單片機(jī)原理與接口技術(shù)：第7章 MCS-51系列單片機(jī)的串行接口

第7章MCS-51系列單片機(jī)的串行接口概述

單片機(jī)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集或工業(yè)控制時(shí)，往往作為前端機(jī)安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)離主機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采用串行通信方式發(fā)往主機(jī)進(jìn)行處理，以降低通信成本，提高通信可靠性。7.1串行通信的基本知識(shí)1．通信的概念

單片機(jī)與外界進(jìn)行信息交換統(tǒng)稱為通信。通信的基本方式有兩種：并行通信和串行通信。

并行通信：數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或接收。其特點(diǎn)是傳送速度快，效率高，但成本高，適用于短距離傳送數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送一般均采用并行方式。串行通信：數(shù)據(jù)一位一位順序發(fā)送或接收。其特點(diǎn)是傳送速度慢，但成本低，適用于較長距離傳送數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送一般均采用串行方式。在單片機(jī)中，用微型計(jì)算機(jī)編寫和匯編單片機(jī)的源程序，經(jīng)匯編后再把目標(biāo)程序傳送給單片機(jī)，這種傳送是采用串行通信方式進(jìn)行的。2．?dāng)?shù)據(jù)通信的制式常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工。1）.單工方式:一端固定為發(fā)送端，另外一端固定為接收端。數(shù)據(jù)傳送是單向的，因此，只需要一條數(shù)據(jù)線。這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡(jiǎn)單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。

2).半雙工方式

數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)傳送是雙向的，但任一時(shí)刻數(shù)據(jù)只能是一端發(fā)送另一端接收。3).全雙工方式

允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送，兩端都可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3.串行通信的分類串行通信的分類：同步串行通信和異步串行通信1).異步通信(AsynchronousCommunication)

在異步通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘。不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)線總是呈現(xiàn)高電平，稱其為空閑態(tài)。異步通信方式規(guī)定每組數(shù)據(jù)均以相同的幀格式傳輸。

異步通信用一幀來表示一個(gè)字符，其字符幀的數(shù)據(jù)格式為：在一幀格式中，先是一個(gè)起始位“0”(低電平)，然后是5～8個(gè)數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是1位奇偶校驗(yàn)位(可以省略)，最后是1～2位的停止位“1”(高電平)。在異步通信中，收發(fā)雙方有兩項(xiàng)設(shè)定必須保持一致：幀格式的設(shè)定必須一致。即一幀數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)長度、校驗(yàn)方式及停止位個(gè)數(shù)的設(shè)定都必須一致；波特率的設(shè)定必須一致。波特率：表示信息的傳輸速率，即每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)，其單位是波特，1波特=1位/秒(b/s)優(yōu)點(diǎn)：不需要傳送同步脈沖，可靠性高，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：傳輸速度慢在單片機(jī)中，主要使用異步通信方式2).同步通信(SynchronousCommunication)在同步通信中，發(fā)送方在數(shù)據(jù)或字符開始處就用同步字符(常約定1～2個(gè)字節(jié))指示一幀的開始，由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，接收方一旦檢測(cè)到與規(guī)定的同步字符符合，下面就連續(xù)按順序傳送若干個(gè)數(shù)據(jù)，最后發(fā)校驗(yàn)字節(jié)。同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。其信息幀的格式為：優(yōu)點(diǎn)：傳輸信息量大、傳輸速度高的場(chǎng)合缺點(diǎn)：硬件設(shè)備較為復(fù)雜，成本較高4.串行接口的基本任務(wù)通信協(xié)議就是通信雙方必須共同遵守的一種約定，約定包括數(shù)據(jù)的格式、同步的方式、傳送的步驟、檢糾錯(cuò)方式及控制字符的定義等。串行接口的基本任務(wù)：1）.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化

因?yàn)镃PU發(fā)出的數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)，接口電路應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化任務(wù)，如自動(dòng)生成起止方式的幀數(shù)據(jù)格式(異步方式)或在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符（同步方式）等。

2）.進(jìn)行串、并轉(zhuǎn)換

在發(fā)送端，接口將CPU送來的并行信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送；而在接收端，接口要將接收到串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)送往CPU，由CPU進(jìn)行處理。3）.控制數(shù)據(jù)的傳輸速率

接口應(yīng)具備對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率—波特率的控制選擇能力，即具有波特率發(fā)生器。4）.進(jìn)行傳送錯(cuò)誤檢測(cè)

在發(fā)送時(shí)，對(duì)傳送的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成校驗(yàn)位或校驗(yàn)碼，在接收端能檢查校驗(yàn)位或校驗(yàn)碼，以確定傳送中是否有誤碼。51系列單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)全雙工的異步通信接口，通過對(duì)串行接口寫控制字可以選擇其數(shù)據(jù)格式，同時(shí)內(nèi)部有波特率發(fā)生器，提供可選的波特率，可完成雙機(jī)通信或多機(jī)通信。7.2串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及接口1.串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，最簡(jiǎn)單、最常用的是異步串行通信方式。測(cè)控系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)通信主要采用異步串行通信方式，常用的異步總線標(biāo)準(zhǔn)有三種：●RS-232（RS-232ARS-232BRS-232C）●RS-449（RS422RS423RS485）●20mA電流環(huán)RS-232C：速率：20Kbit/S，最大通信距離：15m

用于一般場(chǎng)合RS422：10Mbit/s:300m90Kbit/s：1200m

能有效地抑制共模信號(hào)干擾2.RS－232C美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）公布的一種異步通信標(biāo)準(zhǔn)。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是：●設(shè)備之間通信的距離不大于15米●最大傳輸速率20KB/S●采用負(fù)邏輯：“1”——―5V∽―15V“0”——+5V∽+15V●不帶負(fù)載時(shí)輸出電平：―25V∽+25V●輸出短路電流：<0.5A●最大負(fù)載電容:2500pF當(dāng)計(jì)算機(jī)采用RS232標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須通過電平轉(zhuǎn)換，MAX232是RS-232C和TTL電平轉(zhuǎn)換芯片。內(nèi)部具有電壓提升電路，并有兩路接收器和發(fā)送器。7.3串行口通信控制MCS-51單片機(jī)由兩個(gè)特殊功能寄存器SCON和PCON控制串行口的工作方式和波特率。波特率發(fā)生器可由定時(shí)器T1或T2(8052)構(gòu)成。1.串行通信控制寄存器SCON①SM0，SM1：串行口工作方式控制位②TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位，用于指示一幀信息發(fā)送是否完成，可尋址標(biāo)志位。③RI：接收中斷標(biāo)志位，用于指示一幀信息是否接收完，可尋址標(biāo)志位。④TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8。⑤RB8：接收數(shù)據(jù)位8。⑥REN：允許接收控制位，用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止。⑦?SM2：多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。2．中斷允許寄存器IE

其中，對(duì)串行口有影響的位是ES。ES為串行中斷允許控制位，ES?=?1，允許串行中斷；ES?=?0，禁止串行中