串行通信適合遠距離數(shù)據(jù)傳送，如大型主機與其遠程終端之間、處于兩地的計算機之間采用串行通信就非常經(jīng)濟。當然，串行通信要求有轉換數(shù)據(jù)格式、時間控制等邏輯電路，這些電路目前已被集成在大規(guī)模集成電路中（稱為可編程串行通信控制器），使用很方便。3/2/2023 2第七章 89C51串行口及串行通信技術? 本章將介紹 89C51串行口的結構及應用， PC機與 89C51間的雙機通信，一臺 PC機控制多臺 89C51前沿機的分布式系統(tǒng)，以及通信接口電路和軟件設計，并給出設計實例，包括接口電路、程序框圖、主程序和接收 /發(fā)送子程序。3/2/2023 3第七章 89C51串行口及串行通信技術 串行通信基本知識 串行口及應用 RS232C標準接口總線及串行通信硬件設計 89C51與 89C51點對點異步通信 89C51與 PC機間通信軟件的設計 PC機與多個單片機間的通信 思考題與習題返回3/2/2023 4 串行通信基本知識 數(shù)據(jù)通信 串行通信的傳輸方式 異步通信和同步通信 串行通信的過程及通信協(xié)議返回3/2/2023 5? 在實際工作中，計算機的 CPU與外部設備之間常常要進行信息交換，一臺計算機與其他計算機之間也往往要交換信息，所有這些信息交換均可稱為通信。? 通信方式有兩種，即并行通信和串行通信。? 通常根據(jù)信息傳送的距離決定采用哪種通信方式。? 例如，在 IBMPC機與外部設備（如打印機等）通信時，如果距離小于 30m，可采用并行通信方式；當距離大于 30m時，則要采用串行通信方式。 89C51單片機具有并行和串行二種基本通信方式。返回3/2/2023 6? 并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時進行傳送（發(fā)送或接收）的通信方式。? 其優(yōu)點是傳送速度快；? 缺點是數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線。? 例如， 89C51單片機與打印機之間的數(shù)據(jù)傳送就屬于并行通信。? 圖 71（ a） 所示為 89C51與外設間 8位數(shù)據(jù)并行通信的連接方法。并行通信在位數(shù)多、傳送距離又遠時就不太合適了。返回3/2/2023 7? 串行通信指數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式。? 它的突出優(yōu)點是只需一對傳輸線（利用電話線就可作為傳輸線），這樣就大大降低了傳送成本，特別適用于遠距離通信；? 其缺點是傳送速度較低。假設并行傳送 N位數(shù)據(jù)所需時間位 T，那么串行傳送的時間至少為 NT,實際上總是大于 NT的。? 圖 71（ b） 所示為串行通信方式的連接方法。返回3/2/2023 8圖圖 71 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式返回3/2/2023 9? 串行通信的傳送方向通常有三種：1. 單向（或單工）配置，只允許數(shù)據(jù)向一個方向傳送；2. 半雙向（或半雙工）配置，允許數(shù)據(jù)向兩個方向中的任一方向傳送，但每次只能有一個站點發(fā)送；3. 全雙向（全雙工）配置，允許同時雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對單向配置，它要求兩端的通信設備都具有完整和獨立的發(fā)送和接受能力。? 圖 72所示為串行通信中的數(shù)據(jù)傳送方式。 返回3/2/2023 10圖 72 串行通信中的數(shù)據(jù)傳送方式返回3/2/2023 11? 串行通信有兩種基本通信方式，即異步通信和同步通信。異步通信 返回3/2/2023 12異步通信返回3/2/2023 13異步通信 在異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀（包括一個字符代碼或一字節(jié)數(shù)據(jù)）傳送的，每一幀的數(shù)據(jù)格式如 圖 73所示返回3/2/2023 14圖 73 異步通信數(shù)據(jù)格式返回3/2/2023 15異步通信? 在幀格式中，一個字符由四個部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。首先是一個起始為（ 0），然后是 5位 8位數(shù)據(jù)（規(guī)定低位在前，高位在后），接下來是奇偶校驗位（可省略），最后是停止位（ 1）。返回3/2/2023 16? 圖 73（ a） 表示一個字符緊接一個字符傳送的情況，上一個字符的停止位和下一個字符的起始位是緊鄰的；? 圖 73（ b） 則是兩個字符間有空閑位的情況，空閑位為 1，線路處于等待狀態(tài)。存在空閑位正是異步通信的特征之一。? 例如，規(guī)定用 ASCII編碼，字符為七位，加一個奇偶校驗位、一個起始位、一個停止位，則一幀共十位。異步通信返回3/2/2023 17同步通信3/2/2023 18同步通信? 