第八讲串行口

TXD（移位脉冲）
成于大气 信达天下
串行口的工作方式
Chengdu University of Information Technology
二、方式1
方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚， RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1 位起始位，8位数据位，1位停止位。
RS-422A接口 RS-485接口
成于大气 信达天下
串行通信的基本概念（十）
Chengdu University of Information Technology
RS-232C接口存在的问题
传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距 离一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。 最高传送速率为20Kbps。 有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时， 收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的 地电流并产生压降。 抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程 中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比， RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
成于大气 信达天下
串行通信的基本概念（七）
Chengdu University of Information Technology
传输速率与传输距离
传输速率
比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒 （bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含 10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率 为： 10位×240个/秒 = 2400 bps 波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特 （Baud）。 波特率和比特率不总是相同的，对于将数字信号1或0直接 用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是 相同的。所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。

同步字符
字符块
较验字符
– – – –
（1） 设置波特率 通过编程设置，发送、接收方应具有相同的波特率。 （2）设置数据的传送格式。 在串行通信中就有异步通信和同步通信两种基本串行通信方式
– （3） 设置波特率因子 – 在异步通信方式进行通信时，发送端需要用时钟来决定每1位对 应的时间长度，接收端也需要用一个时钟来测定每1位的时间长度， 前一个时钟叫发送时钟，后一个时钟叫接收时钟。 – 这两个时钟的频率可以是波特率的数倍，一般取16倍、32倍或64 倍。这个倍数就称为波特率因子。 接收时钟
5 ~ 8 数据位 空闲 1 起始位 0 1/0 1/0
…...
1/0 1/0 1
1
空闲 起始位
较验位
停止位
• -b.同步通信 • 以一个固定长度的字符组成的数据块（帧）为传输单位，每个数据块 附加1个或2个同步字符，最后以校验字符结束，通信的信息格式见图。 • 同步通信的数据传输效率和传输速率较高，但硬件电路比较复杂。 • 串行同步通信主要应用在网络当中。最常使用高级数据链路控制协 议HDLC。 • 同步通信传输步骤： • ● 传输开始，接受设备不停检测传输线—测试同步字符是否到来。 • ● 收到同步字符（约定好的）之后，收方开始接受数据。 • ● 接受 ：N个字符数据 + 校验字符。 • ● 处理：组合出N个数据字节，查奇偶无错，结束一帧数据传输。 • ● 开始检测同步字符，准备接受下一帧数据。 • 注：发送与接受每位都保持完全一致，由时钟信号统一。
• 三、串行通信的接口 • 1串行通信接口的基本任务 • (1)实现数据格式化：一帧或同步字符 (2)进行串－并转换： • (3)控制数据传输速率： (4)进行错误检测： • (5)进行TTL与EIA电平转换： • (6)提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线： • 2.串行通信接口 • (1)可编程的串行接口芯片 • (2)串行接口标准

大多数情况下，串行通信是双向的，调制器和解调 器一般合在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。
调制解调器的类型按照调制技术分为：振幅键控 （ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
当波特率小于300时，一般采用频移键控（FSK） 调制方式。其基本原理是把“0”和“1”的两种数字信号 分别调制成不同频率的两个音频信号
发送数据寄存器：从CPU数据总线接收并行数据。
接收数据寄存器：接收从接收移位寄存器送来的并 行输入数据，再将数据送往CPU。
数据总线缓冲器：它是CPU与数据寄存器（发送和 接收）交换数据的双向缓冲器，用来传递CPU对 端口的控制信息、双向传递数据、向CPU提供状 态信息。
靠起始位和停止位来实现字符的界定或 同步，称为起止式协议。 可靠性高；附加位，降低了传输效率
异步传输模式的字符格式
1位起始位，5～8位数据 1位校验位（可无） 1位、1.5位或2位的停止位
传送时，数据的低位在前，高位在后。 比如要传送一个字符“C“，C的ASCII码为 43H（1000011），要求一位停止位，采用 偶校验，数据有效位7位，则一帧信息为： 0110000。
8.1.7 串行接口的基本结构和基本功能
基本功能： 1、实现串行与并行数据之间的相互变换 2、根据串行通信协议完成串行数据的格式化
在异步通信方式发送时自动添加启/停位，接收时自动删 除启/停位等。面向字符的同步方式数据格式化时，需要 在数据块前加同步字符，数据块后加校验字符。
3、具有出错检测电路
在发送时，接口电路自动生成奇偶校验位；在接收时，接 口电路检查字符的奇偶校验位或其他校验码，用来指示接 收的数据是否正确。
2．面向字符的同步协议
IBM公司的二进制同步通信协议（BSC） 特点是一次传送由若干个字符组成的数

