单片机串行数据传输技术在工业数据监测中的应用

1 单片机串行数据传输技术在工业数据监测中的应用 串行通信基础知识 信基础 从广义上来说，通信就是信息的传递或交换，一台计算机与另一台计算机之间的信息交换传递，计算机与外部设备之间的信息交换等都是通信的一种 1。 数据通信的方式主要有并行数据通信和串行数据通信（本设计主要研究的是串行数据通信）。通常情况下，都是由信息传送的距离远近来选择其通信方式的，短距离的数据通信一般采用并行的方式，最常见的例子是计算机和外部设备之间的通信，如打印机， 储器模块和设备控制器之间的通信。而一般当 通信 距离大于 30 米 的时候就要采用串行通信了，如公用电话系统、互联网。 列单片机是具有串行和并行二种基本通信方式的 2。 并行通信是指数据的各个位同时传送，可以以字或字节为单位并行进行，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行通信的主要优点是速度快，但应用到长距离的连接时就无优点可言了。首先，在长距离上使用多条线路要比使用一条线路昂贵。另外一个问题涉及到比特传输所需要的时间。短距离时，多个信 道上同时传输的比特几乎总是能够同时收到。但长距离时， 由于分布参数的影响，传输波形会变差，从而影响数据传输的可靠性 。并行通信方式连接如图 2。 串行通信使用一对数据信号线，数据在一对数据信号线上一位一位顺序传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度 2。其优点是串行通信的收、发双方只需要有一条传输信道（一对传送线），比较便宜又易于实现，而且用在长距离连接中也比并行通信更加可靠。其缺点是每次只能传输一个比特位，所以传输速度比较慢。串行通信方式连接如图 2。 图 2行通信方式 连接图 图 2行通信方式连接图 2 行通信的基本通信方式 串行通信的数据是逐位传送的，发送方发送的每一位都具有因定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。不仅如此，接收方还要确定一个信息组的开始和结束。为此，串行通信对传送数据的格式作了严格的规定。不同的串行通信方式具有不同的数据格式 1。下面简单介绍一下常用的两种基本串行通信方式：同步通信和异步通信及其数据格式。 （ 1） 同步通信 所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率始终保持一致（同 步）的通信，这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系 1。 同步通信把许多字符组成一个信息组，或称为信息帧，每帧的开始用同步字符来指示。由于发送和接收的双方采用同一时钟，所以在传送数据的同时还要传送时钟信号，以便接收方可以用时钟信号来确定每个信息位。 同步通信要求在传输线路上始终保持连续的字符位流，若计算机没有数据传输，则线路上要用专用的 “空闲 ”字符或同步字符填充。 同步通信传送信息的位数几乎不受限制，通常一次通信传的数据有几十到几千个字节，通信效率较高。但它要求在通信中保持精确的同步时 钟，所以其发送器和接收器比较复杂，成本也较高，一般用于传送速率要求较高的场合。 用于同步通信的数据格式有许多种，下面主要介绍的是单同步字符格式和双同步字符格式（其数据格式如下图）。在数据开始传送前，用同步字符（单或双）来表示，检测到规定的同步字符（可以是用户约定或者采用 码中规定的 码）后，就按顺序来传送数据，直到此段数据传送完。此过程中时钟信号也要同时传送。同步通信的优点是可以提高传送速率（达 56kb/s 或更高），但硬件比较复杂。 图 2步通信数据格式 （ 2） 异步通信 异步通信是指通 信中两个字符之间的时间间隔是不固定的一种串行通信方式，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。数据是一帧一帧（包含一个字符代码或一个字节数据）传送的，其传送一帧的数据格式如下： 3 图 2步通信数据格式 从图中可以看出，在帧格式中，字符由起始位 (数据位 (奇偶校验位(停止位 (成。起始位表示一个字符的开始，停止位则表示一个字符的结束。这种用起始位开始，停止位结束所构成的一串信 息称为帧 (注意：异步通信中的 “帧 ”与同步通信中 “帧 ”是不同的，异步通信中的 “帧 ”只包含一个字符，而同步通信中 “帧 ”可包含几十个到上千个字符）。在传送一个字符时，由一位的低电平起始位开始，起始位还被用作同步接收端的时钟信号，以保证以后的接收能正确进行。接着传送数据位，它可以是 5 位（ 6 位、 7 位或 8 位（ 在传输时，按低位在前，高位在后的顺序传送。奇偶校验位用于检验数据的传送是否正确，也可以没有，可由程序来指定。