同步通信中，由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步。? 同步傳送時，字符與字符之間沒有間隙，也不用起始位和停止位，僅在數(shù)據(jù)塊開始時用同步字符 SYNC來指示，其數(shù)據(jù)格式如圖 74所示。返回3/2/2023 19圖 74 異步通信數(shù)據(jù)格式返回3/2/2023 20波特率（ Baud rate）? 波特率，即數(shù)據(jù)傳送速率，表示 每秒鐘傳送二進制代碼的位數(shù) ，它的單位是 b/s。? 波特率對于 CPU與外界的通信是很重要的。? 假設數(shù)據(jù)傳送速率是 120字符 /s，而每個字符格式包含 10個代碼位（ 1個起始位、 1個終止位、 8個數(shù)據(jù)位）。這時，傳送的波特率為： 10b／字符 120字符／ s＝ 1200b／ s返回3/2/2023 21波特率（ Baud rate）? 每一位代碼的傳送時間 Td為波特率的倒數(shù)。 Td＝ 1b／（ 1200b/s）＝ ? 異步通信的傳送速率在 50b/s19200b/s之間，常用于計算機到終端機和打印機之間的通信、直通電報以及無線電通信的數(shù)據(jù)發(fā)送等。返回3/2/2023 22串 ←→ 并轉換與設備同步 兩個通信設備在串行線路上成功地實現(xiàn)通信必須解決兩個問題： 一是串 ←→ 并轉換，即如何把要發(fā)送的并行數(shù)據(jù)串行化，把接收的串行數(shù)據(jù)并行化； 二是設備同步，即同步發(fā)送設備與接收設備的工作節(jié)拍，以確保發(fā)送數(shù)據(jù)在接收端被正確讀出。返回3/2/2023 23串 ←→ 并轉換與設備同步（ 1）串 ←→ 并轉換 串行通信是將計算機內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)，將其通過一根通信線傳送；并將接收的串行數(shù)據(jù)再轉換成并行數(shù)據(jù)送到計算機中。返回3/2/2023 24串 ←→ 并轉換與設備同步? 在計算機串行 發(fā)送 數(shù)據(jù)之前，計算機內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)被送入移位寄存器并一位一位地輸出，將 并行數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù) 。如 圖 75所示。? 在 接收 數(shù)據(jù)時，來自通信線路的 串行數(shù)據(jù) 被壓入移位寄存器，滿 8位后 并行 送到計算機內(nèi)部。 如圖 76所示。? 在串行通信控制電路中，串 并、并 串轉換邏輯被集成在串行異步通信控制器芯片中。 89C51單片機的串行口和 PC中的 8250都可實現(xiàn)這一功能。返回3/2/2023 25圖 75返回3/2/2023 26圖 76返回3/2/2023 27（ 2）設備同步? 進行串行通信的兩臺設備必須同步工作才能有效地檢測通信線路上的信號變化，從而采樣傳送數(shù)據(jù)脈沖。? 設備同步對通信雙方有兩個共同要求：一是通信雙方必須采用統(tǒng)一的編碼方法；二是通信雙方必須能產(chǎn)生相同的傳送速率。返回3/2/2023 28（ 2）設備同步? 采用統(tǒng)一的編碼方法確定了一個字符二進制表示值的位發(fā)送順序和位串長度，當然還包括統(tǒng)一的邏輯電平規(guī)定，即電平信號高低與邏輯 1和邏輯 0的固定對應關系。? 通信雙方只有產(chǎn)生相同的傳送速率，才能確保設備同步，這就要求發(fā)送設備和接收設備采用相同頻率的時鐘。發(fā)送設備在統(tǒng)一的時鐘脈沖上發(fā)出數(shù)據(jù)，接收設備才能正確檢測出與時鐘脈沖同步的數(shù)據(jù)信息。返回3/2/2023 29串行通信協(xié)議? 通信協(xié)議是對數(shù)據(jù)傳送方式的規(guī)定，包括數(shù)據(jù)格式定義和數(shù)據(jù)位定義等。? 通信雙方必須遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議。串行通信協(xié)議包括同步協(xié)議和異步協(xié)議兩種。? 在此 只討論異步串行通信協(xié)議和異步串性協(xié)議規(guī)定的字符數(shù)據(jù)的傳送格式 。返回3/2/2023 30串行通信協(xié)議（ 1）起始位? 通信線上沒有數(shù)據(jù)被傳送時處于邏輯 1狀態(tài)。? 當發(fā)送設備要發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)出一個邏輯 0信號，這個邏輯低電平就是起始位。? 起始位通過通信線傳向接收設備，接收設備檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接收數(shù)據(jù)位信號。? 