TXD 移位脉冲 8051
74LS164
3 4 5 6 10 11 12 13
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
五、异步通讯程序举例
1.发送程序：将片内RAM 50H起始单元的16个数由串 行口发送。要求发送波特率为系统时钟 的32分频，并进行奇偶校验。
第8章 MCS－51串行口
8.1 串行口及其通信方式
8.2 IBM-PC系列机与 单片机 的通信技术
8.1 串行口及其通信方式
8.1.1 串行通信基础知识
一、异步通讯方式
以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的 开始和结束字符间隔不固定，只需字符传送时同步。 1. 异步通讯常用格式：一个字符帧
二、发送程序
1. 查询方式：
TRAM： MOV MOV WAIT： JBC SJMP NEXT： INC SJMP A，@R0 ；取数据 SBUF，A ；发送一个字符 TI，NEXT ；等待发送结束 WAIT R0 ；准备下一次发送 TRAM
2.中断方式：
ORG 0023H AJMP SINT … MOV A，@R0 MOV SBUF，A SJMP H CLR TI INC R0 MOV A，@R0 MOV SBUF，A RETI ；串行口中断入口 ；初始化编程 ；取数据 ；发送第一个字符 ；其它工作 ；中断服务程序 ；取数据 ；发送下一个字符
LOOP：
HERE：
TRANI：
NEXT：
TEND：
ORG 0023H AJMP TRANI PUSH A PUSH PSW CLR TI DJNZ R7，NEXT CLR ES SJMP TEND INC R0 MOV A，@R0 MOV C，P MOV TB8，C MOV SBUF，A POP PSW POP A RETI

12 11.059 11.059 11.059 11.059 11.059 12 6
1 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
2 2 2 2 2 2 2 2
FFH FDH FDH FAH F4H E8H 1DH 72H
26
串行口工作之前，应对其进行初始化，主要 是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和 中断控制。具体步骤如下： 确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器） ； 计算T1的初值，装载TH1、TL1； 启动T1（编程TCON中的TR1位）； 确定串行口控制（编程SCON寄存器）； 串行口在中断方式工作时，要进行中断设置 （编程IE、IP寄存器）。
2
SMOD
32
(定时器1溢出率 )
发送逻辑 SBUF 8位发送缓冲器 发送TXD/P3.1 接收RXD/P3.0
2
SMOD
接收 时钟 (定时器1溢出率 )
接收移位寄存器 SBUF 8位接收缓冲器 接收逻辑
32
RI=1，接收缓冲器满 SCON RI RI=0，接收缓冲器空 待机 0 1 2 3 4 5 6 7 起 始 位
1
1
0
1
2
3
(2)SM2是多机通信控制位
• 若 SM2=1 ，则模式 2 和模式 3 可用于多机通讯， 9 个数据位被收到，第9位数据被送入RB8，然后是 停止位。仅当 RB8=1 ，单片机在收到停止位后， 串行口中断被激活。 • 若SM2=0，则不论收到的第9位数据是“1”还是 “ 0”，都将前 8 位数据送入 SBUF ，并产生中断 请求。 • 在模式 1 时，如果 SM2=1 ，则只有收到有效的停 止位才会激活RI；在模式0，SM2必须为0。

