串行通信专题复习

了解MAX232
如果是短距离的串行数据传输，则标准的
TTL或CMOS足以应付；若要进行长距离的
串行数据传输，使用标准的TTL或CMOS，
恐怕驱动能力不足，且噪声边限太小，通
信质量很差！RS232是一种可长距离传输
的通信方式，因此，必须突破噪声边限太
小与驱动能力不足的限制，于是相关的驱
动IC应运而生，Maxim公司的MAX232系
列就属这类IC，MAX232这颗IC提供RS232
传送与接收的驱动。

在传送方面，MAX232内部将+5V电源提升
为+10V及-10V，然后接受TTL/CMOS的+5V
±V的信号，再送到线
电平，并转换成10
路上。

在接收方面，MAX232从线路上接受
±V的信号，经内部寄存器转换成
10
TTL/CMOS的+5V电平。

说穿了，MAX232只
不过是个电平转换设备而已，但只要+5V
电源与4~5个小电容（10μF即可）就能
同时提供双向的电平调整。

对于用户而言，
把它当成一般的寄存器来使用即可。

如图中列举的，对单片机而言也是可行的。

同步通信和异步通信
同步通信：是由1~2个同步字符和多字节数据位组成，同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据；多字节数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等；空闲位需发送同步字符。

同步通信传送的多字节数据由于中间没有空隙，因而传输速度较快，但要求有准确的时钟来实现收发双方的严格同步，对硬件要求较高，适用于成批数据传送。

异步通信：依靠起始位、停止位保持通信同步；异步通信数据传送按帧传输，一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。

最常见的帧格式为1个起始位、8个数据位、1个校验位和1个停止位组成，帧与帧之间可有空闲位。

起始位约定为0，停止位和空闲位约定为1。

异步通信对硬件要求较低，实现起来比较简单、灵活，适用于数据的随机发送/接收，但因每个字节都要建立一次同步，即每个字符都要额外附加两位，所以工作速度较低，在单片机主要采用异步通信方式。

串行工作方式
80c51串行通信共有4种工作方式，由串行控制寄存器SCON中SM0SM1决定。

串行工作方式0
在方式0下，串行口是作为同步移位寄存器使用。

这时以RXD（P3.0）端作为数据移位的输入/输出端，而由TXD（P3.1）端输出移位脉冲。

移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，无论输入/输出，均低位在前高位在后。

其帧格式：
使用方式0可将串行输入输出数据转换成并行输入输出数据。

方式0时，移位操作的波特率是固定的，为单片机晶振频率的1/12.以fosc表示晶振频率，则波特率=fosc/12，也就是一个机器周期进行一次移位。

若fosc=6MHZ，则波特率为500Kbit/s，即2μs移位一次。

如fosc=12MHZ，则波特率为1M（bit/s），即1μs移位一次。

串行工作方式1
方式1是一帧10位的异步通信方式，包括1个起始位，8个数据位和一个停止位。

数据发送：
方式1的数据发送是由一条写串行数据缓冲器SBUF指令开始的。

在串行口由硬件自动加入起始位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由TXD端串行输出。

一个字符帧发送完后，使TXD输出线维持在“1”（space）状态下，并将串行控制寄存器SCON中的TI置1，表示一帧数据发送完毕。

数据接收：
接收数据时，SCON中的REN位应处于允许接收状态（REN=1）。

在此前提下，串行口采样RXD端，当采样到从1向0状态跳变时，就认定为已接收到起始位。

随后在移位脉冲的控制下，把接收到的数据位移入接收寄存器中。

直到停止位到来之后把停止位送入RB8中，并置位中断标志位RI，表示可以从SBUF取走接收到得一个字符。

方式1的波特率是可变的，其波特率由定时/计数器T1的计数溢出率来决定，其公式为：
波特率=SMOD
2X（T1溢出率）/32。

其中SMOD为PCON寄存器中最高位的值，SMOD=1表示波特率倍增。

当定时/计数器T1用作波特率发生器时，通常选用定时初值自动重装的工作方式2（注意：不要把定时/计数器的工作方式与串行口的工作方式搞混淆了），从而避免了通过程序反复装入计数初值而引起的定时误差，使得波特率更加稳定。