最后传送的是高电平的停止位，停止位可以是 1 位、 或 2 位。停 止位结束到下一个字符的起始位之间的空闲位要由 2 位（逻辑 1）来填充（只要不发送下一个字符，线路上就始终为空闲位）。存在空闲位正是异步通信的特征之一。 从以上叙述可以看出，在异步通信中，每接收一个字符，接收方都要重新与发送方同步一次，所以接收端的时钟信号并不需要严格地与发送方同步，只要它们在一个字符的传输时间范围内能保持 同步即可，这意味着时钟信号漂移的要求要比同步信号低得多，硬件成本也要低的多，但是异步传送一个字符，要增加大约 20的附加信息位，所以传送效率比较低。异步通信方式简单可靠，也容易实现，故广泛地应用 于各种微型机系统中 。 行通信的传送方式 串行通信的传送方式有三种：一种是单工（或单向）配置， 信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向 ；另一种是半双工（或半双向）配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送 ，但必须是交替进行，一个时间只能向一个方向传送 ；第三种传输方式是全双工（全双向）配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两段的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。其结构图如下所示： 4 图 2行 通信传送方向图 特率 在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。也 就是数据的传送速率，它表示的意思是每秒钟传送二进制代码的位数，单位是 b/s。例如数据的传送速率是 150b/s，每个字符包括 11 个代码位（ 1 个起始位、 1 个终止位、 1 个奇偶检验位、 8 个数据位），此时的波特率就为 11 150b/s=1650b/s 每一位代码的传送时间是波特率的倒数，如上面的就是： 1/1650=特率是衡量传输通道频宽的指标，但它和数据的速率并不一样，因为数据的速率是单单数据位传送的速率，如上的就为： 8 150 1200b/s。异步通信的传送速率在 50 到 19200 波特之间，常用于计算机到 端，以及双机、多机之间的通信等 2。 行通信协议 数据通信是机器之间的通信，通信系统中规定了一个统一的通信标准，即如何通信、何时通信，都必须在通信的实体之间达成大家通用的协定，这些协定就被称为通信协议，也就是说所谓通信协议是对数据的传送方式的规定，包括数据格式定义数据位定义等。而串行通信的包括同步通 信协议和异步通信协议两种，因为本设计的讨论的主要是异步串行通信，所以在此只详细给出异步串行通信的协议。 （ 1） 起始位 在发送设备要发送数据时，首先发出的是一个逻辑 “0”信号，它就是整个传送过程的起始位，它在通信线路上传送，当接收设备接到这个信号后，就开始接收数据位，这个位的作用就是使设备同步，通信双方必须在传送数据位前协调同步。 （ 2） 数据位 设备在接收到 起始 位后，接着收到的就是数据位， 列单片机串行口一般采 5 用的就是 8 位或 9 位的数据传送，这些数据在移位寄存器中构成传送数据字符，传送过程都是从低位开始发送，到 了接收设备中就依次被转换成并行数据。 （ 3） 奇偶校验位 紧跟在数据位后面的是奇偶校验位，其作用是用于有限差错检测，双方应在通信前应约好有一致的校验方式。选择奇校验，组成数据位和奇偶位的逻辑 “1”的个数就必须是奇数；而选择偶校验，逻辑 “1”的个数必须是偶数。 （ 4） 停止位约定 停止位其实是一个字符数据的结束标志，典型的值为 1， 2 位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的 位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。一般情况，设备在接收到停止位之后，直到下一个字符数据的起始位到来之前，通信线路上都处于逻辑 “1”状态。 （ 5） 波特率设置 通信线路上所有的位信号都保持一致的信号持续时间，每一位的宽度都由数据传送速率确定，也就是我们说的波特率。假如数据以每秒 250 个二进制位在通信线路上传送，那么它的波特率就是 250b/s。 3 列 单片机简介（包括 列单片机简介 列 单片机是美国 司于 1980 年推出的产品，与 列 单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令 ， 指令数达 111 条， 列 单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在， 列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍与 片机作为代表进行理论基础学习 3。