【正文】 SPI RS232 USB 常見的串行通信接口 : 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 選通 數(shù)據(jù) 8位 計算機 并行 外設(shè) 10011111 10011111 H L 有二個問題需要解決 如何區(qū)分一位？ 如何將一串 0和 1還原成數(shù)據(jù)？ 1001 1111 → 1001 1111 1001 1111 → 1111 1001 10011111 如何實現(xiàn)串行通信？ 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 二、串行傳輸方式 :同步傳輸 和 異步傳輸 同步傳輸 1位 數(shù)據(jù) 計算機 外設(shè) 1 2 3 4 5 6 7 8 10011111 10011111 同步時鐘 1位 數(shù)據(jù) 計算機 異步傳輸 外設(shè) 靠 發(fā)送 和 接收 速率 相同來保證 比特率：位 /秒 (bps) 波特率：碼元 /秒 (Baud) 高位先送 發(fā)送速率 接收速率 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 同步通信方式 如何區(qū)分數(shù)據(jù)的起始？ 如何將一串 0和 1還原成數(shù)據(jù)？ 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 異步通信方式 異步通信協(xié)議： （ 1） 沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時 ， 數(shù)據(jù)線保持 “ 1”狀態(tài) （ 2） 發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 先發(fā)起始位 “ 0”， 其后是數(shù)據(jù) （ 3） 數(shù)據(jù)后再發(fā)一位停止位 “ 1“ 因此對于 8位數(shù)據(jù)至少要發(fā)送 10位 例 ：若比特率為 9600bps，則每傳輸 960幀，即 960字符 /秒 而每位傳輸時間： T=1/9600≈(ms) 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 解決了傳輸一個字節(jié)的同步問題 , 如何組成一組數(shù)據(jù)的傳輸 ? 計算機 異步傳輸 外設(shè) 同步頭 數(shù)據(jù) 7E 7D5E 7D 7D5D PPP協(xié)議中 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 串行通信接口 （ 1） UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用異步接收器 /發(fā)送器 （ 2） USRT (Universal Synchronous Receiver/Transmitter） 通用同步接收器 /發(fā)送器 8 串－并 8 并－串 發(fā)送 接收 1 時鐘 時鐘 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 調(diào)制解調(diào)器 － 15V：邏輯 1 ＋ 15V：邏輯 0 RS－ 232C標準 美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA公布的串行總線標準 DB25 DB9 最少 3根線 公用電話網(wǎng) Modem Modem 計算機 計算機 RS232C RS232C RxD （ 3） TxD （ 2） 地 （ 5） 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 1．異步傳送方式 圖 串行異步傳送的字符格式 (a) 字符格式； (b) 有空閑位的字符格式 D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 0 D 1 D 20 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 1 0 0 / 1 0 / 1 0 / 1 … D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 0 D 10 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 0 / 1 1 1 1 1 0 0 / 1 0 / 1 …數(shù)據(jù)位起始位 奇偶校驗位停止位停止位數(shù)據(jù)位 空閑位起始位下一個空閑位下一個空閑位(a )(b )第 N + 1 個字符第 N 個字符第 N 個字符第 N + 1 個字符奇偶校驗位第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 在串行異步傳送中，通信雙方必須事先約定： (1) 字符格式 。雙方要事先約定字符的編碼形式、奇偶校驗形式及起始位和停止位的規(guī)定。例如用 ASCII碼通信，有效數(shù)據(jù)為 7位，加一個奇偶校驗位、一個起始位和一個停止位共 10位。當然停止位也可以大于 1位。 (2) 波特率 (Baud rate)。波特率就是數(shù)據(jù)的傳送速率，即每秒鐘傳送的二進制位數(shù)，單位為 位 /秒 。它與字符的傳送速率(字符 /秒 )之間有以下關(guān)系： 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 波特率 =一個字符的二進制編碼位數(shù) 字符 /秒 例如：電傳打字機的傳送速率每秒 10個字符，若每個字符為 11位，則波特率為： 。 11位 /字符 * 10字符 /s=110位 /s 要求發(fā)送端與接收端的波特率必須一致 。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 異步串行通信的傳送速率一般為 50~9600波特，常用于計算機到 CRT終端和字符打印機之間的通信、直通電報以及無線電通信的數(shù)據(jù)發(fā)送等。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 2．同步傳送 圖 同步通信的格式 同步字符 2同步字符 1 數(shù)據(jù)塊Td圖 2 . 1 9 同步通信的格式 同步通信中，數(shù)據(jù)塊的開頭發(fā)送一個或兩個同步字符，使發(fā)送和接收雙方取得同步。因為是成塊發(fā)送，速度高于異步方式。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) ? 總結(jié)： ? MCS51串行接口的基本工作是： ? 發(fā)送時 ，將 CPU送來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的串行數(shù)據(jù)，從 TXD引腳上按規(guī)定的波特率逐位輸出； ? 接收時 ，隨時監(jiān)視 RXD引腳，一旦出現(xiàn)起始位“ 0”，就將外設(shè)送來的一定格式的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，等待 CPU讀入。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 圖 串行通信數(shù)據(jù)傳送的三種方式 (a) 單工方式； (b) 半雙工方式； (c) 全雙工方式 AS SB(a ) (b ) (c )A B A B第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 單工、雙工、半雙工方式 單工： 廣播 半雙工： 電話 全雙工： 對講機 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) MCS51單片機的串行口 1．