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第7章单片机的串行通信本章的学习目标单片机串行通信I/O接口的结构串行通信控制寄存器单片机串行通信的工作方式串行通信应用。通信方式7.1串行通信的概念7.1.1异步通信与同步通信并行通信—空间上区分各位数据及联络控制信号。占用传输线多，速度快。串行通信—时间上区分各位数据及联络控制信号。占用传输线少，速度慢。一、串行通信方式信息传输在一个方向上只占用一跟通信线，它既作为数据线，又作为联络线。信息格式上分异步通信方式:按字符传输同步通信方式:按数据块传输1.异步通信数据格式停止位起始位低位高位7位数据位奇偶校验停止位第N个字符第N-1个字符102．同步通信SYNC（SynchronousDataCommunication）在同步通信中，数据或字符开始处是用同步字符来指示（一般约定为1～2个字符），以实现发送端和接收端同步，一旦检测到约定同步字符，下面就连续按顺序接收数据。同步字符1同步字符2起始数据块（若干字节）校验符1校验符2结束7.1.2串行通信的波特率波特率（bps）是异步通信中数据传送速率的单位，其意义是每秒传送多少位二进制数。例如：数据传送的速率为120个字符每秒，每个字符由1个起始位、8个数据位和1个停止位组成，则其传送波特率为：10b×120／s＝1200bps＝1200波特7.1.3串行通信的方式按照数据传送方向，串行通信可分为单工、半双工（halfduplex）制式和全双工（fullduplex）制式。1．半双工制式在半双工制式下，甲机和乙机之间只有一个通信回路，接收和发送不能同时进行，只能分时发送和接收。甲机乙机演示思考：实际生活的例子？2．全双工制式在全双工制式下，甲、乙两机之间数据的发送和接收可以同时进行，称为全双工传送。不管哪种形式的串行通信，在两机之间均应有共地线。甲机乙机思考：实际生活的例子？7.2串行通信总线标准及其接口7.2.1RS-232C接口RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。是美国电子工业协会（EIA）1962年公布，1969年最后修定而成的。其中，RS表示RecommendedStandard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间的电气性能。RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于15m，传输速率最大为20kb/s。1. RS-232C信息格式标准RS-232C采用串行格式，如图7-5所示。该标准规定：信息的开始为起始位，信息的结束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。图7-5RS-232C信息格式0/10/10/10/10/10/10/1…01低位高位第n个信息第n＋1个信息数据位(5,6,7,8)起始位起始位停止位奇偶校验位(有,无)逻辑“1”,－12V逻辑“0”,＋12V2. RS-232C电平转换器RS-232C规定了自己的电气标准，由于它是在TTL电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，即逻辑“0”：+5V～+15V；逻辑“1”：-5V～-15V。因此，RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意！常用的电平转换集成电路是传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489。图7-6MAX232引脚图常用的电平转换电路是MAX232。图7.7为MAX232的引脚图。13451110129261615147138C1+C1-C2+C2-T1INT2INR1OUTR2OUTVs+Vs-VCCGNDT1OUTT2OUTR1INR2IN接计算机接单片机3.RS-232C总线规定RS-232C引脚图RS-232C标准总线为25根，采用标准的D型25芯插头座。各引脚的排列如图。DTE：数据终端设备(如个人计算机)DCE：数据电路终接设备(如调制解调器)12345678910111213141516171819202122232425方向名称第2路发送数据发送时钟第2路接收数据接收时钟未用第2路请求发送数据终端就绪数据信号检测振铃指示数据信号速率选择发送时钟未用未用保护地N.A发送数据到DCE接收数据到DCE请求发送到DCE允许发送到DTE数据置位就绪到DTE信号地N.A载波检测到DTE留作调试用第2路载波检测到DTE第2路允许发送到DTE名称方向到DCE到DTE到DTE到DTE到DCE到DCE到DTE到DTE到DCE到DCE7.2.2RS-449、RS-422A、RS-423A标准接口RS-232C虽然应用广泛，但因为推出较早，在现代通信系统中存在以下缺点：数据传输速率慢，传输距离短，未规定标准的连接器，接口处各信号间易产生串扰。鉴于此，EIA制定了新的标准RS-449，该标准除了与RS-232C兼容外，在提高传输速率，增加传输距离，改善电气性能等方面有了很大改进。1.RS-449标准接口RS-449是1977年公布的标准接口，在很多方面可以代替RS-232C使用。RS-449与RS-232C的主要差别在于信号在导线上的传输方法不同：RS-232C是利用传输信号与公共地的电压差，RS-449是利用信号导线之间的信号电压差，在1219.2m的24-AWG双铰线上进行数字通信。RS-449规定了两种接口标准连接器，一种为37脚，一种为9脚。RS-449可以不使用调制解调器，它比RS-232C传输速率高，通信距离长，且由于RS-449系统用平衡信号差传输高速信号，所以噪声低，又可以多点或者使用公共线通信，故RS-449通信电缆可与多个设备并联。2. RS-422A、RS-423A标准接口RS-422A文本给出了RS-449中对于通信电缆、驱动器和接收器的要求，规定双端电气接口形式，其标准是双端线传送信号。