本设计也以这一代表性的机型进行系统的设计。 列单片机主要包括 8031、 8051 和 8751 等通用产品，其主要功能如下： 图 3列单片机 8 位 4序存储器 (128数据存储器 (32 条 I/O 口线 6 111 条指令，大部分为单字节指令 21 个专用寄存器 2 个可编程定时 /计数器 5 个中断源， 2 个优先级 一个全双工串行通信口 外部数据存储器寻址空间为 64外部程序存储器寻址空间为 64逻辑操作位寻址功能 双列直 插 40装 单一 +5V 电源供电 4 列单片机 以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代 “名机 ”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了 列 单片机，象 著名的半导体公司都推出了兼容 列 的单片机产品。 下表是 列单片机的主要分类及功能特性： 表 3列单片机的主要分类及功能特性 系列 典型芯片 I/O 口 定时 /计数器 中断源 串行通信口 片内 内 明 51 系列 80 2 5 1 128 字节 无 80 2 5 1 128 字节 4膜7 2 5 1 128 字节 4 89 2 5 1 128 字节 4 52 系列 80 2 6 1 256 字节 无 80 2 6 1 256 字节 8膜7 2 6 1 256 字节 4 89 2 6 1 256 字节 4 列单片机 具有比较大的寻址空间，地址线宽达 16 条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达 216=64作为单片机控 制来说已是比较大的，这同时具备对I/O 口的访问能力。 由于 列单片机 集成了几乎完善的 8 位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和指令，这给应用提供了极大的便利 5。 它把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机 7 是最理想的选择。 下图是 列单片机的内部结构示意图。 图 3构框图 司推出的 列兼容 列单片机的单片机，完美地将易失闪存技术 ) 80核结合起来，仍采用 总体结构和指令系统， 可反复擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。下面就详尽介绍本设计用的 片机 。 介 一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ 低电压，高性能 单片机。该器件采用 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 6。下图是其引脚图（其结构框图与上面介绍的 列的单片机一样 ）。 8 图 3片引脚图 要特性 与 容 4K 字节可编程 储器 (寿命： 1000 次写 /擦循环 ) 全静态工作： 0级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 2 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 6 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 6 脚说明 及应用 （ 1） 电源接地引脚 电电压， +5V 地。 （ 2） I/O 引脚 ： 为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口。每脚可驱动 8 个 辑门电路。当的管脚第一次写 “1”时，被定义为高阻输入。 访问外部程序数据存储器时，它可以分时转换地址和数据总线复用。在本设计的 程时， 作为原码输入口，当行校验时， 出原码，此时 部电阻必须被拉高。 9 ： 是一个内部带上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 缓冲器能接收输出 4 个电流。 管脚写入 “1”后，被内部上拉电阻拉高为高电平，可用作输入。在本设计的 程和校验时， 作为低八位地址接收。 ： 为一个带内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动 4个 电路，当 被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，并作为输入口。这时，的管脚被外部信号拉低，并输出一个电流。这就是由于内部上拉电阻的缘故。 