【正文】 SM2 標(biāo)志，準(zhǔn)備接收主機發(fā)來的數(shù)據(jù)/命令；地址不符的從機仍維持 SM2=1 不變，對主機發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬，直到主機發(fā)來新的地址幀； （5）主機發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息(第 9 位為 0)給被尋址的從機； （6）被尋址的從機，因 SM2=0，可以接收主機發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)，當(dāng)從機接收數(shù)據(jù)結(jié)束時，置位 SM2，返回接收地址幀狀態(tài)(復(fù)位狀態(tài))； （7）當(dāng)主機需改為與其它從機通信時，可再發(fā)出地址幀來呼叫其它的從機。 串行通信原理單片機、PC 及其他設(shè)備之間進行的信息交換稱為數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通信的方式有并行數(shù)據(jù)通信和串行數(shù)據(jù)通信兩種，實際應(yīng)用中具體采用哪種方式,要根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的距離來決定。如果是 PC 和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，距離小于 30m 時，可以采用并行數(shù)據(jù)通信；而距離大于 30m 時，則應(yīng)采用串行數(shù)據(jù)通信。如果是單片機或 PC 與測量儀器之間的數(shù)據(jù)通信，距離小于 15m 時，可以采用并行數(shù)據(jù)通信；而距離大于 15m 時，則應(yīng)采用串行數(shù)據(jù)通信 [6]、[10] 。本設(shè)計是基于 RS485 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)，是屬于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，所以采用的通信方式是：串行數(shù)據(jù)通信。結(jié)合本系統(tǒng)的具體情況，這里主要介紹串行通信的基本知識和 MCS51 系列單片機串行接口的結(jié)構(gòu)及原理。 串行通信基礎(chǔ)知識串行通信的方式可以按傳輸方式分，還可以按傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來分，前者反映了通信設(shè)備的硬件通信能力，后者反映了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。根?jù)被測對象和測試設(shè)備情 第 20 頁 共 58 頁況，可以選擇不同的串行通信方式。串行通信的傳輸方式按通信設(shè)備的配置不同共有3 種，即單工、半雙工和全雙工。單工是指數(shù)據(jù)傳輸只能從一方傳向另一方，反方向則不可以傳輸；半雙工是指數(shù)據(jù)可以在兩個方向傳輸，但每一時刻只能允許數(shù)據(jù)朝同一個方向傳輸；全雙工則沒有方向和時間的限制，數(shù)據(jù)傳輸可以同時朝兩個方向傳輸。 ，串行通信又分為異步通信和同步通信兩種基本方式，在本設(shè)計中采用的是串行異步通信方式。異步通信時，數(shù)據(jù)是以字符為單位進行傳送的。一個字符又稱為一幀信息，每個字符由 4 個部分組成：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位。這樣一組信息就稱為一幀數(shù)據(jù)或簡稱一幀，一幀信息由起始位開始，停止位結(jié)束。異步傳送的字符格式如圖 所示。起始位 D0 D1 … DN 奇偶校驗位 停止位 圖 異步通信的字符格式 起始位為 0 信號，占用 1 位，用來表示一幀信息的開始；其后就是數(shù)據(jù)位，它可以是 5 位、6 位、7 位或 8 位，傳送時低位在先、高位在后；再后面的是奇偶校驗位(即可編程位)，只占 l 位；最后是停止位，它用邏輯 l 來表示一幀信息的結(jié)束，可以是 l 位、1 位半或 2 位。 異步通信的特點是數(shù)據(jù)在線路上的傳送不連續(xù)，傳送時，字符間隔不固定，各個字符可以是連續(xù)傳送，也可以是間斷傳送，這完全取決于通信協(xié)議或約定。間斷傳送時，在停止位后，線路上自動保持為 l。在異步通信時，通信雙方必須事先約定以下兩項： （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。 （2）波特率。波特率就是傳送速率，即每秒傳送的二進制位數(shù)，單位為波特或bit/s。波特率與字符的傳送速率之間的關(guān)系為：波特率等于一個字符的二進制編碼位數(shù)乘字符/秒，通信時要求發(fā)送端與接收端的波特率必須一致。異步串行通信的波特率一般為 50～9600bit/s，高低不等。 MCS51 系列單片機串行口的結(jié)構(gòu)MCS51 系列單片機有一個全雙工的串行口，這個串口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，也可以實現(xiàn)串行異步通信，還可以作為同步移位寄存器使用。MCS51 系列單片機串行口主要由發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收控制器、輸入移位寄存器、接收數(shù)據(jù)緩沖器等組成，如圖 所示。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，故兩者使用同一個符號(SBUF)，占用同一個地址(99H)。