功能與結(jié)構(gòu) 表 串行口的工作方式 SM0 SM1 工作方式 功 能 波 特 率 0 0 方式 0 移位寄存器方式 ， 用于并行 I/O擴展 fosc /12 0 1 方式 1 8位通用異步接收器 /發(fā)送器 可變 1 0 方式 2 9位通用異步接收器 /發(fā)送器 fosc /32或 fosc /64 1 1 方式 3 9位通用異步接收器 /發(fā)送器 可變 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 圖 串行口方式 0結(jié)構(gòu)示意圖 S E N D R E CV發(fā)送控制器接收控制器發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器S BU F接收數(shù)據(jù)緩沖器S BU F移位寄存器移位脈沖132并入啟動并出寫 S BU F讀 S BU F裝載S BU F串入R IT I串行口中斷內(nèi)部移位脈沖內(nèi)部移位脈沖88內(nèi)部總線≥ 1≥ 1amp。amp。串出Sb5476T X D 引腳同步移位脈沖RX D 引腳（數(shù)據(jù)）啟動REN 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 串行口控制寄存器 SCON的格式如下： SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 RI SCON 字節(jié) 地址 98H D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0、 SM1：由軟件置位或清零，用于選擇串行 口四種工作方式。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) SM2：多機通信控制位 （多機通信時 SM2=1)。 在方式 2和方式 3中 ： 如 SM2=1，則接收到的 第 9位數(shù)據(jù) (RB8)為 0時不啟動接收中斷標志 RI(即 RI=0)，并且將接收到的前 8位數(shù)據(jù)丟棄； RB8為 1時，才將接收到的前 8位數(shù)據(jù)送入 SBUF， 并置位 RI，產(chǎn)生中斷請求 。 當 SM2=0時，則不論第 9位數(shù)據(jù)為 0或 1，都將前 8位數(shù)據(jù)裝入 SBUF中，并產(chǎn)生中斷請求。 在方式 0時， SM2必須為 0。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) REN： 允許串行接收控制位 。若 REN=0，則禁止接收；REN=1，則允許接收，該位由軟件置位或復(fù)位。 TB8：發(fā)送數(shù)據(jù) D8位 。在方式 2和方式 3時， TB8為所要發(fā)送的第 9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，以 TB8位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)： TB8=0為數(shù)據(jù)， TB8=1為地址 ； 也可用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗位 。該位由軟件置位或復(fù)位。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) RB8：接收數(shù)據(jù) D8位 。在方式 2和方式 3時，接收到的第 9位數(shù)據(jù)，可作為 奇偶校驗位或地址幀或數(shù)據(jù)幀的標志 。方式 1時，若 SM2=0，則 RB8是接收到的停止位。在方式 0時，不使用 RB8位。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) TI：發(fā)送中斷標志位 。在方式 0時，當發(fā)送數(shù)據(jù)第 8位結(jié)束后，或在其它方式發(fā)送停止位后，由 內(nèi)部硬件使 TI置位 ，向CPU請求中斷。 CPU在響應(yīng)中斷后， 必須用軟件清零 。此外，TI也可供查詢使用。 RI：接收中斷標志位 。在方式 0時，當接收數(shù)據(jù)的第 8位結(jié)束后，或在其它方式接收到停止位的中間由 內(nèi)部硬件使 RI置位 ，向 CPU請求中斷。同樣，在 CPU響應(yīng)中斷后， 也必須用軟件清零 。 RI也可供查詢使用。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 電源控制寄存器的格式如下： SMOD CF1 CF0 PD IDL D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PCON 字節(jié) 地址 97H PCON的最高位 SMOD是串行口波特率系數(shù)控制位。SMOD=1時，波特率增大一倍。其余各位與串行口無關(guān)。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 2．串行口的工作方式 發(fā)送 : CPU執(zhí)行一條寫 SBUF的指令，如 MOV SBUF， A 就啟動了發(fā)送過程。 指令執(zhí)行期間送來的寫信號打開三態(tài)門 1，將經(jīng)內(nèi)部總線送來的 8位并行數(shù)據(jù)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF。寫信號的同時啟動發(fā)送控制器。此后， CPU與串行口并行工作。經(jīng)過一個機器周期，發(fā)送控制端 SEND有效 (高電平 )，打開門 5和門 6，允許RXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)， TXD引腳輸出同步移位脈沖。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 在時鐘信號 S6觸發(fā)產(chǎn)生的內(nèi)部移位脈沖作用下 ，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中的數(shù)據(jù) 逐位串行輸出 。 每一個機器周期從 RXD上發(fā)送一位數(shù)據(jù)。故波特率為 fosc/12。 S6同時形成同步移位脈沖，一個機器周期從 TXD上輸出。 8位數(shù)據(jù) (一幀 )發(fā)送完畢后， SEND恢復(fù)低電平狀態(tài)，停止發(fā)送數(shù)據(jù)。 且發(fā)送控制器硬件置發(fā)送中斷標志 TI=1，向 CPU申請中斷 。 如要再次發(fā)送數(shù)據(jù)，必須用軟件將 TI清零，并再次執(zhí)行寫SBUF指令。 第 2章 MCS51系列單片機的硬件結(jié)構(gòu) 接收 : 在 RI=0的條件下， 將 REN()置 1就啟動一次接收過程。 此時 RXD為串行數(shù)據(jù)接收端， TXD依然輸出同步移位脈沖。 REN置 1啟動了接收控制器。經(jīng)過一個機器周期，接收控制端 RECV有效 (高電平 )，打開門 6，允許 TXD輸出同步移位脈沖。 該脈沖控制外接芯片逐位輸入數(shù)據(jù)，波特率為 fosc/12。在內(nèi)部移位脈沖作用下， RXD上