当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， 输出地址的高八位。在本设计的 程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 ： 管脚是一组带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，可接收输出 4 个 写入 “1”后，它们被内部上拉电阻拉高为高电平，并用作输入。作为输入端时，由于外部下拉为低电平， 将用上拉电阻输出电流（ 也可作为 一些特殊功能口，其第二功能如下所示： 行输入口） 行输出口） 0外部中断 0） 1外部中断 1） 时器 0 外部输入） 时器 1 外部输入） 外部数据存储器写选通） 外部数据存储器读选通） 同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 （ 3） 控制线引脚 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平时间。 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低 8 位字节。在不访问外部存储器时， 以不变的频率周期输 出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 冲。如想禁止 输出可在（ 的 80 位置位。此时， 有在执行 令时才起作用。另外，该引脚被略微拉高，如果单片机在执行外部程序时，应设置 无效。而在本设计的程期间，此引脚（ 用于输入编程脉冲。 外部程序 存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 号将无效。 当 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 只 能 访 问 外 部 程 序 存 储 器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， 内部锁定为 保持高电平时，将执行内部程序存储器的指令。在本设计的 程 10 期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ （ 4） 时钟引脚 向振荡放大器的输入及内部时钟 发生器 的输入 端 。 荡器 反相放大器 的输出 端 。 荡器特性 有一个用于构成内部振荡器高增益反相放大器，引脚 个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自振荡器，这就是片内时钟方 式。本设计就是采用这种连接方式，具体的连接电路将在后面的分析中阐述。 另一种就是外部时钟方式，其连接图如 3示， 脚不接。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 图 3连接震荡器图 片 编程 擦除 部有 4K 字节的 个存储阵列出厂时就处于擦除状态，即存储单元内容均为 户可以随时进行编程操作。可接高电压（ +12V）和低电压（ 程方式，低 电压方式适合用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用 程器兼容 5。而在编程之前必须使用擦除的方式将芯片的内容清除。 整个 列和三个加密位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 脚处于低电平 10完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 本次设计中由于要多次对程序的测试，所以就要对本芯片的多次编程和程序的擦除。 11 4 片机串行口 行口的结构 串行通信是 外界进行信息交换的一种方式， 片机内部有一个全双工的串行接口。 片机只能处理 8 位的并行数据，所以在进行串行数据的发送时，要把并行数据转换为串行数据。而在接收数据时，只有把接收的串行数据转换成并行数据，单片机才能进行处理 7。 能实现这种转换的设备，称为通用异步接收发送器（ 这种设备已集成到单片机内部，称为串行接口电路 8。下面就简单介绍下串行口的主要部件。 发送器：并 串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧发送结 束，设置结束标志，申请中断。 接收器：串 并数据格式转换，检查错误，去掉标识位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。 