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第8章串行口PPT课件

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第8章 串行口原理及其应用

第8章 串行口原理及其应用

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。

第八讲串行口-PPT精品

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四、 串行通信的校验
串行通信的目的不只是传送数据信息，更重要 的是应确保准确无误地传送。因此必须考虑在通信 过程中对数据差错进行校验，校验方法有奇偶校验、 累加和校验以及循环冗余码校验等。
1. 奇偶校验
奇偶校验的特点是按字符校验，即在发送每个 字符数据之后都附加一位奇偶校验位(1或0),当设置 为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和 应为奇数；反之则为偶校验。收、发双方应具有一 致的差错检验设置，当接收1帧字符时，对1的个数 进行检验，若奇偶性(收、发双方)一致则说明传输 正确。奇偶校验只能检测到那种影响奇偶位数的错 误，比较低级，一般只用在异步通信中。
五、8051单片机的串行接口
8051内部有一个可编程全双工串行通信接口。 该部件不仅能同时进行数据的发送和接收，也可 作为一个同步移位寄存器使用。
下面将对其内部结构、工作方式以及波特率 进行介绍。
1、串行接口的结构及寄存器
发送 SBUF
门电路
(99H)
内
发送控制器
部 总 线
时 钟
串行口中 断
TI ≥1 RI
(3) 奇偶校验位： 数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检
验数据在传送过程中是否出错的奇偶校验位。奇 偶校验是收发双方预先约定好的差错检验方式之 一。有时也可不用奇偶校验。
(4) 停止位： 字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平
有效，它可占1/2位、1位或2位（在串行通信时每 位的传送时间是固定的）。停止位表示传送一帧信 息的结束，也为发送下一帧信息作好准备。
③REN：串行接受允许控制位。该位由软件置位或 复位。当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接 收。
④TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。该位

第8章 串行数据通信

第8章 串行数据通信
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8
请见P229！ 请见P229！ P229
SM0、SM1：选择串行口4种工作方式。 SM0、SM1：选择串行口4种工作方式。 SM2：多机控制位，用于多机通讯。 SM2：多机控制位，用于多机通讯。 REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收； REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收； REN=0，禁止接收。 REN=0，禁止接收。 TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位。 TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位。 RB8：接收的第9位数据位或停止位。 RB8：接收的第9位数据位或停止位。 发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零 软件清零； TI ：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零； 接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零 软件清零。 RI ：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零。
2.节电控制寄存器PCON： 节电控制寄存器 ：
SMOD（PCON.7）：波特率加倍控制位。 （ ） 波特率加倍控制位。 SMOD=1，波特率加倍； ，波特率加倍； SMOD=0，则不加倍。 ，则不加倍。
3.串行口控制/状态寄存器 (98H)： 3.串行口控制/状态寄存器SCON(98H)： 串行口控制 (98H)
RS-232C (电平转换芯片为 电平转换芯片为MAX232) 电平转换芯片为 RS-422 RS-485
8-2 串行口及控制寄存器
8-2-1 MCS-51串行接口 串行接口
1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。 个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。 串行接口输入/输出引脚： 串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0) 数据格式：按不同方式， 数据格式：按不同方式，一帧数据位数 8/10/11 发送/接收时，数据皆低位在前 低位在前。 发送/接收时，数据皆低位在前。

