80C51单片机的串行通信接口综述综述

1、1教学内容教学内容 n串口通信基础知识串口通信基础知识n80C5180C51单片机串行口的结构单片机串行口的结构n80C5180C51单片机串行口的工作方式单片机串行口的工作方式0 0及应用及应用2教学要求教学要求 n掌握串行通信相关的基本概念掌握串行通信相关的基本概念n掌握掌握80C5180C51单片机串行口数据收发的过程单片机串行口数据收发的过程n学会学会80C5180C51单片机串行口工作方式单片机串行口工作方式0 0的使用的使用3计算机串行通信基础计算机串行通信基础n 随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重

2、要。计算普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与计算机机通信是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。之间的信息交换。n 计算机通信有计算机通信有并行通信并行通信和和串行通信串行通信两种方式。在两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。用串行通信方式。4并行通信并行通信n 并行通信并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线通常是将数据字节的各位用多条数据线同同时进行传送时进行传送 。n 并行通信特点：控制简单、传输速度快；由于传输并行通信特点：控制简单、传输速度快；由于传输线较

3、多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。接收存在困难。 5串行通信串行通信n 串行通信串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上条传输线上逐位地传送逐位地传送。n 串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂、速度慢。传送控制比并行通信复杂、速度慢。 6异步通信与同步通信异步通信与同步通信n 异步通信异步通信：异步通信是指通信的发送与接收设备：异步通

4、信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。尽可能一致。 7异步通信与同步通信异步通信与同步通信n 异步通信是异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有字符之间不一定有“位间隔位间隔”的整数倍的关系，的整数倍的关系，但同

5、一字符内的各位之间的距离均为但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍。的整数倍。8异步通信的数据格式异步通信的数据格式n 异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加加2 23 3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。传输效率不高。9异步通信与同步通信异步通信与同步通信n 同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之

6、间制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍，同时传送的字符间的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。 10同步通信的数据格式同步通信的数据格式n 传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集（如传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集（如ASCIIASCII码）中的字符所组成。图中帧头为码）中的字符所组成。图中帧头为1 1个或个或2 2个同步字符个同步字符SYNSYN（ASCIIASC

7、II码为码为16H16H）。）。SOHSOH为序始字符（为序始字符（ASCIIASCII码为码为01H01H），），表示标题的开始，标题中包含源地址、目标地址和路由指表示标题的开始，标题中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。示等信息。STXSTX为文始字符（为文始字符（ASCIIASCII码为码为02H02H），表示传送），表示传送的数据块开始。数据块是传送的正文内容，由多个字符组的数据块开始。数据块是传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是组终字符成。数据块后面是组终字符ETBETB（ASCIIASCII码为码为17H17H）或文终）或文终字符字符ETXETX（ASCIIASCII码为

8、码为03H03H）。然后是校验码。典型的面向）。然后是校验码。典型的面向字符的同步规程如字符的同步规程如IBMIBM的二进制同步规程的二进制同步规程BSCBSC。 11串行通信的传输方向串行通信的传输方向n 单工单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。n 半双工半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。n 全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。是指数据可以同时进行双向传输。 单工 半双工半双工 全双工全双工12信号的调制与解调信号的调制与解调n 利用调制器（利用调制器（Modulat

9、orModulator）把数字信号转换成模拟信号，）把数字信号转换成模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器（然后送到通信线路上去，再由解调器（DemodulatorDemodulator）把）把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。由于通信从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器制解调器MODEMMODEM。13串行通信的错误校验串行通信的错误校验n 奇偶校验奇偶校验：在发送数据时，数据位尾随的：在发送数据时，数据位尾随的1 1位为奇偶位为奇偶校验位（校验位（1 1或或

10、0 0）。奇校验时，数据中）。奇校验时，数据中“1”1”的个数与的个数与校验位校验位“1”1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中中“1”1”的个数与校验位的个数与校验位“1”1”的个数之和应为偶数。的个数之和应为偶数。接收字符时，对接收字符时，对“1”1”的个数进行校验，若发现不一的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。致，则说明传输数据过程中出现了差错。n 代码和校验代码和校验( (了解了解) )n 循环冗余校验循环冗余校验（了解了解）14传输速率与传输距离传输速率与传输距离n 传输速率传输速率比特率：每秒钟传输的信息量。单位：位比特

11、率：每秒钟传输的信息量。单位：位/ /秒（秒（bpsbps）波特率：每秒传输码元的数目。单位：波特（波特率：每秒传输码元的数目。单位：波特（baudbaud）二进制时两者数值上相等。二进制时两者数值上相等。n 传输距离与传输速率的关系传输距离与传输速率的关系串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。传输速率及传输线的电气特性有关。传输距离随传输传输距离随传输速率的增加而减小速率的增加而减小。如波特率为。如波特率为96009600时最大距离为时最大距离为76m76m。一般异步通信的波特率为一般异步通信的波特率为50

12、5019200b/s19200b/s15RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准n RS-232CRS-232C是是EIAEIA（美国电子工业协会）（美国电子工业协会）19691969年修订年修订RS-RS-232C232C标准。标准。RS-232CRS-232C定义了数据终端设备（定义了数据终端设备（DTEDTE）与数）与数据通信设备（据通信设备（DCEDCE）之间的物理接口标准。）之间的物理接口标准。n 1 1、机械特性、机械特性RS-232CRS-232C接口规定使用接口规定使用2525针连接器，连接器的尺寸及每针连接器，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）个插