数据线
发送器 接收器
地线
接收发数据线 发送接
送器
收器
地线
数据线
接收发
发送接
送器
收器
地线
五、异步串行通信的信号形式：
1、远距离直接传输数字信号，信号会发生畸变，因此要 把数字信号转变为模拟信号再进行传送。可利用光缆、 专用通信电缆或电话线。 方法：通常使用频率调制法（频带传送方式）。
“1”
发Hale Waihona Puke “0”RS-232C (电平转换芯片为MAX232) RS-422
RS-485
波特率
波特率定义为每秒钟传送二进制数码的位数(亦称比特数)，单位 是bps：(bit per second)，即位/秒。波特率是串行通信的重要指标， 用于表征数据传送的速度。波特率越高，数据传输速度越快，但 和字符的实际传输速率不同。字符的实际传输速率是指每秒钟内 所传字符帧的帧数。和字符帧格式有关。
通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种.
并行通信是指数据的所有位同时进行传送的通信方式。其优点 是传送速度快，缺点是需要比较多的传送数据线，有多少位数 据就需要多少根线，而且数据传送的距离有限，这在位数较多 且传送距离远时就不方便了。在单片机中，一舱常常应用于CPU 与LED、LCD显示器的连接，或CPU与A/D、D／A转换器之间的数 据传送等并行接口方面。
串行接口结构示意图
一、串行接口控制：
1.数据缓冲器SBUF：
串行口数据缓冲器SBUF是两个在物理上独立的接收、发送缓 冲器，可同时发送、接收数据。两个缓冲器共用一个字节地址 99H，可通过指令对SBUF的读／写来区别是对接收缓冲器的 操作还是对发送缓冲器的操作。CPU写SBUF ，就是修改发送 缓冲器；读SBUF ，就是读接收缓冲器。串行口对外也有两条 独立的收发信号线TXD(P3.1)、RXD(P3.0) ，因此可以同时发 送、接收数据，实现全双工传送。

并行传输与串行传输
并行传输： 数据代码的每一位各占一条传输线，在两个数据部 件之间一次并行传输n位数据。适合近距离高速传输。 例：计算机内CPU与主存之间的数据传输。 串行传输 ：
数据代码的所有位顺序串行排列成数据流，在一条 线缆上逐位传输。适宜远距离数据传输 例：①通信网中服务器与站点之间及各站点间的数 据传输。 ② 键盘到主机键盘接口电路的按键扫描码传送、 ③USB接口
0110000111
2．面向字符的同步协议
特点：
① 一次传送由若干个字符组成的数据块， ② 规定了10个特殊字符作为这个数据块的开 头与结束标志以及整个传输过程的控制信 息，它们也叫做通信控制字。 最有代表性的面向字符的协议： IBM公司的二进制同步通信协议（BSC）
面向字符同步协议的帧格式
SYN：同步字符（Synchrunous Character），表示一 帧的开始 SOH：序始字符（Start OF Header），表示标题的开 始。 标题：包括源地址、目标地址和路由指示等信息。
8.1.1 串行通信的特点
串行通信特点：
① 信息在一个方向上传输，只占用一根通信 线，因此在这根传输线上既传送数据信息 又传送联络控制信息；
② 信息格式有固定的要求；
③ 需要进行逻辑电平转换。
8.1.2 数据通信方式
串行通信中，数据通常是在两个站（如终 端和微机）之间进行传送，按照同一时刻 数据流的方向可分成三种基本传送模式
8.1.7 串行接口的基本结构 和基本功能
基本功能：
1、实现串行与并行数据之间的相互变换 2、根据串行通信协议完成串行数据的格式化 3、具有出错检测电路
1．异步串行通信接口
异步通信接口基本结构图
发送移位寄存器及发送控制逻辑：发送数据 寄存器的数据并行送入发送移位寄存器， 然后在发送时钟控制下，将装配好的数据 逐位发送出去。 接收移位寄存器及接收控制逻辑：在接收时 钟控制下，将串行数据输入线上的串行数 据逐位接收并移入接收移位寄存器。当移 位寄存器接收到规定的数据位后，将数据 并行送往接收数据寄存器。