(单片机原理及应用)第8章AT89C51串行通信及其应用

(单片机原理及应用)第8章AT89C51串行通信及其应用
(单片机原理及应用)第8章 at89c51串行通信及其应用
目录
• at89c51简介 • at89c51串行通信原理 • at89c51串行通信应用实例 • at89c51串行通信编程 • at89c51串行通信常见问题及解决方案
01 at89c51简介
at89c51单片机简介
at89c51是一种基于CMOS技术 的8位微控制器，由Atmel公司
解决方案
针对信号干扰问题，可以采取增加信 号线屏蔽、优化电源滤波等措施；针 对通信协议不匹配问题，需要统一发 送和接收设备的通信协议；针对数据 校验不通过问题，可以在数据传输过 程中加入校验码，并在接收端进行校 验。
串行通信接口电路设计问题
总结词
接口电路设计不合理可能导致串行通信性能下降或通信失败。
波特率设置
波特率是数据传输的速率， 需要根据实际情况进行合理 设置，以保证数据传输的稳
定性和正确性。
数据校验
为了防止数据传输过程中出 现错误，需要进行数据校验 ，常用的校验方法有奇偶校
验和CRC校验等。
硬件流控制
当数据传输速率较高时，可 以采用硬件流控制来保证数 据传输的稳定性，常用的硬 件流控制方式有RTS/CTS流 控制和XON/XOFF流控制。
串行通信的基本概念
串行通信是一种数据传输方式，数据在单条线路上按顺序一位一位 地传输，具有线路简单、成本低等优点。
at89c51的串行通信接口
at89c51单片机内置一个全双工的串行通信接口，可以同时进行数 据的发送和接收。
串行通信协议
包括起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等，用于规定数据的传 输格式和顺序。
一个6向量两级中断结构。
片内振荡器和时钟电路。

单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第8章

单片机原理及应用系统设计-基于STC可仿真的IAP15W4K58S4系列课件第8章

➢ 停止位至下一个起始位之间是不定长的空闲位，并且规定 起始位为低电平（逻辑值为0），停止位和空闲位都是高电 平（逻辑值为1），这样就保证了起始位开始处一定会有一 个下跳沿，由此就可以标志一个字符传输的起始。而根据 起始位和停止位也就很容易得实现了字符的界定和同步。
图8-3 异步通信数据格式
➢ 起始位：必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符开 始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方数据同步。
➢ 停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是 逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。
➢ 空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开 始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。
2.串行通信的传输方式
➢ 串行通信根据数据传输的方向及时间关系可分为：单工、 半双工和全双工。
8.2.2 串口1的工作方式
(2) 接收：当软件置位接收允许标志位REN，即REN=1时， 接收器便以选定波特率的16分频的速率采样串行接收端口 RxD，当检测到RxD引脚输入电平发生负跳变时，则说明 起始位有效，将其移入移位寄存器，并开始接收这一帧信 息的其余位。
8.2.2 串口1的工作方式
3. 方式2和方式3 ➢ 串行口1工作在方式2和方式3时，其一帧的信息由11位组成：
8.2.1 串行口1的控制寄存器
➢ SM2：允许方式2或方式3多机通信控制位。 ➢ REN：允许/禁止串行接收控制位。由软件置位REN，即
REN=1为允许串行接收状态，可启动串行接收器RxD，开始 接收信息。软件复位REN，即REN=0，则禁止接收。 ➢ TB8：在方式2或方式3，它为要发送的第9位数据，按需要由 软件置位或清0。 ➢ RB8： 在方式2或方式3，是接收到的第9位数据，作为奇偶 校 验 位 或 地 址 帧 /数据帧的标志位 。方 式 0 中不用 RB8(置 SM2=0)。方式1中也不用RB8(置SM2=0, RB8是接收到的停止 位)。

《微机原理及应用》第八章串行通信及接口电路

《微机原理及应用》第八章串行通信及接口电路

思考题与讨论环节
1. 思考题
请比较RS-232、USB、SPI和I2C四种串 行通信技术的优缺点及适用场景。Leabharlann VS2. 讨论环节
随着物联网、智能家居等新兴技术的发展 ，串行通信技术将面临哪些挑战和机遇？ 请结合实际应用案例进行讨论。
THANKS
感谢观看
SPI通信技术
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，主要用于嵌入式系统中微控 制器与外围设备之间的通信。SPI具有简单、高速和低成本等优点。
I2C通信技术
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种双向同步串行通信协议，主要用于连接微控制器和外 围芯片。I2C具有简单、低功耗和多主机支持等优点。
02
dcb.Parity = NOPARITY; // 不使用奇偶校验
03
SetCommState(hCom, &dcb); // 更新端口设置
实例演示：简单串行通信程序编写
• char data[] = "Hello, world!"; // 要发送的数据
实例演示：简单串行通信程序编写
DWORD bytesWritten;
功能
实现微处理器与外设或微处理器之间的数据交换，包括数据缓冲、电平转换、信 息格式转换等。
分类
根据传输方式可分为并行接口和串行接口；根据信号性质可分为数字接口和模拟 接口。
典型接口电路介绍
RS-232C接口电路
SPI接口电路
采用负逻辑电平标准，通过电平转换 芯片与微处理器连接，实现数据的串 行传输。
实例演示：简单串行通信程序编写
}
1
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第八章 并行通信和串行通信