而且，若T1不中断，则T0可设置为方式3，借用T1的部分资源，拆成两个独立的8位定时/计数器，以弥补T1被用作波特率发生器而少一个定时/计数器的缺憾。

若时钟频率为fosc，
定时计数初值为T1
初值，则波特率=
初值）
1
256
(
12
32
2
T
fosc
X
SMOD
-
在实际应用时，通常是先确定波特率，后根据波特率求T1定时初值，因此上式又可写为：
T1
初值=
波特率
X
fosc
X
SMOD
12
32
2
256-
串行工作方式2
方式2是一帧11位的串行通信方式，即1个起始位，8个数据位，1个可编程位TB8/RB8和1个停止位。

可编程位TB8/RB8既可作奇偶校验位用，也可作控制位（多机通信）用，其功能由用户确定。

数据发送：
发送前应先输入TB8内容，可使用如下指令完成：
SETB TB8 ; TB8位置1
CLR TB8 ; TB8位置0
然后再向SBUF写入8位数据，并以此来启动串行发送。

一帧数据发送完毕后，CPU自动将TI置1，其过程与方式1相同。

数据接收：
方式2的接收过程也与方式1基本相同，区别在于方式2把接收到的第9位内容送入RB8，前8位数据仍送入SBUF。

波特率：
方式2的波特率是固定的，且有两种：即fose/32和fosc/64。

2Xfosc/64
波特率=SMOD
串行工作方式3
方式3同样是一帧11位的串行通信方式，其通信过程与方式2完全相同，所不同的仅在于波特率。

方式2的波特率只有固定的两种，而方式3的波特率则与方式1相同，即通过设置T1的初值来设定波特率。

需要指出的是，当串口工作方式1或方式3时，且波特率要求按规范取1200、2400、4800、9600……，若采用晶振12MHZ和16MHZ，按上述公式计算得出的T1定时初值将不是一个整数，产生波特率误差而影响串行通信的同步性能。

解决的方法只有调整单片机的时钟频率fosc，通常采用11.0592MHZ晶振。

常用波特率及其产生条件：
多机通信
双机通信时，两台单片机是平等的，而在多机通信中，有主机和从机之分，多机通信是指一台主机和多台从机之间的通信。

在串行方式2或方式3条件下，可实现一台主机和多台从机之间的通信。

多机通信原理
多机通信时，主机向从机发送的信息分为地址帧和数据帧两类，以第9位可编程TB8作区分标志，TB8=0，表示数据；TB8=1，表示地址。

多机通信充分利用了80c51串行控制寄存器SCON中的多机通信控制位SM2的特性。

当SM2=1时，CPU接收的前8位数据是否送入SBUF取决于接收的第九位RB8：RB8=1，将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI产生中断请求；RB8=0，将接收到的前8位数据丢弃。

即当从机SM2=1时，从机只能接收主机发送的地址帧（RB8=1），对数据帧（RB8=0）不予理睬。

当从机SM2=0时，可以接收主机发送的所有信息。

通信开始时，主机首先发送地址帧。

由于各从机SM2=1和RB8=1，所以各从机均分别发出串行接收中断请求，通过串行中断服务程序来判断主机发送的地址与本从机地址是否相符。

若相符，则把自身的SM2清0，以准备接收其后传送来的数据帧。

其余从机由于地址不符，则仍然保持SM2=1状态，因而不能接收主机传送来的数据帧。

这就是多机通信中主从机一对一的通信情况。

通信只能在主从机之间进行，如若需进行连个从机之间的通信，要通过主机作中介才能实现。

多机通信过程
1.各从机在初始化时置SM2=1，均只能接收主机发送的地址帧（RB8=1）。

2.主机发送地址帧（TB8=1），指出接收从机的地址。

3.各从机接收到主机发送的地址帧后，与自身地址比较，相同则置SM2=0；相异则保持SM2=1不变。

4．主机发送数据帧（TB8=0），由于指定的从机已将SM2=0，能接收主机发送的数据帧，而其他从机仍置SM2=1，对主机发送的数据帧不予理睬。

5．被寻址的从机与主机通信完毕，重置SM2=1，恢复初始状态。

多机通信协议
多机通信是一个较为复杂的通信过程，必须有通信协议来保证多机通信的可操作性和操作秩序。

这些通信
协议，除设定相同的波特率及帧格式外，至少应包括从机地址、主机控制命令、从机状态字格式和数据通信格式的约定。

8051的串行口是全双工的UART,它可同时发送和接收数据，是使用特殊寄存器内的SBUF寄存器及SCON串行控制寄存器。

SCON串行控制寄存器
RI：接收中断标志位。

在模式0下，当第8位结束时，硬件会将其设为1；。