控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同步 /异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与同步时钟比例等。 下图是串行口结构图： 图 4行口结构图 （ 1） 数据缓冲器 行口中有两个物理空间上各自相互独立的发送缓冲器和接收缓冲器。发送 接收 用一个地址 99H。发送缓冲器只写不读；而接受 缓冲器只读不写。接收缓冲区是双缓冲的 9。 发送 放待发送的 8 位数据，写入 同时启动发送。 发送指令： A 接收 放已接收成功的 8 位数据，供 取。 接收数据指令： A， 2） 串行口控制 /状态寄存器 8H) 如下图所示，其字节地址是 98H，位地址 98H 9括方式选择位 /接收发送控制 12 位及状态标志位。 9 9 9 9 9 9 99H 98H I 4各位定义 择串行口 4 种工作方式。其功能如表 4多机通信控制位，主要用于方式 2 和方式 3。当接收机的 时可以利用收到的 控制是否激活 0 时不激活 到的信息丢弃； 1 时收到的数据进入 激活 而在中断服务中将数据从 走）。当 时，不论收到的 0 和 1，均可以使收到的数据进入 激活 此时 具有控制 活的功能）。通过控制 以实现多机通信。 在方式 0 时， 须是 0。在方式 1 时，若 ，则只有接收到有效停止位时，置 1。 许接收控制位， ，允许接收； ，禁止接收。 送的第 9 位数据位，可用作校验位和地址 /数据标识位。由软件置位或复位。 收的第 9 位数据位或停止位。 发送中断标志，发送一帧结束， ，必须软件清零。 接收中断标志，接收一帧结束， ，必须软件清零。 表 4行口工作方式 作方式 功能 波特率 0 0 方式 0 8 位同步移位寄存器 2 0 1 方式 1 10 位 8 位数据） 可变 1 0 方式 2 11 位 9 位数据） 4 或 2 1 1 方式 3 11 位 9 位数据） 可变 （ 3） 特殊寄存器 要是为 单片机的电源控 制而设置的专用寄存器，不可以位寻址，字节地址为 87H。在 8051 单片机中， 了最高位以外，其它位都是虚设的。 (87H) 图 4位定义 波特率选择位。在串行口方式 1、方式 2、方式 3 时，波特率与关，当 时，波特率提高一倍。复位时， 。 行口的工作方式 串行口有 4 种工作方式，通过 的 来决定。下面就详尽介绍这四种方式的相关内容。 13 式 0 在方式 0 下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为 2。串行数据从输入或输出，同步移位脉冲由 出。这种方式常用于扩展 I/O 口。 （ 1） 发送 当一个数据写入串行口发送缓冲器 ，串行口将 8 位数据以 2 的波特率从脚输出（低位在前），发送完置中断标志 1，请求中断。在再次发送数据之前，必须由软件清 0。具体接线图如图 4示。其中， 74串入并出移位寄存器。 图 4式 0 用于扩展 I/O 口输出 图 4式 0 用于扩展 I/O 口输入 （ 2） 接收 在满足 和 的条件下，串行口即开始从 以 2 的波特率输入数据（低位在前），当接收完 8 位数据后，置中断标志 1，请求中断。在再次接收数据之前，必须由软件清 0。具体接线图如图 4示。其中， 74并入串出移位寄存器。 串行控制寄存器 的 方式 0 中未用。值得注意的是，每当发送或接收完 8 位数据后，硬件会自动置 1， 应 断后，必须由用户用软件清 0。方式 0 时， 须为 0。下图是方式 0 的时序图。 14 图 4式 0 时序 式 1 如果双方都是工作在方式 1 下，此时，串行口为波特率可调的 10 位通用异步接口送或接收一帧信息，包括 1 位起始位 0， 8 位数据位和 1 位停止位 1。其帧格式如下图所示。 图 4式 1 帧格式 （ 1） 发送 发送时，数据从 输出，当数据写入发送缓冲器 ，启动发送器发送。当发送完一帧数据后，置中断标志 1。方式 1 所传送的波特率取决于定时器 1 的溢出率和 的 。 （ 2） 接收 接收时，由 1，允许接收，串行口采样 采样由 1 到 0 跳变时，确认是起始位 “0”，开始接收一帧数据。当 ，且停止位为 1 或 时，停止位进入 时置中断标志 则信息将丢失。所以，方式 1 接收时，应先用 软件清除 志，使其为“ 0”。其时序图如下： 发送时序 写入 I 1 3 5 7 写 收时序 (a) (b) 15 图 4式 1 时序图 式 2 和方式 3 方式 2 下，串行口为 11 位 送波特率与 关。发送或接收一帧数据包括 1 位起始位 0， 8 位数据位， 1 位可编程位 (用于奇偶校验 )和 1 位停止位 1。其帧格式如下图所示。 图 4式 2 和方式 3 帧格式 （ 1） 发送 发送时，先根据通信协议由软件设置 后用指令将要发送的数据写入 动发送器。