第八章 并行通信和串行通信

第八章： 第八章：并行通信和串行通信
8255A的引脚功能 的引脚功能 DIP封装，共40个引脚。 封装， 个引脚。 封装 个引脚 1. 连接系统总线的主要引脚 D0～D7：数据线，连CPU数据总线； 数据线， 数据总线； 数据总线 RESET：复位输入，接系统总线的RESET； ：复位输入，接系统总线的 ； CS：片选信号，接译码器； ：片选信号，接译码器； RD：读命令输入，接CPU的RD； ：读命令输入， 的 ； WR：写命令输入，接CPU的WR； ：写命令输入， 的 ； A0，A1：片内端口地址选择，根据 和A1可 片内端口地址选择，根据A0和 可 分别对芯片内的4个端口进行读写操作。 分别对芯片内的 个端口进行读写操作。 个端口进行读写操作
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10 30
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第八章： 第八章：并行通信和串行通信 8255A的引脚功能 8255A的引脚功能
A1、A0端口选择情况， A1、A0端口选择情况，见右表 端口选择情况 由CS、A1、A0、RD、WR引脚的不 CS、A1、A0、RD、WR引脚的不 同组合，实现各种不同的功能。见下表： 同组合，实现各种不同的功能。见下表：
第八章： 第八章：并行通信和串行通信 8255A的工作方式——方式0(基本输入/输出方式) 8255A的工作方式——方式0(基本输入/输出方式) 的工作方式——方式0(基本输入
OUT 8255数据端口地址 AL 数据端口地址, 数据端口地址
DB
;写操作 写操作
数据
8 输出锁存器
外设
AB
n
译码器
M / IO
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第八章： 第八章：并行通信和串行通信 8255A的工作方式 8255A的工作方式

第8章 AT89S51单片机的串行口

第8章 AT89S51单片机的串行口
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（5）RB8—接收的第9位数据 在方式2和方式3时，RB8存放接收到的第9位数据。在方式1， 如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。 （6）TI—发送中断标志位
方式0时，串行发送的第8位数据结束时，TI由硬件置“1”，
在其他工作方式中，串行口发送停止位的开始时，置TI为“1” 。TI=1，表示1帧数据发送结束。TI位状态可供软件查询，也可 申请中断。CPU响应中断后，在中断服务程序向 SBUF写入要发送 的下一帧数据。注意：TI必须由软件清“0”。 （7）RI—接收中断标志位
2
图8-1 串行口的内部结构
3
8.1.1
串行口控制寄存器SCON
串行口控制寄存器 SCON，字节地址98H，可位寻址，位地址 为 98H ～ 9FH ，即 SCON 的所有位都可用软件来进行位操作清 “0”或置“1”。SCON格式见图8-2。
图8-2 串口控制寄存器SCON格式
4
寄存器SCON各位功能： （1）SM0、SM1—串口4种工作方式选择
P1.1脚控制。若SH/LD*=0，则74LS165可以并行输入数据，且
串行输出端关闭；当SH/LD*=1，则并行输入关断，可以向单片 机串行传送。当P1.0连接的开关K合上时，可进行开关S0~S7 状态数字量的并行读入。由图8-8，采用中断方式来对S0~S7状 态读取，并由单片机P2口驱动二极管点亮（开关S0~S7中的任
方式0输出典型应用是串口外接串行输入/并行输出的同步移 位寄存器74LS164，实现并行端口的扩展。 图8-6为串口方式0，通过74LS164输出控制8个外接LED发光二 极管亮灭的接口电路。当串口设置在方式0输出时，串行数据由
RXD端（P3.0）送出，移位脉冲由TXD端（P3.1）送出。在移位脉

