第8章单片机串行通信及其接口

UART_M0x6：串行口1方式0旳
通信速度控制位。
UART_M0x6=0，方式0旳波特
率为系统时钟频率旳12分频；
UART_M0x6=1，方式0旳波特
率为fosc/2。
13
8.3 串行口1旳工作方式
方式0 串行口数据由RxD引脚输入或输出，
同步移位脉冲经过TxD引脚输出， 发送、接受均为8位数据
23
8.4串行口1通信中波特率旳设置
（1）方式0 UART_M0x6=0时 ，波特率是
辅助寄存器AUXR fosc/12
D7 D6
D5
D4
D3 D2
T0x T1x UART_M0x6 BRTR S2SMO BRTx
12 12
D
12
D1
EXTR AM
D0
S1BR S
UART_M0x6=1时 ，波特率是fosc/2
7
8.2 串行口1旳有关寄存器
1.串行控制寄存器SCON，地址为98H，可进行位寻址
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0/FE SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
SM0 SM1 工作方式 • 功能 波特率
S中无(置FM0该SS旳E效10MM位)，/S。时FO1用位时M0E两S必只D当，在：MO1于为，0位须有检硬旳方位D2寄帧1接一由接方：0测件工式时为存位错式受起软受在到会作2，00器为误和才拟时件到方停将方只接P1检方干定，清旳式止该式C时有制 许受R测式有同位式O串S零第0时位位，正E位接才中M步寄N3效行N9阐，确中串存。受0干位，：。口、行器禁明接，当信有数该允在移方止T受该息效据位许方B接到位•；R必8串式受：B停为当当U特U特须行18R信发止AA1中该位为A率率接B时RR息送位，位U为08受等等，TT；：。数时X该为1__控允于于R接据，MM0寄T受ff旳00RooIxx：存数第Iss断：66断cc串据9==器祈串//位祈1210行旳求中行2时 时求口第；标口旳， ，标19志1发位志位波 波接位送位受8中中

MCS-51系列 单片机的串行口既用于网络通信, 也可以实现串行异步通信,还可以作为同步移位寄存 器使用.
8.2.1 串行口寄存器结构
有两个串行口的缓冲寄存器(SBUF),一个是发送 寄存器,一个是接收寄存器.
串行发送时,从片内总线向发送SBUF写入数据; 串行接收时,从接收SBUF向片内总线读出数据.两个 寄存器赋以同一地址(99H).
SM2=1, 若RB8＝1，则将接收到的前8位数据送入SBUF，
并置位RI产生中断请求；否则将接收到的前8位数据丢弃.
SM2=0, 不论RB8为何值，都将前8位数据装入SBUF.
3.REN—允许接收位 REN=0 禁止接收 REN=1 允许接收
4.TB8—发送数据位8 在方式2和方式3时(多机通信)，TB8的内容是要发送的
把能实现“并入串出”功能的移位寄存器与串行口 配合使用(REN=1),就可以把串行口变为并行输入口使 用.
并行输入
80C51
RXD TXD
Q8 CLK
CD4014 P/S
P1.0
MOV A , SBUF
图8.9 串行口与CD4014配合
移位操作(串入或串出)的波特率是固定的,为单 片机晶振频率的十二分之一,波特率=fosc/12. 2.应用举例
串行通信又分为异步和同步两种方式.在单片机 中使用的串行通信都是异步方式.
数数
数奇 停
据据 位位
据偶 止 位位 位
1
起 (0) (1) 始
… … (n-1)
起 始
位
位
0
………
帧
图 8.1 异步串行通信的字符格式
串行通信的数据的通路形式
• 单工形式 • 双工形式 • 半双工形式

2、方式2和方式3输入
RXD 位采样脉冲 RI（中断标志） 起始
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RB8
停止位
接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起 始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。 当RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时， 接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数 据的第9位），置RI=1，向CPU请求中断。如果条件 不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD 引脚的负跳变。
2、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。 3、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。
8.1.7
串行通信接口标准
一、RS-232C接口
RS-232C是EIA（美国电子工业协会）1969年修订RS232C标准。RS-232C定义了数据终端设备（DTE）与数据 通信设备（DCE）之间的物理接口标准。 1、机械特性 RS-232C接口规定使用25针连接器，连接器的尺寸及每个 插针的排列位置都有明确的定义。（阳头）
发送 发送 接收 接收
时间2 时间1
接收 发送
发送 接收
接收 发送
单工
半双工
全双工
8.1.3 串行通信接口的任务
通信协议:通信双方必须共同遵守的一种约定,
约定包括数据的格式,同步的方式,传送的步骤, 检纠错方式及控制字符的定义等
串口的基本任务
实现数据格式化 2 进行串行数据与并行数据的转换 3 控制数据的传输速率 4 进行传送错误检测