通過使用不同的讀、寫緩沖器的指令來決定是對哪一個緩沖器進行操作。串行口還有兩個專 第 21 頁 共 58 頁用寄存器 SCON、PCON，SCON 用來存放串行口的控制和狀態(tài)信息，PCON 用于改變串行通信的波特率，波特率發(fā)生器可由定時器 Tl 或 T2 構(gòu)成。MCS51 系列單片機串行口正是通過對上述專用寄存器的設(shè)置、檢測與讀取來管理串行通信。使用串行接口以后，串行收、發(fā)的工作主要由串行接口來完成。在發(fā)送時，由 CPU執(zhí)行一條寫指令把數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器，則啟動串行口一位一位地向外發(fā)送。與此同時接收端也可以一位一位地接收數(shù)據(jù)，直到把一組數(shù)據(jù)接收完，送入接收緩沖器，然后通知 CPU，CPU 執(zhí)行一條讀指令把接收緩沖器的內(nèi)容讀入。可見，在整個串行收、發(fā)過程中，CPU 操作的時間很少，使得 CPU 還可以從事其他各種操作，從而大大提高了CPU 的效率。 內(nèi) 部 總 線 ≥ 1串 行 口 中 斷輸 入 移 位 寄 存 器 98)串行控制寄存器接 收 控 制 器發(fā) 送 控 制 器8接 收9)門發(fā) 送定時器 圖 MCS51 單片機串行口結(jié)構(gòu)框圖 MCS51 單片機串行口的控制 串行口的工作主要受串行口控制寄存器 SCON 的控制，另外也和電源控制寄存器PCON 有關(guān)。 （1）串行口控制寄存器 SCON串行控制寄存器 SCON 用以設(shè)定串行口的工作模式、接收/發(fā)送控制及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，字節(jié)地址 98H，可位尋址，其格式為： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SMl：串行口工作模式選擇位，可選擇 4 種工作模式，見表 所示。 SM2：多機通信控制位。主要用于模式 2 和模式 3。若 SM2=1，則允許多機通信。在主從式多機通信中，SM2 用于從機的接收控制，當(dāng) SM2=1 時，從機可接收地址幀，若接收到的第 9 位數(shù)據(jù)(RB8)為 0 時(數(shù)據(jù)幀)，不啟動接收中斷標(biāo)志 RI(即 RI=0)，并且將接收到的前 8 位數(shù)據(jù)丟棄；只有當(dāng) RB8 為 1 時(地址幀)，才將接收到的前 8 位數(shù)據(jù)送入 SBUF 中，并置位 RI，以產(chǎn)生中斷申請。當(dāng) SM2=0 時，從機可接收所有信息，即接收到一幀數(shù)據(jù)后，不論第 9 位數(shù)據(jù)是 0 還是 l，都置 RI=1，接收到的數(shù)據(jù)裝入 SBUF中。在模式 1 時，若 SM2=1，則只有接收到有效停止位時，RI 才置 l，以便接收下一幀數(shù)據(jù)；在模式 0 時，SM2 必須是 0。表 MCS51 單片機串行口的工作模式SMO SM1 工作模式 功能說明 波特率 第 22 頁 共 58 頁0 0 模式0 同步移位寄存器方 式 fosc/l20 1 模式l 10位異步接收發(fā)送 可變(由定時器控制)1 0 模式2 11位異步接收發(fā)送 fosc/32或fosc/641 l 模式3 11位異步接收發(fā)送 可變(由定時器控制)REN：允許接收控制位。只有當(dāng) REN=1 時，允許接收數(shù)據(jù)；若 REN=0 時，則禁止接收。該位相當(dāng)于串行接收的開關(guān)，由軟件置 1 或清零。 TB8：在模式 2 和模式 3 中，TB8 是發(fā)送數(shù)據(jù)的第 9 位，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的需要由軟件置位或復(fù)位。它可作為奇偶校驗位(單機通信)，也可在多機通信中作為發(fā)送地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。多機通信時，一般約定：發(fā)送地址幀時，設(shè)置 TB8=1；發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，設(shè)置 TB8=0。在模式 0 或模式 1 中，該位未用。 RB8：在模式 2 或模式 3 中，RB8 為接收數(shù)據(jù)的第 9 位，它即可以是約定的奇偶校驗位，也可以是約定的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)志位，可根據(jù) RB8 被置位的情況對接收數(shù)據(jù)進行某種判斷。例如多機通信時，若 RB8=1，說明收到的數(shù)據(jù)為地址幀；RB8=0，收到的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)幀。在模式 1 時，若 SM2=0(即不是多機通信的情況)，則 RB8 是已接收到的停止位。模式 0 中該位未用。 TI：發(fā)送中斷標(biāo)志，在一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束時由硬件置位。在模式 0 中，串行發(fā)送完 8 位數(shù)據(jù)時，或其它模式串行發(fā)送到停止位的開始時由硬件置位。TI=1 表示“發(fā)送緩沖器已空” ，通知 CPU 可以發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。TI 位可作為查詢，也可作為中斷申請標(biāo)志位，TI 不會自動復(fù)位，必須由軟件清零。RI：接收中斷標(biāo)志，在接收到一幀有效數(shù)據(jù)后由硬件置位。