串行通信及C中的串行端口.ppt

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1、串行通信及C中的串行端口 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 80C5180C51的通用的通用 同步同步/异步异步 收收/发器发器USARTUSART模块模块 9.2串行通信串行通信9.19.1 串串 行行 通通 信信 9.1.1 9.1.1 概述概述 1 1串行通信的优点串行通信的优点 在并行通信中，数据有多少位就需要在并行通信中，数据有多少位就需要有多少条传送线，而串行通信只需要一条有多少条传送线，而串行通信只需要一条传送线。故串行通信节省传送线，

2、特别是传送线。故串行通信节省传送线，特别是长距离传送时，这个优点就更为突出。但长距离传送时，这个优点就更为突出。但是串行传送的速度慢，若并行传送所需的是串行传送的速度慢，若并行传送所需的时间为时间为T，则串行传送的时间至少为，则串行传送的时间至少为NT（其（其中中N为位数）。为位数）。2 2同步通信与异步通信同步通信与异步通信 在串行通信中，有两种最基本的通信在串行通信中，有两种最基本的通信方式。方式。（1）非同步（异步）通信）非同步（异步）通信ASYNC（asynchronous data communication）它用起始位表示字符的开始，用停止它用起始位表示字符的开始，用停止位表示字符

3、的结束。如图位表示字符的结束。如图9-1所示。所示。图图9-1 异步通信的格式异步通信的格式 数据信号传送速率数据信号传送速率 数据信号传送速率的规定，对于数据信号传送速率的规定，对于CPU与外界的通信是很重要的。与外界的通信是很重要的。假如数据传送的速率是假如数据传送的速率是120字符字符/秒，秒，而每一字符包含而每一字符包含10个数据位，则每秒传送个数据位，则每秒传送的二进制位数为的二进制位数为 10120=1200位位/秒秒=1200bit/s 则每一位的传送时间即为则每一位的传送时间即为 Td=1/1200=0.833ms 波特率（波特率（Baud rate）图图9-2 信号传输率与波

4、特率的关系信号传输率与波特率的关系（2 2）同步传送）同步传送 在异步传送中，每一个字符都要用起始在异步传送中，每一个字符都要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，位和停止位作为字符开始和结束的标志，至少占用了至少占用了1/5的时间，所以，在数据块传的时间，所以，在数据块传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，送时，为了提高速度，就去掉这些标志，在数据块开始处用同步字符来指示。如图在数据块开始处用同步字符来指示。如图9-3所示。所示。图图9-3 同步字符同步字符 3 3数据传送方向数据传送方向 通常串行通信，数据在两个站之间是双通常串行通信，数据在两个站之间是双向传送的，向传送的，A站可作为

5、发送端，站可作为发送端，B站作为接站作为接收端，也可以将收端，也可以将A站作为接收端，站作为接收端，B站作为站作为发送端，根据要求又可以分为半双工和完发送端，根据要求又可以分为半双工和完全双工两种。全双工两种。（1 1）半双工（）半双工（half duplexhalf duplex）半双工传送如图半双工传送如图9-4所示。所示。图图9-4 半双工示意图半双工示意图（2 2）完全双工（）完全双工（full duplexfull duplex）完全双工传送方式如图完全双工传送方式如图9-5所示，即两所示，即两个站同时都能发送。个站同时都能发送。图图9-5 完全双工示意图完全双工示意图 4 4信号的

6、调制和解调信号的调制和解调 图图9-6 通信信号示意图通信信号示意图 图图9-7 电话线的频带图电话线的频带图 图图9-8 数字信号通过电话线传送产生的畸变数字信号通过电话线传送产生的畸变 图图9-9 调制与解调示意图调制与解调示意图 图图9-10 FSK调制法原理图调制法原理图 5 5串行串行I/OI/O的实现的实现 6 6串行通信的校验方法串行通信的校验方法（1）软件奇偶校验）软件奇偶校验 9.1.2 9.1.2 串行接口标准串行接口标准EIA RS-232CEIA RS-232C接口接口 图图9-11 RS-232C的引脚图的引脚图 图图9-12 接收器和发送器的具体电路接收器和发送器的