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。

DLE本身也是特定字符，当它出现在数据 块中时，也要在它前面再加上另一个DLE。 这种方法叫字符填充。
3．面向比特的同步协议
特点： ① 所传输的一帧数据可以是任意位； ② 靠约定的位组合模式标志帧的开始和结束。 最有代表性的面向比特的协议：
① IBM的同步数据链路控制规程SDLC （Synchronous Data Conrtol）
8.1.3 串行通信方式
根据时钟控制方式可分为:
异步通信方式
通信的发送设备与接收设备使用各自的时钟 控制工作，要求双方的时钟尽量一致，但接收端 的时钟完全独立于发送端，由自己内部的时钟发 生器产生，所以实际频率总是有差异的。
同步通信方式
通信的双方使用同一个时钟控制数据的发送 和接收，发送端与接收端的时钟必须严格一致。
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。
面向字符同步协议的帧格式
STX：文始字符（Start Of Text）,标志着传送正文的 开始。
ETB：组终字符（End of Trandmission Block）,用于 每个分数据块后面
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。
德才兼备 知行合一
第八章 串行通信接口
微机目标：
◆ 掌握串行通信的基本概念； ◆ 掌握RS-232C串行接口标准；了解RS-422、RS-

数据帧（一帧数据）：包含起始位（“0”电平）、数据位、 奇偶校验位、停止位（“1”电平）等组成。
2
异步通信中接收和发送双方必须（至少）有两项设定： （1）帧格式确定（帧字符长度） 如ASCII帧（字符）为10位。数据位7位，起始位、校验位、 停止位各一位。 （2）波特率的设定 波特率：每秒传输的位。 如120字符（帧）/秒，每帧数据10位，则传输速率为1200 波特率。
9
8-2-2 串行通信控制寄存器
与串行通信有关的寄存器共有三个。 1）串行控制寄存器SCON
位地址 9F
9E
9D
9C
9B
9A
位符号 SM 0 SM 1 SM 2 REN TB 8 RB 8
99 98 TI RI
字节地址：98H
10
各位功能说明： 1）SM0、SM1—串行口工作方式选择位
SM 0 SM 1 00 01 10 11
15
2) 电源控制寄存器PCON （波特率倍增控制寄存器）
字节地址：87H
位序
7
6
5
4
3
2
1
0
位符号 SMOD /
/
/
GF 1
GF0
PD IDL
SMOD=1，串行口波特率加倍； SMOD=0，波特率正常。 系统复位时，SMOD=0。 PCON不可以进行位寻址。
16
中断允许控制寄存器（IE）
位地址 AF
2）格式信息的插入和滤除 格式信息：异步通信格式中，启始位、奇偶校验位、停止位等。 串化过程：将格式信息插入，和数据位一起构成完整数据帧。 反串化过程：滤除格式信息，保留数据位。
3）错误检验 检验数据通信过程是否正确。
6
8-2 MCS-51单片机串行通信

SYN 字符#1
SYN 字符#2
数据
增强型8051单片机实用开发技术
7/95
2．按照数据的传送方向分类 1）点对点传输
一般情况下，串行数据传送是在两个通信端之间进行的。其数据 传送的方式有如图所示的几种情况。 图（a）为单工通信方式。A端为发送站，B端为接收站，数据仅能 从A站发至B站。 图（b）为半双工通信方式。数据可以从A发送到B，也可以由B发送 到A。不过同一时间只能作一个方向的传送，其传送方式由收发控制开 关K来控制。 图（c）为全双工通信方式。每个站（A、B）既可同时发送，又可 同时接收。
D7 SM0/FE D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0
SM1
SM2
RENTB8RB8来自TIRISM0/FE：PCON寄存器中的SMOD0位为1时，该位用于帧错误检 测，当检测到一个无效停止位时，通过UART接收器设置该位。它必须由 软件清零。PCON寄存器中的SMOD0为0时，该位和SM1一起指定串行通 信的工作方式
按照串行数据的同步方式，串行通信本身又分为异步传送和同步传送两种 基本方式。 (1)异步传送 在异步传送中，每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束 的标志，它是以字符为单位一个个的发送和接收的。
异步传送时，每个字符的组成格式如下：首先是一个起始位表示字符 的开始；后面紧跟着的是字符的数据字，数据字可以是5，6，7或8位数据， 在数据字中可根据需要加入奇偶校验位；最后是停止位，其长度可以是一 位，一位半或两位。所以，串行传送的数据字节加上成帧信号起始位和停 止位就形成一个字符串行传送的帧。起始位用逻辑“0”低电平表示，停 止位用逻辑“1”高电平表示。图（a）所示为数据字为7位的ASCII码，第 8位是奇偶校验位。加上起始位、停止位，一个字符由10位组成。这样形 成帧信号后，字符便可以一个接一个的传送了。