第8章 AT89S51单片机的串行口

第8章 AT89S51单片机的串行口
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(3）REN—允许串行接收位，由软件置“1”或清“0”。 REN=1，允许串行口接收数据。 REN=0，禁止串行口接收数据。
（4）TB8—发送的第9位数据 在方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据，其值由软件置“1”或清
第8章 串行口的工作原理及应用
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AT89S51集成一个全双工通用异步收发（UART）串行口。 全双工：两个单片机之间串行数据可同时双向传输。 异 步 通 信 ： 收、发双方使用各自时钟控制发送和接收，省去收、发双方 的1条同步时钟信号线，使异步串行通信连接更简单且易的广泛应用与计算机网络技术的普及，单片机与个人计算机或
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并行通信相对传输速度快。但由于传输线较多，长距离传送时成本高，因 此这种方式适合于短距离的数据传输。
2. 串行通信 单片机串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个传
送。一次只能传送一位，对于一个字节的数据，至少要分8位才能传送完毕 。如图8-2所示。
串行通信在发送时，要把并行数据变成串行数据发送到线路上去，接收时 要把串行数据再变成并行数据。
RB8）为“1”时，才使RI置“1”，产生中断请求，并将收到的前8位数据送 入SBUF；当收到的第9位数据（RB8）为“0”时，则将收到的前8位数据丢弃 。
当SM2=0时，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将接收的前8位数据 送入SBUF中，并使RI置“1”，产生中断请求。
方式1时，如果SM2=1，则只有收到有效的停止位时才会激活RI。 方式0时，SM2必须为0。
数据准确无误的关键。常用的有奇偶校验与循环冗余码校验等方法。
1. 奇偶校验 串行发送数据时，数据位尾随1位奇偶校验位（1或0）。当约定为奇校验
时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；当约定为偶校 验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。数据发送方 与接收方应一致。在接收数据帧时，对“1”的个数进行校验，若发现不一致 ，则说明数据传输过程中出现了差错，则通知发送端重发。
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以上标准都有专用芯片实现通信协议，这些接口芯片称为收发器。
串行扩展接口是设备内部器件之间的互连接口，常用的串行扩展接口规 范有SPI、I2C等。串行扩展接口的芯片很多，可以根据需要选择。
Microcontroller 8 串行通信
06
五、波特率（Baud rate）和比特率（bps）
在通信中，衡量通信速率的单位有两种：波特率和比特率。
近年来推出有RS-422/423、RS-485等串行通信标准，其采用平衡通信 接口，即在发送端将TTL电平信号转换成差分信号输出，接收端将差分信号 变成TTL电平信号输入，提高了抗干扰能力，使通信距离增加到几十米至上 千米，并且增加了多点和双向通信的能力。
PC机上的COM1-COM4口使用的是RS-232C串行通信标准接口，本章仅 介绍RS-232C接口，其它接口可参考有关资料。
第八章 单片机串行通信
8.1 概 述 单片机应用于数据采集或工业控制时，往往作为前端机安装在工业现场
，远离主机，现场数据采用串行通信方式发往主机进行处理，以降低通信成 本，提高通信可靠性。如下图所示。
Microcontroller 8 串行通信
01
数据通信方式有两种：并行通信与串行通信。下面是两种通信方式的示意图：
Microcontroller 8 串行通信
02
通信的双方应该有一个约定，什么时候开始发送，什么时候发送完毕；接
收方收到的信息是否正确等，这就是通信协议。
串行通信的分类：同步串行通信和异步串行通信 一、异步通信：
异步串行通信一帧数据格式：一个起始位 “0”,表示字符的开始，然后 是5～8位数据即该字符的代码，规定低位在前，高位在后，接 下来是奇偶 校验位(可省略)，最后以停止位“1”表示字符的结束。