写 指令，除了将 8 位数据送入 ，同时还将 入发送移位寄存器的第 9 位，并通知发送控制器进行一次发送。一帧信息即从 送，在送完一帧信息后， 自动置 1，在发送下一帧信息之前， 须由中断服务程序或查询程序清0。 （ 2） 接收 当 时，允许串行口接收数据。数据由 输入，接收 11 位的信息。当接收器采样到 的负跳变，并判断起始位有效后，开始接收一帧信息。当接收器接收到第 9 位数据后，若同时满足以下两个条件： 和 或接收到的第 9 位数据为 1，则接收数据有效 ， 8 位数据送入 9 位送入 置 。若不满足上述两个条件，则信息丢失。 写入 样 （ a） 发送时序图 输出 0 2 4 6 止位 起始位 入数据 （ b） 接收时序图 1 3 5 止位 起始位 测 负跳变 16 图 4方式 2 和方式 3 时序 方式 3 为波特率可变的 11 位 信方式，除了波特率以外，方式 3 和方式 2 完全相同。 行口的波特率 在串行通信中，收发双方对传送的数据速率，即波特率要有一定的约定。通过论述，我们已经知道， 片机的串行口通过编程可以有 4 种工作方式。其中，方式 0 和方式 2 的波特率是固定的，方式 1 和方式 3 的波特率可变，由定时器 1 的溢出率决定 9。下面分别加以分析。 （ 1） 方式 0 和方式 2 在方式 0 中，波特率为时钟频率的 1/12，即 2，固定不变。 在方式 2 中，波特率取决于 的 ，当 时，波特率为 4；当 时，波特率为 2。即波特率 =f642（ 2） 方式 1 和方式 3 在方式 1 和方式 3 下，波特率由定时器 1 的溢出率和 同决定。即： 波特率 =322 （ 出率） 其中，定时器 1 的溢出率取决于单片机定时器 1 的计数速率和定时器的预置值。计数速率与 存器中的 C/T 位有关。当 C/T =0 时， 选择为定时器方式，计数速率为 2；当 C/T =1 时， 选择为计数器方式，计数速率为外部输入时钟频率。 实际上，当定时器 1 做波特率发生器使用时，通常是工作在模式 2（本次设计用到的就是这种模式），即自动重装载的 8 位定 时器，此时 计数用，自动重装载的值在 计数的预置值（初始值）为 X，那么每过 256机器周期，定时器溢出一次。为了避免因溢出而产生不必要的中断，此时应禁止 断。溢出周期为： )256(12 Xf 溢出率为溢出周期的倒数，所以当串行口工作在方式 1 和方式 3 时， 波特率 =)256(12322Xf D发 送 时 序 接 收 时 序 0 2 4 6 止位 起始位 0 2 4 6 止位 起始位 测负跳变 写入 17 下表是常用波特率和各参数关系（本设计用的波特率是 应参数如下表） ： 表 4时器 1 产生的常用波特率 波特率 时器 ： 1式 2： 375K 方式 1、 3： 10 110 12 2 2 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 1 4H 2H 串行通信总线标准、接口技术 总线标准是指国际工业界正式公布或推荐的把各种不同的模块组成微机系统时必须遵守的规范。具体来讲，它是指芯片之间，插件板之间及微机系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议和规范。 接口标准是指外设接口的规范和定义，它涉及外设接口的信号线定义、传输速率、传输方向、拓朴结构、电气和机械特性等方面。 而所谓的标准接口，就是明确定义几条信号线，使接口电路标准化、通用化，借 用串行通信标准接口，不同的数据通信设备可以很容易实现它们之间的串行通信连接 110。 下面详尽介绍的是串行通信的标准接口。 采用标准接口后，能方便地将各种单片机、计算机、外设、其他仪器有机地连接起来，进行串行通信。其中 在异步串行通信中应用最广泛的，但只适用于短距离或带场合。其他的还有 11。为了保证通信时的高可靠性，在选择接口标准时，必须注意： （ 1） 通信速度和通信距离，一般的标准串行接口的电气特性，都有满足可靠传输时的最大通信速 度和传送距离指标，但一般情况，这两个指标间存在相关性，适当地缩减通信 距离，就可以提高通信速度，反之亦然。而在本设计中用到的都是距离相对较短的串行通信，所以其通信速度也会相对快些。 （ 2） 抗干扰能力，一般的标准接口，在其使用范围内都有一定的抗干扰能力，用来保证信号的可靠传输，如若在一些通信环境恶劣的工业监控系统中，在选择的时候就要充分注意其抗干扰能力，并采取相关措施；而在高噪声污染环境中，使用光纤介质可以减少噪声干扰提高通信的安全性 12。下面就详尽介绍 18 口 本知识 由美国电子工业协会（ 1969 年 推荐 使用的 所有串行通信总线接口中最常用的。 全名是 “数据终端设备（ 数据通讯设备（ 间串行二进制数据交换接口技术标准 ”。显示终端、外设、计算机等都属于 属于 。 