起始位所起的作用就是設備同步，通信雙方必須在傳送數(shù)據(jù)位前協(xié)調(diào)同步。返回3/2/2023 31串行通信協(xié)議（ 2）數(shù)據(jù)位 當接收設備收到起始位后，緊接著就會收到數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位的個數(shù)可以是 7或 8。 IBMPC中經(jīng)常采用 7位或 8位數(shù)據(jù)傳送， 89C51串行口采用 8位或 9位數(shù)據(jù)傳送 。這些數(shù)據(jù)位被接收到移位寄存器中，構成傳送數(shù)據(jù)字符。在字符數(shù)據(jù)傳送過程中， 數(shù)據(jù)位從最低有效位開始發(fā)送 ，依次順序在接收設備中被轉換為并行數(shù)據(jù)。返回3/2/2023 32串行通信協(xié)議（ 3）奇偶校驗位 數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，可以發(fā)送奇偶校驗位。奇偶校驗用于有限差錯檢測，通信雙方需約定已知的奇偶校驗方式。如果選擇偶校驗，那么組成數(shù)據(jù)位和奇偶位的邏輯 1的個數(shù)必須是偶數(shù)；如果選擇奇校驗，那么邏輯 1的個數(shù)必須是奇數(shù)。返回3/2/2023 33串行通信協(xié)議（ 4）停止位約定 在奇偶位或數(shù)據(jù)位（當無奇偶校驗時）之后發(fā)送的是停止位。停止位是一個字符數(shù)據(jù)的結束標志，可以是 1位， 2位的高電平。接收設備收到停止位之后，通信線路上便又恢復邏輯 1狀態(tài)，直至下一個字符數(shù)據(jù)的起始位到來。返回3/2/2023 34串行通信協(xié)議（ 5）波特率設置 通信線上傳送的所有位信號都保持一致的信號持續(xù)時間，每一位的信號持續(xù)時間都由數(shù)據(jù)傳送速度確定，而傳送速度是以每秒多少個二進制位來衡量的，這個速度叫波特率。如果數(shù)據(jù)以 300個二進制位每秒在通信線上傳送，那么傳送速度為 300波特，通常記為 300b/s。返回3/2/2023 35串行通信協(xié)議（ 6）掛鉤（握手）信號約定 （見本章 ）返回3/2/2023 36 串行口及應用? 89C51單片機除具有 4個 8位并行口外，還具有串行接口。? 此串行接口是一個 全雙工串行通信接口 ，即能同時進行串行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。? 它可以作 UART（通用異步接收和發(fā)送器） 用，也可以作 同步移位寄存器 用。? 使用串行接口可以實現(xiàn) 89C51單片機系統(tǒng)之間 點對點的單機通信 和89C51與系統(tǒng)機（如 IBMPC機等）的 單機或多機通信 。返回3/2/2023 37 串行口及應用? 89C51串行口? 89C51串行口的工作方式及應用返回3/2/2023 38 89C51串行口結 構串行口控制字及控制寄存器串行通信工作方式波特率設計返回3/2/2023 39結 構? 89C51通過引腳 RXD（ ，串行數(shù)據(jù)接收端）和引腳 TXD（ ，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界進行通信。其內(nèi)部結構簡化示意圖如 圖 77所示。圖中 有兩個物理 獨立 的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，它們占用同一地址 99H，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù) 。發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。? 串行發(fā)送與接收的速率與移位時鐘同步。 89C51用定時器 T1作為串行通信的波特率發(fā)生器， T1溢出率經(jīng) 2分頻（或不分頻）后又經(jīng) 16分頻作為串行發(fā)送或接收的移位脈沖。移位脈沖的速率即是波特率。返回3/2/2023 40圖 77 串行口內(nèi)部結構示意簡圖返回3/2/2023 41結 構? 從圖中可看出，接收器是雙緩沖結構，在前一個字節(jié)被從接收緩沖器 SBUF讀出之前，第二個字節(jié)即開始被接收（串行輸入至移位寄存器），但是，在第二個字節(jié)接收完畢而前一個字節(jié) CPU未讀取時，會丟失前一個字節(jié)。? 串行口的發(fā)送和接收都是以特殊功能寄存器 SBUF的名義進行讀或?qū)懙摹．斚?SBUF發(fā) “寫 ”命令時（執(zhí)行 “MOV SBUF,A”指令），即是向發(fā)送緩沖器SBUF裝載并開始由 TXD引腳向外發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，發(fā)送完便使發(fā)送中斷標志位 TI=1。? 在滿足串行口接收中斷標志位 RI（ ） =0的條件下，置允許接收位