异步通信与同步通信课件

本章分为三节(snji)，主要介绍：6.2 80C51的串行口的串行口6.1 计算机串行通信计算机串行通信(tng xn)基础基础6.3 单片机串行口应用单片机串行口应用(yngyng)举例举例第一页，共73页。6.1 计算机串行通信(tng xn)基础 随着多微机系统的广泛应用和计算机网络随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信技术的普及，计算机的通信(tng xn)功能功能愈来愈显得重要。计算机通信愈来愈显得重要。计算机通信(tng xn)是是指计算机与外部设备或计算机与计算机之指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。间的信息交换。通信通信(tng xn)有并行通信有并行通信(tng xn)和串和串行通信行通信(tng xn)两种方式。在多微机系统两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信行通信(tng xn)方式。方式。第二页，共73页。计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。可以分为两大类：并行通信与串行通信。并行通信通常是将数据字节并行通信通常是将数据字节(z ji)的各位用多条数的各位用多条数据线同时进行传送据线同时进行传送并行通信控制并行通信控制(kngzh)简单、传输速度快；由于传输线较多，长简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。第三页，共73页。串行通信是将数据字节分成一位一位的形串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条式在一条(y tio)传输线上逐个地传送。传输线上逐个地传送。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，但数据低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据(shj)的传送控制比并行通信复杂。的传送控制比并行通信复杂。第四页，共73页。6.1.1 6.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 一、异步通信与同步通信一、异步通信与同步通信1 1、异步通信、异步通信 异步通信是指通信的异步通信是指通信的发送与接收送与接收设备使用各自的使用各自的时钟控制数据的控制数据的发送和送和接收接收过程。程。为使双方的收使双方的收发协调，要求，要求(yoqi)(yoqi)发送和接收送和接收设备的的时钟尽可能尽可能一致。一致。第五页，共73页。异步通信是以字符（构成的帧）为单异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的各位是以固定(gdng)的时间传送的，的时间传送的，即字符之间是异步的（字符之间不一定即字符之间是异步的（字符之间不一定有有“位间隔位间隔”的整数倍的关系），但同一的整数倍的关系），但同一字符内的各位是同步的（各位之间的距字符内的各位是同步的（各位之间的距离均为离均为“位间隔位间隔”的整数倍）。的整数倍）。第六页，共73页。异步通信异步通信(tng xn)的数据的数据格式格式：异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致格一致(yzh)，实现容易，设备开销较小，但，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加每个字符要附加23位用于起止位，各帧之位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。间还有间隔，因此传输效率不高。第七页，共73页。2、同步通信、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟同步通信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，的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为传输数据的位之间的距离均为“位间隔位间隔”的整的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持数倍，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。发送方位同步关系，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对接收方的同步可以通过两种方法(fngf)实实现。现。外同步(tngb)自同步(tngb)第八页，共73页。面向字符的同步面向字符的同步(tngb)格式格式：此时，传送的数据和控制信息都必须此时，传送的数据和控制信息都必须(bx)由规定的字符集由规定的字符集（如（如ASCII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个或个或2个同步字个同步字符符SYN（ASCII码为码为16H）。）。SOH为序始字符（为序始字符（ASCII码为码为01H），表示标题的开始，标题中包含源地址、目标地址和路），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。由指示等信息。STX为文始字符（为文始字符（ASCII码为码为02H），表示传），表示传送的数据块开始。数据块是传送的正文内容，由多个字符组成。送的数据块开始。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数据块后面是组终字符ETB（ASCII码为码为17H）或文终字符）或文终字符ETX（ASCII码为码为03H）。然后是校验码。典型的面向字符的）。然后是校验码。典型的面向字符的同步规程如同步规程如IBM的二进制同步规程的二进制同步规程BSC。第九页，共73页。面向面向(min xin)位的位的同步格式同步格式：此时，将数据块看作数据流，并用序列此时，将数据块看作数据流，并用序列01111110作为开始和结束标作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列志。为了避免在数据流中出现序列01111110时引起的混乱，发送方总时引起的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现是在其发送的数据流中每出现5个连续的个连续的1就插入一个附加的就插入一个附加的0；接收；接收方则每检测到方则每检测到5个连续的个连续的1并且其后有一个并且其后有一个0时，就删除该时，就删除该0。