完成双机通信或多机通信。
Microcontroller 8 串行通信
05
四、 串行通信接口
串行接口通常分为两种类型：串行通信接口 和 串行扩展接口。
串行通信接口（Serial Communication Interface,SCI）是指设备之间 的互连接口，它们连接的距离比较长。如当代PC机的COM接口（COM1COM4）和USB接口。USB ( Universal Serial Bus,通用串行总线）是近几 年开发的新规范，它使得设备间的连接简单快捷，并且支持热插拔，易于扩 展，被广泛应用于PC 机和嵌入式系统上。
数据1 数据2 …. 数据n
SYN字符1 SYN字符2
连续传送n 个数据
校验
三、串行通信的功能
在串行传输中，通信的双方都按通信协议进行，所谓通信协议就是通 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。
串行接口的基本任务就是：
Microcontroller 8 串行通信
3.
接口应具备对数据传输率—波特率的选择控制能力，即自身有波特率发 生器。
4.பைடு நூலகம்
在发送时，对传送的数据自动生成校验位或校验码，在接收端能检查校 验位或校验码，以确定传送中是否有误码，并能自动将冗余码消除。
51系列单片机内有一个全双工的异步通信接口，通过对串行接口写控制
字可以选择其数据格 式，同时内部有波特率发生器，提供可选的波特率，来
★并行通信： 所传送数据的各位同时发送或接收，数据有多少位就需要多 少根数据线。特点：速度快，成本高，适合近距离传输，如计算机并口， 打印机接口，8255 并口等。
★串行通信：所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收。只需一根 数据，一根地线，共2 根（如双向通信发送和接收各需1根数据线）。特点： 成本低，硬件简单，适合远距离通信，传输速度低。
➢优点：硬件结构简单。
➢缺点：传输速度慢。
n-1
第n个字符（一帧）
n+1
…
P1
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 0 D0 …
起
校停
始
数据位（5～8位）
验止
位
位位
Microcontroller 8 串行通信
03
二、同步通信
在同步通信中，发送方在数据或字符开始处就用同步字符(常约定1～2 个字节)指示一帧的开始 ，由时钟来实现发送端和接收端同步，接收方一 旦检测到与规定的同步字符符合，下面 就连续按顺序传送若干个数据 ， 最后发校验字节。见下图：
显然，两相调制（单个调制状态对应1个二进制位）的比特率等于波特 率；四相调制（单个调制状态对应2个二进制位）的比特率为波特率的两 倍；八相调制（单个调制状态对应3个二进制位）的比特率为波特率的三 倍；依次类推（关于信号调制超出本课程范围，相关内容参考通信原理方 面的教材）。
Microcontroller 8 串行通信
04
1. 因为CPU发出的数据是字符数据，接口电路应能将这些数据根据不同通
信方式进行数据格式化的任务。 如自动生成起止方式的帧数据格式（异步方 式）或在待传送的数据块前加上同步字符（同步方式）等。
2.
在发送端，接口将CPU送来的并行信号转换成串行数据进行传送；而在 接收端，接口要将接收到串行数据变成并行数据送往CPU。
07
例如异步传送数据的速率每秒为120个字符，每个字符由1个起始位、8 个数据位和1个停止位组成，则字符传送速率为: 10×120=1200波特/秒
传送一个波特所需的时间为: T1=1/1200=0.833ms
在上面传送中，只有8个数据位才是有用的信息，起始位和停止位用于 传送信息的辅助，所以信息的速率为：8×120=960比特/秒。
比特率（bps）：在数字通信中，单位时间内传输二进制代码的有效 位（bit）数。其单位有每秒比特（bps）、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆 比特数(Mbps) ，此处K和M分别为1000和1000000。
波特率：远距离通信时，信息必须调制在载波上和载波一起发送，正 如卫星需要通过火箭运载一样。波特率即调制速率，通常可以理解为单位 时间内传输码元符号的个数（传符号率），其单位为波特(Baud)。不同的 调制方法在一个码元上负载的比特信息不同，比特率在数值上和波特率的 关系是：比特率=波特率×单个调制状态对应的二进制位数。
传送一个比特需要的时间为：T2=1/960=1.04ms