准 （ 协 议 ） 的 全 称 是 准 ， 其中表美国电子工业协会 ， 代表推 荐标准 ， 232 是标识号 ， C 代表 最新一次修改（ 1969） ， 在这之前还有 规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程 12。例如 ， 目前在 口 ， 就是 口。 下面的是 主要引脚定义和功能表 表 5引脚定义和功能表 引脚序号 信号名称 符号 流向 功能 1 保护地 - - 接设备外壳，安全地线 2 发送数据 送串行数据 接收数据 收串行数据 请求发送 允许发送 数据设备准备好 备好 信号地 - - 信号公共地 载波检测 收到远程载 波 0 数据终端准备好 备好 2 振铃指示 表示 线路接通，出现振铃 电气特性 线标准设有 25 条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 准规定的数据传输速率为每秒 50、 75、 100、 150、 300、600、 1200、 2400、 4800、 9600、 19200 波特。 准规定，驱动器允许有 2500信距离将受此电容限制，例如，采用 150pF/m 的通信电缆时，最大通信距离为 15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 202。 下面是其的电气特性表： 19 表 5气特性表 驱动器输出电平（ 37 逻辑 1： 1 逻辑 0： +5V+15V 不带负载时的驱动器输出电平 25V 驱动器时的输出阻抗 300 输出短路电流 #20H ;定时器 1 工作于 8 位自动重载模式 ， 用于产生波特率 #0 ; #0;波特率 9600 #50H ;设定串行口工作方式 #00H ;波特率不倍增 ;启动定时器 1 ;清零 行通信程序 本设计要求的是单片机的串行数据传输技术，而在串行通信程序中是将单片机作为下位机，将 作为上位机，两者通过串口线连接进行串行通信。其具体是实现运行过 程如下： 其中一个简便的方法是在 上下载一个串口调试软件 “串口调试助手 ”，然后分别设定：端口号： 特率： 9600；数据位： 8；停止位： 1；校验位： 将自制的单片机试验板与 自带的串口用串口连接线连接起来，插上电源，就可以开始进行串行通信的通信验证了。 其调试过程和顺序是这样的：如果在串口调试助手的发送窗口中发送 00H 片机接收数据，并把数据送到 ，从 控制的 亮灭情况就能反映从 传给单片机的串行通信是否正确。此时单片机同时也将接收到的数据回送给 ， 并能在串口调试助手的接收窗口上显示出来。从接收窗口中的内容可以验证单片机回送给 的数据是否正确。单片机实验板上有四个按键，每按下一个按键，单片机就发送一串字符串到 上，并在串口调试助手的接收窗口上显示这一串字符串。下面就具体分别介绍相关的细节。 （ 1） 发送字符串子程序： 当按下实验板上的四个键其中一个，单片机就发送对应的一串字符串到 上。编写程序的时候，字符串通过表的形式来建立 ， 字符串以 00H 结尾，当发送程序检测到所送的字符是 00H 时，表示字符串已经发送完毕，停止发送。其调试结果如图 7送字符串 的程序代码如下： ； 发 送字符串到 口 地址为 A 34 A ， A +Z ；字符串以 00H 结尾，当检测到 00H，结束发送 A $ A 7单片机发送字符在 上显示图 （ 3） 接收数符子程序： 接收字符的具体流程上面也有相当的阐述，这里主要给出的是其接收程序： ；清除 等待下一个字符 A ， ；接收字符 30H ， A ；暂存在 30H 30H ；送到 ，点亮相应的 A ， 30H ；把接收到的字符回送到 A $ 35 7 发送给单片机，单片机再回送给 的验证图（这里在发送区输入图可知接收区接收的字符也是 明能正常通信）： 图 7单片机接收并回送 验证图 36 8 设计总结 本设计写到这里，大部分的设计工作都已经完成了，本设计主要研究的是单片机串行数据传输技术，并借用 连成通信系统，通过验证，已可达成基本串行通信的效果。作为本设计重点研究的单片机与 短距离串行通信，由于误码率不高，线路连接也很简便，从而在短距离的工业数据监测控制技术上应用很适合。 本设计详尽介绍的是在工业监测系统中一个很核心的组成部分：单片机串行数据传输技术。而实际上要构成一个整体 的工业监测系统还有很多工作要做，从对现场信号的数据采样开始，然后进行 A/D 转换，再将数据送入计算机，计算机内部进行处理并发出相关控制指令，再经 D/A 转换，再回送给单片机进行现场的处理。这是一个工作量非常大的过程，而且需要多人合作才能完成。因此，本设计主要是借助于 共同构成一个可演示的 串行数据 传输系统，但研究的的距离都是 相对较 短的 。 而由于在现代工业数据监测和