它具体通过传输线驱动器，将逻辑电平变换成电位差，完成发送端的信息传递；通过传输线接收器，把电位差变换成逻辑电平，完成接收端的信息接收。RS-422A比RS-232C传输距离长、速度快，传输速率最大可达10Mb/s，在此速率下，电缆的允许长度为12m，如果采用低速率传输，最大距离可达1200m。7.2.320mA电流环路串行接口20mA电流环是目前串行通信中广泛使用的一种接口电路。电流环串行通信接口的最大优点是低阻传输线对电气噪声不敏感，而且易实现光电隔离，因此在长距离通信时要比RS-232C优越得多。图7-9是一个实用的20mA电流环接口电路。它是一个加上光电隔离的电流环传送和接收电路。在发送端，将TTL电平转换为环路电流信号，在接收端又转换成TTL电平。图7.1120mA电流环接口电路20mA5k10k477502005k50030010k＋5V＋12V＋5V11TTL数据入TTL数据出通信需要考虑的因素：(1)通信速度和通信距离。通常的标准串行接口，都要满足可靠传输时的最大通信速度和传送距离指标，但这两个指标具有相关性，适当降低传输速度，可以提高通信距离，反之亦然。例如，采用RS-232C标准进行单向数据传输时，最大的传输速度为20kb/s，最大的传输距离为15m。而采用RS-422A标准时，最大的传输速度可达10Mb/s，最大的传输距离为300m，适当降低传输速度，传输距离可达1200m。(2)抗干扰能力。通常选择的标准接口，在保证不超过其使用范围时都有一定的抗干扰能力，以保证可靠的信号传输。但在一些工业测控系统中，通信环境十分恶劣，因此在通信介质选择、接口标准选择时，要充分考虑抗干扰能力，并采取必要的抗干扰措施。例如在长距离传输时，使用RS-422A标准，能有效地抑制共模信号干扰；使用20mA电流环技术，能大大降低对噪声的敏感程度。在高噪声污染的环境中，通过使用光纤介质可减少噪声的干扰，通过光电隔离可以提高通信系统的安全性。7.3MCS-51的串行接口7.3.1MCS-51串行口结构MCS-51内部有两个独立的接收、发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存器。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，二者共用一个字节地址（99H）。串行口的结构如图7-10所示。1．串行口控制寄存器SCONSM0、SM1：控制串行口的工作方式。SM2：允许方式2和方式3进行多机通信控制位。REN：允许串行接收控制位。REN=1，允许接收。TB8：是工作在方式2和方式3时要发送的第9位数据，根据需要由软件置位和复位。RB8：是工作在方式2和方式3时接收到的第9位数据。TI：发送中断标志位。必须由软件清零。RI：接收中断标志位。必须由软件清零。SM0、SM1：串行口工作方式选择位SM0SM1工作方式功能描述波特率00011011方式0方式1方式2方式38位同步移位寄存器10位UART11位UART11位UARTfosc∕12可变fosc∕64和fosc∕32可变2．特殊功能寄存器PCONSMOD：波特率倍增位。当SMOD=1时，波特率加倍；当SMOD=0时，波特率不加倍。GF1、GF0：两个通用标志位，用户使用。思考：该两位的作用是什么？7.3.2单片机串行口的工作方式1．方式0串行接口工作方式0为同步移位寄存器方式，多用于I/O口的扩展，其波特率是固定的，为fosc/12。TXD引脚输出同步移位脉冲，RXD引脚串行输入/输出。2．方式1在方式l时，串行口被设置为波特率可变的8位异步通信接口。发送/接收1帧数据为10位，其中1位起始位、8位数据位（先低位后高位）和1位停止位。3．方式2串行口工作为方式2时，被定义为9位异步通信接口。发送/接收1帧数据为11位，其中1位起始位、8位数据位、1位控制/校验位和1位停止位。控制/校验位为第9位数据。4．方式3方式3为波特率可变的11位异步通信方式，除了波特率有所区别之外，其余同方式2。7.3．3串行通信的波特率（1）方式0的波特率在方式0下，串行口通信的波特率是固定的，其值为fosc/12（fosc为主机频率）。（2）方式2的波特率在方式2下，通信波特率为fosc/32或fosc/64，根据特殊功能寄存器PCON中SMOD位的状态来决定串行口在那个波特率下工作。选择公式为：（3）方式1或方式3的波特率在这两种方式下，串行口波特率是由定时器的溢出率决定的，因而波特率是可变的。波特率的公式为：溢出率定时器波特率T1322SMOD)21(12fT1KOSC－初值溢出率定时器式中：K为定时器T1的位数。7.4单片机串行口的应用7.4.1串行口扩展显示器【例7-1】用8位串入并出移位寄存器74HC164扩展显示器。功能：把数据从显示缓冲区送到数码管。ORG1000HMOVR2，＃08H；显示8个数码管MOVR0，＃DIS；显示缓冲区未地址送入R0DL0：MOVA，＠R0；取要显示数作查表偏移量MOVDPTR，＃TAB；指向字形表首MOVCA，＠A＋DPTR；查表得字形码MOVSBUF，A；发送显示DL1：JNBT1，DL1；等待发送完一帧CLRT1；清中断标志，准备继续发送DECR0；更新显示单元DJNZR2，DL0；重复显示所有数码管TAB：DB0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；0，1，2，3，4，DB92H，82H，0F8H，80H，90H；5，6，7，8，9，DB88H，83H，0C6H，0A1H，86H；A，B，C，D，E，DB8EH，0BFH，8CH，0FFH；F，－，P，暗7.4.2串行口扩展的键盘在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，以8位数据为一帧，先发送或接收最低位，每个机器周期发送或接收一位，故其波特率是固定的，为fosc／12。串行数据由RXD（P3.0）端输入或输出。ORG0100HSTART：MOVR0，＃50H;片内RAMMOVDPTR，#TABRCVI：MOVSCON，＃10H；设置串口0并接收JNBRI，$；一帧接收完