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。

第 8 章 串行口通信接口
8.2 MCS-51串口控制器
MCS-51有一个可编程的全双工串行通信接口，可作为 通用异步接收/发送器(UART- Universal Asychronous Receiver/Transmitter)，也可作为同步移位寄存器。其帧格式 可为8位、10位、11位，并可设置多种不同的波特率。它通 过引脚RXD和TXD与外界进行通信。
8.3.1 方式0
方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于外接移 位寄存器，以扩展并行I/O口。8位数据为一帧，不设起始位 和停止位，先发送或接收最低位。波特率固定为fosc/12。
方式0发送 当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器 SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中的8 位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在 先，TXD引脚输出同步移位脉冲，发送完8位数据后将中断 标志位TI置“1”。时序如图8.4所示。
第 8 章 串行口通信接口
8.1.2 串行通信的制式
在串行通信中，数据是在两个站之间进行传送的，按照 数据传送方向，串行通信可分为单工(simplex)、半双工(half duplex)和全双工(full duplex)三种制式。图8.2为三种制式的示 意图。
第 8 章 串行口通信接口
图8.2 单工、半双工和全双工三种制式示意图
第 8 章 串行口通信接口
当上述两个条件满足时，接收到的数据送入SBUF(接收 缓冲器)，第9位数据送入RB8，并将RI置“1”。若不满足这 两个条件，则接收的信息将被丢弃。
串行口方式2接收数据的时序波形如图8.7所示。 由方式2的TI，RI也必须由用户清0，才能进行下一次的 发送和接收。
第 8 章 串行口通信接口

(4)全双工、双缓冲器发送和接收。
(5)出错检测：具有奇偶、溢出和帧错误检测。 （6）输入输出与TTL电平兼容。
8.3.2 8251A的基本结构与引脚功能 1．基本结构
接口技术
8251A的结构框图如图所示。包括数据总 线缓冲器、读/写控制逻辑、MODEM控制电 路、发送器、接收器以及控制电路。
8.3.2 8251A的基本结构与引脚功能
解调器电话线
控制器
MODEM远程通信示意图
8.1.2 串行通信的基本概念 4.串行通信的检错和纠错
接口技术
检错是如何发现数据传输过程中出现的错误; 纠错是在发现错误后，如何采取措施纠正错误 (1)误码率 误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总 传输位数之比。在计算机通信中，一般要求误 码率达到10－6数量级。与通信过程中的线路质 量、干扰、波特率等因素有关。
8.3.2 8251A的基本结构与引脚功能
接口技术
DSR（Data Set Ready）：数据装置准备好，输入， 低电平有效。通用的输入信号，表示 MODEM或
外设的数据已经准备好。
RTS（Request To Send）：请求发送，输出， 低电平有效。用于通知MODEM，CPU已准 备好，准备发送数据。 CTS（Clear To Send）：清除发送，输入， 低电平有效。当有效时，表示MODEM或外 设允许8251A发送数据。
（1）连接CPU信号 D7~D0：数据总线。 CS：片选信号，低电平有效。
接口技术
C/D：控制/数据信号。高电平时，CPU对8251A写 入控制字或读取状态字；低电平时，CPU读/写数据 信号。当将C/D与CPU地址总线的最低位（A0）相 连时，8251A就占用两个端口地址，偶地址为数据 口地址，奇地址为控制口地址。

断 开
3. 8255A的编程
在使用Intel 8255A时，首先应根据需要对它进行初始 化编程，在工作过程中若需改变工作方式或数据传送 方向等，也必须对其编程。实际上对8255A的编程十 分简单，就是通过CPU向其控制端口写入相应控制字 实现。8255A的控制字只有两个。
工作方式选择控制字
端口C置位/复位控制字
8255A的控制字
（1）工作方式选择控制字 作用：规定8255A I/O端口的工作方式和数 据传输方向。 格式：工作方式选择控制字的格式如图8.4 所示：
8255A工作方式选择控制字的格式
1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
方式选择控制字 的标识位
A组方式选择 00-方式0 01-方式1 1X-方式2
（3）8255A的编程
8255A的两个控制字都通过CPU的输出指 令写入控制端口。用标志位来识别是工作方 式选择控制字，还是端口C置位/复位控制字。
举例
例8.1 如图8.6所示，在8088系统中，8255A的A口 用于驱动8个发光二极管L7~L0，PB0接一开关 K。要求根据读入的开关状态使L7~L0按不同 规律发光，8255A的端口地址分别为218H、 219H、21AH、21BH。
8255A的内部结构
端口C:为两组4位双向输入/输出口，它含有 一个8位数据输入缓冲器和一个8位数据输出 锁存/缓冲器，即输出锁存，输入不锁存。 可编程工作在方式0和按位置位/复位方式。 另外，当端口A、B工作在方式1和端口A工 作在方式2时，C口作为联络信号使用，故将 端口C分为上C口（PC7~PC4）和下C口 （PC3~PC0），分别由A、B口两组控制电路 控制。
功能
00 00 1 00 10 1