7、具体电路 图图9-13 计算机与远方终端和当地终端连接示意图计算机与远方终端和当地终端连接示意图 9.1.3 9.1.3 串行通信组网方式串行通信组网方式 图图9-14 常见的常见的4种网络结构图种网络结构图 1 1双机通信方式双机通信方式2 2多机通信方式多机通信方式3 3多主机通信方式多主机通信方式 图图9-15 一点对多点多机通信方式一点对多点多机通信方式 图图9-16 多主机通信方式多主机通信方式9.2 80C51中的通用同步中的通用同步/异步收异步收/发器发器USART模块模块 表表9-1标准标准80C51的的USARI串口支持的通信类型串口支持的通信类型 9.2.2 USART9.

8、2.2 USART模块相关的寄存器模块相关的寄存器 续表续表 位1位2位3位4位5位6位7位8SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI1 1串口控制寄存器串口控制寄存器SCONSCON SM0 SM1工 作 方 式功 能 说 明波 特 率0 008位数据，同步固定，fosc/120 118位数据，异步（10位帧）可变，由TI提供1 139位数据，异步（11位帧）1 02半固定，fosc/64或fosc/32表表9-3串行口的工作方式串行口的工作方式 2 2电源控制寄存器电源控制寄存器PCONPCON位1位2位3位4位5位6位7位8SMODGF1GF0PDIDL 9.2.3 USART9.2

9、.3 USART模块的电路结构模块的电路结构 图图9-17 串口结构方框示意图串口结构方框示意图（1 1）接收部分）接收部分 包含接收控制器、接收缓冲器、接收移包含接收控制器、接收缓冲器、接收移位寄存器和接收引脚等电路。位寄存器和接收引脚等电路。（2 2）发送部分）发送部分 包含发送控制器、发送缓冲器、发送包含发送控制器、发送缓冲器、发送控制门和发送引脚等电路。控制门和发送引脚等电路。（3 3）公用部分）公用部分 包含串口控制寄存器、波特率发生器、包含串口控制寄存器、波特率发生器、同步同步/异步切换开关异步切换开关MUX和中断相关电路等。和中断相关电路等。9.2.4 USART9.2.4 US

10、ART模块的工作原理模块的工作原理 1 1方式方式ll异步异步/双工双工/10/10位帧结构位帧结构双机通信双机通信 图图9-18 串行异步收串行异步收/发器简化示意图发器简化示意图 图图9-19 方式方式1下下USART的帧格式和时序图的帧格式和时序图 图图9-20 方式方式1发送时的时序发送时的时序（2 2）接收过程）接收过程图图9-21 方式方式1接收时序图接收时序图 2 2方方式式2 2和和方方式式33异异步步/双双工工/11/11位位帧帧结结构构多机通信多机通信图图9-22 方式方式2和方式和方式3下下USART的帧格式和时序图的帧格式和时序图（1 1）发送过程）发送过程图图9-23

11、 方式方式2、方式、方式3发送时序发送时序（2 2）接收过程）接收过程 3 3方方式式00同同步步/主主控控/半半双双工工/8/8位位数数据据移移位寄存器位寄存器 工作于方式工作于方式0之下的串行口被当作一个之下的串行口被当作一个USRT接口，这时存在以下几点局限性：接口，这时存在以下几点局限性：只能工作于半双工或单工方式；只能工作于半双工或单工方式；只能工作于主控方式；只能工作于主控方式；不能被用于不能被用于80C51单片机之间的相单片机之间的相互通信。互通信。图图9-24 串行同步主控发送器串行同步主控发送器/接收器示意图接收器示意图（1 1）发送过程）发送过程图图9-25 串行同步主控发

12、送时序图串行同步主控发送时序图（2 2）接收过程）接收过程图图9-26 串行同步主控接收时序图串行同步主控接收时序图 9.2.5 9.2.5 多机通信的实现原理多机通信的实现原理 1 1多机通信的接线方式多机通信的接线方式 图图9-27 单工的多机通信连接示意图单工的多机通信连接示意图 图图9-28 半双工的多机通信连接示意图半双工的多机通信连接示意图 图图9-29 全双工的多机通信连接示意图全双工的多机通信连接示意图 图图9-30 利用利用RS-232的多机通信连接示意图的多机通信连接示意图 图图9-31 利用调制解调器的多机通信连接示意图利用调制解调器的多机通信连接示意图 图图9-32 一