典型的面向位的同步协议如典型的面向位的同步协议如ISO的高级数据链路控制规程的高级数据链路控制规程HDLC和和IBM的同步数据链路控制规程的同步数据链路控制规程SDLC。同步通信的特点是以特定同步通信的特点是以特定(tdng)的位组合的位组合“01111110”作为帧的开始作为帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高，和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。但实现的硬件设备比异步通信复杂。第十页，共73页。二、串行通信的传输方向二、串行通信的传输方向1、单工、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。单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。2、半双工、半双工半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要(xyo)分分时进行。时进行。3、全双工、全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。全双工是指数据可以同时进行双向传输。单工 半双工半双工 全双工全双工第十一页，共73页。三、信号的调制与解调三、信号的调制与解调 利用调制器（利用调制器（Modulator）把数字信号转）把数字信号转换成模拟信号，然后送到通信线路上去换成模拟信号，然后送到通信线路上去(shng q)，再由解调器（，再由解调器（Demodulator）把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器和解调器信号。由于通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。第十二页，共73页。四、串行通信的错误校验四、串行通信的错误校验 1、奇偶校验、奇偶校验在发送数据在发送数据(shj)时，数据时，数据(shj)位尾随的位尾随的1位为奇偶位为奇偶校验位（校验位（1或或0）。奇校验时，数据）。奇校验时，数据(shj)中中“1”的个数的个数与校验位与校验位“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(shj)中中“1”的个数与校验位的个数与校验位“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”的个数进行校验，若发现不一致，的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据则说明传输数据(shj)过程中出现了差错。过程中出现了差错。3、循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效、循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效(yuxio)信息与校验位之间的循环校验，常用于对磁盘信息的信息与校验位之间的循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强，广传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。泛应用于同步通信中。2、代码和校验、代码和校验代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾(mwi)。接收方接收。接收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得的结果与发送方的的结果与发送方的“校验和校验和”进行比较，相符则无差错，否则即认为传进行比较，相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。送过程中出现了差错。第十三页，共73页。五、传输速率与传输距离五、传输速率与传输距离 1、传输速率、传输速率比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位秒（是：位秒（bps）。如每秒钟传送）。如每秒钟传送240个字符，个字符，而每个字符格式包含而每个字符格式包含(bohn)10位位(1个起始位、个起始位、1个停止位、个停止位、8个数据位个数据位)，这时的比特率为：，这时的比特率为：10位位240个个/秒秒=2400 bps波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特（是：波特（Baud）。）。波特率和比特率不总是相同波特率和比特率不总是相同(xin tn)的，对于的，对于将数字信号将数字信号1或或0直接用两种不同电压表示的所谓基带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传输，比特率和波特率是相同(xin tn)的。所以，的。所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。我们也经常用波特率表示数据的传输速率。第十四页，共73页。2、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流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每（约气特性有关。当传输线使用每（约1英尺）英尺）有有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过特率超过1000 bps 时，最大传输距离迅时，最大传输距离迅速下降速下降(xijing)，如，如9600 bps 时最大距时最大距离下降离下降(xijing)到只有到只有76m（约（约250英尺）英尺）。第十五页，共73页。6.1.2 6.1.2 串行通信接口串行通信接口标准准 一、一、RS-232CRS-232C接口接口 RS-232CRS-232C是是EIAEIA（美美国国电子子工工业协会会）19691969年年修修订RS-232CRS-232C标准准。RS-232CRS-232C定定义了了数数据据终端端设备（DTEDTE）与与数数据据通通信信设备（DCEDCE）之）之间的物理接口的物理接口标准。准。1 1、机械特性、机械特性(txng)(txng)RS-232CRS-232C接接口口规定定使使用用2525针连接接器器，连接接器器的的尺尺寸寸及及每每个个插插针的的排排列列位位置置都都有有明明确确的定的定义。（阳。（阳头）第十六页，共73页。2、功能、功能(gngnng)特特性性第十七页，共73页。