奇停
起
偶止
始
位位
位
例如:
• 传送一个7位的ASCII码字符，再加上一个起始位、一 个奇偶校验位和一个停止位组成的一帧共10位。传输 字符“E”的ASCII码(45H)的波形。(奇校验)
2、同步通信
• 3、比较 • （1）从硬件设备的要求看 • （2）从数据的传输效率看
8.1.2 串行传送速率--波特率
• 波特率:指每秒钟内所传送二进制数据的位数，单位为波特 （Bd），实际上它是传送每一位信息所用时间内的倒数。
• 如果一个串行字符由１个起始位，７个数据位，１个奇偶校 验位和１个停止位等10个数位构成，每秒钟传送120个字符， 则实际传送的波特率为：
• 10位/字符×120字符/秒＝1200位/秒＝1200波特
串口方式1初始化及波特率初始化的程序示例如下：
• MOV TMOD,#20H ; 设置T1定时方式，工作于模式2 • MOV TH1,#0F4H • MOV TL1,#0F4H • SETB TR1 • MOV PCON,#0 ; 设置SMOD为0 • MOV SCON,#50H ; 设置方式1，允许接收
8.1.1 异步串行通信与同步串行通信
• 1、异步串行通信 • 异步通信是指通信的发送和接收设备使用各自的
时钟控制数据的发送和接收过程。 • 异步通信是以字符（构成帧）为单位进行传输，
字符与字符之间的间隙是任意的，但每个字符中的各 位是以固定的时间传送的。
帧格式：
起 始 位
数据位 5～8 位
帧 位时间
2、电源控制寄存器PCON
• 最高位SMOD是串行口波特率的倍增位。 当SMOD=1时，串行口波特率加倍。系统复位时，SMOD = 0。

8.3.2 串行接口标准RS-232C


现已成为数据终端设备DTE与数据通信设备DCE 的标准接口 DTE——数据终端设备，例如计算机 DCE——数据通信设备（数传机），例如调 制解调器） 可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机 属于网络层次结构中的最低层：物理层
1、RS-232C接口的使用场合
3. 数据传输方式
4. 远距离传输和调制解调器



串行数据的远传 提高电平摆幅——RS232-C标准 采用平衡式传输——RS422/RS485 采用电流信号——20mA电流环 利用电话线和声频信号——调制/解调 调制（Modulating）和解调（Demodulating） 把数字信号转换为电话线路上可传送的模拟信号 将电话线路上的模拟信号转换为数字信号 调制解调器（MODEM） 具有调制和解调功能的联合装置
1. 处理器接口引脚（2）
读控制线 数据输入选通DISTR（高有效）和-DISTR（低 有效）中一个信号有效，CPU从8250内部寄存器 读出数据 相当于I/O读信号 写控制线 数据输出选通DOSTR（高有效）和-DOSTR（低 有效）中一个有效，CPU就将数据写入8250内部 寄存器 相当于I/O写信号 8250读写控制信号有两对，每对信号作用完全相同， 只不过有效电平不同而己

“0‖ 电平为＋3V～＋15V ―1‖电平为－3V～－15V 实际常用±12V或±15V
利用总线 收发器相 互转换

标准TTL电平（正逻辑）

“1‖电平：＋2.4V～＋5V ―0‖电平：0V～0.8V
8.3.3 可编程异步通信接口8250


串行传输，需要并行到串行和串行到并行的转换， 并按照传输协议发送和接收每个字符（或数据块） 这些工作可由软件实现，也可用硬件实现 8250有40支引脚，采用双列直插式封装，使用 +5v电源。