13、主多从式多机通信连接示意图一主多从式多机通信连接示意图 2 2多机通信的实现方法多机通信的实现方法图图9-33 多机通信状态转移图多机通信状态转移图 3 3多机通信的操作步骤多机通信的操作步骤 一次主从式多机通信过程的具体操作一次主从式多机通信过程的具体操作步骤如下。步骤如下。初始化。初始化。启用地址筛选功能。启用地址筛选功能。寻址。寻址。接收地址帧。接收地址帧。对号。对号。应答。应答。正式开始通信。正式开始通信。结束。结束。9.2.6 UART9.2.6 UART接口的扩充方法和设计技巧接口的扩充方法和设计技巧 1 1选选择择具具有有多多个个UARTUART模模块块的的单片机单片机 2 2采

14、用软件虚拟技术采用软件虚拟技术 9.2.7 9.2.7 波特率与波特率发生器波特率与波特率发生器 1 1波特率发生器的电路结构波特率发生器的电路结构 图图9-34 波特率发生器结构示意图波特率发生器结构示意图 2 2波特率的设计方法波特率的设计方法 对于固定和半固定波特率几乎不需要对于固定和半固定波特率几乎不需要设计，下面介绍的设计方法是针对由设计，下面介绍的设计方法是针对由T1产产生的可变波特率而言的。生的可变波特率而言的。C/波特率/（b/s）fosc/MHzSM1 SM0SMOD定时器T1方 式初 值方式01106120 0XXXX92160011.0592XXXX方式237500012

15、1 01XXX187500120XXX34560011.05921XXX17280011.05920XXX表表9-4常用波特率及其设置方法常用波特率及其设置方法 波特率/（b/s）fosc/MHzSM1 SM0SMOD定时器T1方 式初 值方式1或方式362500120 1或1 1102FFH3152012002FFH1920011.0592102FDH960011.0592002FDH480011.0592002FAH240011.0592002F4H120011.0592002E8H13750011.9860021DH110600272H11012001FEEBH 9.2.8 80C51

16、USART9.2.8 80C51 USART的应用举例的应用举例 1 1两个两个80518051做单工发送数据做单工发送数据（1）功能说明）功能说明（2）硬件：如图）硬件：如图9-35所示。所示。图图9-35 数据传送连接图数据传送连接图（3 3）程序：）程序：8051-T8051-T （4 4）程序：）程序：8051-R8051-R接收接收 2 2一个一个80518051（主）与两个（主）与两个80518051（副）做串行（副）做串行多工发送数据多工发送数据（1）功能说明）功能说明 主主CPU为为8051-A：P1接输入开关，接输入开关，P2接另一输入开关，接另一输入开关，P0接接8个个LE

17、D。副副805l-B：P10P13接输入开关，接输入开关，P2接接8个个LED。副副805l-C：P10P13接输入开关，接输入开关，P2接接8个个LED。当主当主CPU 8051-A，P1的输入开关的输入开关切换时，此数据会发送给副切换时，此数据会发送给副CPU 8051-B，并控制其并控制其P2口口8个个LED的亮灭。同理，当主的亮灭。同理，当主CPU 8051-A，P2的输入开关切换时，则此的输入开关切换时，则此数据会发送给副数据会发送给副CPU 8051-C，并控制其，并控制其P2口口8个个LED的亮灭。的亮灭。当副当副CPU 8051-B，P1的输入开关的输入开关切换时，此数据会发送给主切换时，此数据会发送给主CPU 8051-A并并控制其控制其P0口低口低4位的位的4个个LED的亮灭。同理，的亮灭。同理，当副当副CPU 8051-C，P1的输入开关切换时，的输入开关切换时，则此数据会发送给主则此数据会发送给主CPU 8051-A，并控制，并控制其其P0口高口高4位的位的4个个LED的亮灭。的亮灭。（2 2）硬件，如图）硬件，如图9-369-36所示。所示。图图9-36 一主两副数据传送连接图一主两副数据传送连接图（3 3）程序：）程序：8051-A8051-A （4 4）程序：）程序：8051-B8051-B （5 5）8051-C8051-C