在模式 0 中，接收完8 位數(shù)據(jù)后，或其它方式中接收到停止位時由硬件置位。RI=1 表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，并已裝入接收緩沖器中，即表示“接收緩沖器以滿”通知 CPU 可取走數(shù)據(jù)。該位可作為查詢，也可作為中斷申請標(biāo)志位，同樣 RI 不會自動復(fù)位，必須由軟件清零，以準(zhǔn)備接收下一幀數(shù)據(jù)。（2）電源控制寄存器 PCONPCON 是為了在 CHMOS 的 MCS51 系列單片機上實現(xiàn)電源控制而設(shè)置的，字節(jié)地址為87H，不可位尋址，PCON 的內(nèi)容如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0其中，PCON 的低 4 位是 CHMOS 器件的掉電方式控制位。 在 HMOS 的 MCS51 系列單片機中，PCON 寄存器中只有最高位 SMOD 與串行口的工作有關(guān)，其它位都是虛設(shè)的。SMOD 稱為波特率倍增位。在模式 l、模式 模式 3 時，若SM0D — — — GF1 GF0 PD IDL 第 23 頁 共 58 頁SMOD=1，則波特率提高一倍；若 SMOD=0，則波特率不加倍。復(fù)位時，PCON=00H。 波特率設(shè)計在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)速率要有一定的約定，通過軟件對MCS51 系列單片機的串行口編程可設(shè)置 4 種工作模式。其中，模式 0 和模式 2 的波特率是固定的，而模式 l 和模式 3 的波特率是可變的，由定時器 Tl 或 T2 的溢出率決定。本系統(tǒng)采用的是模式 1。（1）模式 0 的波特率 在模式 0 時，每個機器周期產(chǎn)生一個移位時鐘，發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。所以，波特率固定為振蕩頻率的 1/12，且不受 SMOD 的影響。即 模式 0 的波特率 = (41)12oscf（2）模式 2 的波特率 模式 2 波特率的產(chǎn)生與模式 0 不同，模式 2 的波特率由系統(tǒng)的振蕩頻率 fosc 和PCON 的最高位 SMOD 確定，當(dāng) SMOD=0 時，波特率為 fosc／64；若 SMOD=1，則波特率fosc／32，即 模式 2 的波特率 = (42)642SMOD?oscf（3）模式 1 和模式 3 的波特率 模式 l 和模式 3 的移位時鐘脈沖由定時器 Tl 的溢出率決定，故波特率由定時器 Tl的溢出率與 SMOD 值來共同決定，即模式 l 和模式 3 的波特率 = 的溢出率 (43)32SMOD?1T當(dāng) Tl 做波特率發(fā)生器使用時，最典型的用法是使 Tl 工作在模式 2(初值自動加載)，定時方式，若計數(shù)初值為 X，則每過“256X”個機器周期，定時器 Tl 就會產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而引起中斷，此時應(yīng)禁止中斷。這時，溢出周期為： T = (44))256(1fosc? 溢出率為溢出周期的倒數(shù)，所以 波特率 = (45)321(56)SMODoscfX??此時，定時器 Tl 工作在模式 2 時的初值為 第 24 頁 共 58 頁 (46)2561384oscfXSMOD????（ ）波 特 率5 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 可以看出，整個程序的流程和協(xié)議設(shè)計密切相關(guān)。對于從機而言，它的工作與主機密切相關(guān)，它是完全被動的，根據(jù)主機的指令執(zhí)行相應(yīng)的操作。從機何時去收集設(shè)備的狀態(tài)信息也取決于主機，當(dāng)從機收到主機發(fā)送讀設(shè)備狀態(tài)信息指令時，才開始收集信息并發(fā)送相應(yīng)的指令進行上報。這里存在一個問題，如果節(jié)點處的設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化，它并不會主動通知從機，主控機也無法及時獲知并做出處理，所以需根據(jù)具體的應(yīng)用設(shè)置主機輪詢的定時時間。 通信協(xié)議設(shè)計 對于任何涉及通信或者數(shù)據(jù)交換（本質(zhì)上也是數(shù)據(jù)通信）的系統(tǒng)，通信協(xié)議的設(shè)計都是軟件設(shè)計的前提和關(guān)鍵。整個系統(tǒng)軟件分為主控機（單片機）端和從機（單片機）端兩部分。對于協(xié)議設(shè)計而言，最重要的就是數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計。除了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的定義外，整個系統(tǒng)的通信還需要遵守下面的規(guī)則： （1）主控機主導(dǎo)整個通信過程。由主控機定時輪詢各個節(jié)點處的從機，并要求這些從機提交其相對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)信息。 （2）主控機在發(fā)送完準(zhǔn)備好命令后，進入接收狀態(tài)，同時開啟超時控制。如果接收到錯誤的信息則繼續(xù)等待，如果在規(guī)定時間內(nèi)未能接收到從機的返回響應(yīng)幀，則認(rèn)為從機不在位，取消這次查詢。 （3）主控機接收到從機的返回命令幀后，發(fā)送“等待接收”指令，進入接收狀態(tài)，同時開啟超時控制。如果接收到錯誤的信息則繼續(xù)等待；如果在規(guī)定的時間內(nèi)未能接收到從機