13、针的排列位置都有明确的定义。（阳头）16RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准n 2 2、功能特性、功能特性17RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准n 3 3、电气特性：、电气特性：RS-232CRS-232C采用负逻辑电平。采用负逻辑电平。在在TXDTXD和和RXDRXD引脚上电平定义：引脚上电平定义：逻辑逻辑1 1：-3V-3V-15V-15V逻辑逻辑0 0：+3V+3V+15V+15V在在RTSRTS、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD等控制线上电平定义：等控制线上电平定义：信号有效：信号有效：+3V+3V+15V+15V信号无效：信号无效：-3V

14、-3V-15V-15V18RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准n 4 4、过程特性、过程特性过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地接过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据收和发送数据 。19RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准n 4 4、过程特性、过程特性(a)无联络线方式（b）联络线短接（伪连接）方式近程通信连接（距离近程通信连接（距离15m15m）20RS-232C串行通信接口标准串行通信接口标准n 5 5、RS-232CRS-232C电平与电平与TTLTTL电平转换驱动电路电平转换驱动电路MAX3232MAX3232芯片芯片21RS-232C

15、串行通信接口标准串行通信接口标准n 6 6、采用、采用RS-232CRS-232C接口存在的问题接口存在的问题传输距离短，传输速率低传输距离短，传输速率低有电平偏移有电平偏移抗干扰能力差抗干扰能力差n 针对针对RS-232CRS-232C标准存在的问题，标准存在的问题，EIAEIA制定了新的串制定了新的串行通信标准行通信标准RS-422ARS-422A和和RS-485RS-485。（。（了解了解）2280C51串行口的结构串行口的结构有两个物理上独立的接收、发送缓冲器有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUFSBUF；接收器是双缓冲结构。接收器是双缓冲结构。2380C51串行口数据收发过程串行

16、口数据收发过程n 串行口的发送和接收都是以串行口的发送和接收都是以SBUFSBUF的名称进行读或的名称进行读或写。当向写。当向SBUFSBUF发出写命令时，即是向发送缓冲器发出写命令时，即是向发送缓冲器SBUFSBUF装载并开始由装载并开始由TXDTXD引脚向外串行地发送一帧引脚向外串行地发送一帧数据，发送完后中断标志数据，发送完后中断标志TITI置置1 1；当串行口接收；当串行口接收中断标志中断标志RI=0RI=0时，置允许接收位时，置允许接收位RENREN为为1 1就会启动就会启动接收过程，一帧数据进入输入移位寄存器，并装接收过程，一帧数据进入输入移位寄存器，并装载到接收载到接收SBUFS

17、BUF中，同时使中，同时使RI=1RI=1。执行读。执行读SBUFSBUF命令，命令，则可以由接收缓冲器则可以由接收缓冲器SBUFSBUF取出数据，并存于某个取出数据，并存于某个指定的位置。指定的位置。2480C5180C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器n80C5180C51的串口的工作状况受两个特殊功能寄存器的控制：串的串口的工作状况受两个特殊功能寄存器的控制：串口控制寄存器口控制寄存器SCONSCON和电源控制寄存器和电源控制寄存器PCONPCON。nSCONSCON的格式及各位的功能的格式及各位的功能位序位序 D7 D6D5D4D3D2D1D0位符号位符号 SM0SM1SM2RE

18、NTB8RB8TIRISM0 SM1SM0 SM1方式方式功能说明功能说明波特率波特率0 00 0方式方式0 0移位寄存器方式移位寄存器方式fosc/12fosc/120 10 1方式方式1 11010位位UARTUART（8 8位数据）位数据）可变可变1 01 0方式方式2 21111位位UART UART （9 9位数据）位数据）fosc/64 fosc/64 或者或者fosc/32fosc/321 11 1方式方式3 31111位位UART UART （9 9位数据）位数据）可变可变2580C5180C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器nSCONSCON的格式及各位的功能的格式及各

19、位的功能位序位序 D7 D6D5D4D3D2D1D0位符号位符号 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIRENREN：接收使能位：接收使能位。REN=0REN=0：禁止接收数据；：禁止接收数据；REN=1REN=1：允许接：允许接收数据。收数据。TITI：发送中断标志位：发送中断标志位。方式。方式1 1下，发送停止位之前，由硬件下，发送停止位之前，由硬件置位。置位。TI=1TI=1表示帧发送结束，表示帧发送结束，TITI由软件清由软件清“0”0”。RIRI：接收中断标志位：接收中断标志位。方式。方式1 1下，收到停止位之前，由硬件下，收到停止位之前，由硬件置位。置位。RI=1RI=1表示

20、帧接收结束，表示帧接收结束，RIRI由软件清由软件清“0”0”。2680C5180C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器nPCONPCON的格式及各位的功能的格式及各位的功能位序位序 D7 D6D5D4D3D2D1D0位符号位符号 SMODSMODSMOD：波特率倍增位：波特率倍增位。当。当SMOD=1SMOD=1时，串行口波特率增加一倍，时，串行口波特率增加一倍，当当SMOD=0SMOD=0时，串行口波特率为设定值。当系统复位时，时，串行口波特率为设定值。当系统复位时，SMOD=0SMOD=0。 2780C51串行口的工作方式串行口的工作方式0n 方式方式0 0串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主