4、过程特性、过程特性 过程特性规定了信号过程特性规定了信号(xnho)之间的时序之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据关系，以便正确地接收和发送数据。远程远程(yunchng)通信连接通信连接 第十八页，共73页。近程通信近程通信(tng xn)连接连接 第十九页，共73页。5、RS-232C电平电平(din pn)与与TTL电平电平(din pn)转换驱动电路转换驱动电路第二十页，共73页。6、采用、采用RS-232C接口存在的问题接口存在的问题1、传输距离短，传输速率低、传输距离短，传输速率低 RS-232C总线总线(zn xin)标准受电容允许值的标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过约束，使用时传输距离一般不要超过15米（线路米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为20Kbps。2、有电平偏移、有电平偏移 RS-232C总线标准总线标准(biozhn)要求收发双方共地。通信距离较大时，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。压降。3、抗干扰能力差、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。为了提高扰和噪声混在正常的信号中。为了提高(t go)信噪比，信噪比，RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。第二十一页，共73页。二二、RS-422A接接 口口(ji ku)RS-422A输出驱动器为双端平衡输出驱动器为双端平衡(pnghng)驱动器。如果其驱动器。如果其中一条线为逻辑中一条线为逻辑“1”状态，另一条线就为逻辑状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端，比采用单端不平衡不平衡(pnghng)驱动对电压的放大倍数大一倍。差分电路能驱动对电压的放大倍数大一倍。差分电路能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨200mV以上以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响。线干扰和电磁干扰的影响。RS-422A传输速率（传输速率（90Kbps）时，）时，传输距离可达传输距离可达1200米。米。第二十二页，共73页。三三、RS-485接接 口口(ji ku)RS-485是是RS-422A的变型：的变型：RS-422A用于全双工，而用于全双工，而RS-485则则用于半双工。用于半双工。RS-485是一种多发送器标准，在通信线路上最多可是一种多发送器标准，在通信线路上最多可以使用以使用32 对差分驱动器对差分驱动器/接收器。如果在一个网络中连接的设备超接收器。如果在一个网络中连接的设备超过过32个，还可以使用中继器。个，还可以使用中继器。RS-485的信号传输采用的信号传输采用(ciyng)两线间的电压来表示逻辑两线间的电压来表示逻辑1和逻和逻辑辑0。由于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。传。由于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。传输线采用输线采用(ciyng)差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达1200米，传输速率可达米，传输速率可达1Mbps。第二十三页，共73页。RS-485是一点对多点的通信接口，一般采是一点对多点的通信接口，一般采用双绞线的结构。普通的用双绞线的结构。普通的PC机一般不带机一般不带RS485接口，因此要使用接口，因此要使用RS-232C/RS-485转转换器。对于单片机可以通过芯片换器。对于单片机可以通过芯片MAX485来完来完成成TTL/RS-485的电平转换。在计算机和单片的电平转换。在计算机和单片机组成的机组成的RS-485通信系统中，下位机由单片通信系统中，下位机由单片机系统组成，上位机系统组成，上位(shn wi)机为普通的机为普通的PC机，负责监视下位机的运行状态，并对其状机，负责监视下位机的运行状态，并对其状态信息进行集中处理，以图文方式显示下位态信息进行集中处理，以图文方式显示下位机的工作状态以及工业现场被控设备的工作机的工作状态以及工业现场被控设备的工作状况。系统中各节点（包括上位状况。系统中各节点（包括上位(shn wi)机机）的识别是通过设置不同的站地址来实现的。）的识别是通过设置不同的站地址来实现的。第二十四页，共73页。6.2 80C51的串行口 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SBUF，它们占用，它们占用同一同一(tngy)地址地址99H；接收器是双缓冲结构；接收器是双缓冲结构；发送缓冲器，；发送缓冲器，因为发送时因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。是主动的，不会产生重叠错误。6.2.1 80C516.2.1 80C51串行口的结构串行口的结构(jigu)(jigu)第二十五页，共73页。SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收式、接收(jishu)/发送控制以及设置状态标志：发送控制以及设置状态标志：6.2.2 80C516.2.2 80C51串行口的控制串行口的控制(kngzh)(kngzh)寄存器寄存器 SM0和和SM1为工作方式选择为工作方式选择(xunz)位，可选择位，可选择(xunz)四四种工作方式：种工作方式：第二十六页，共73页。SM2，多机通信控制位，主要，多机通信控制位，主要(zhyo)用于方式用于方式2和方和方式式3。当接收机的。当接收机的SM2=1时可以利用收到的时可以利用收到的RB8来控制来控制是否激活是否激活RI（RB80时不激活时不激活RI，收到的信息丢弃；，收到的信息丢弃；RB81时收到的数据进入时收到的数据进入SBUF，并激活，并激活RI，进而在中，进而在中断服务中将数据从断服务中将数据从SBUF读走）。当读走）。当SM2=0时，不论收时，不论收到的到的RB8为为0和和1，均可以使收到的数据进入，均可以使收到的数据进入SBUF，并，并激活激活RI（即此时（即此时RB8不具有控制不具有控制RI激活的功能）。通过激活的功能）。通过控制控制SM2，可以实现多机通信。，可以实现多机通信。在方式在方式0时，时，SM2必须是必须是0。在方式。在方式1时，若时，若SM2=1，则，则只有接收到有效停止位时，只有接收到有效停止位时，RI才置才置1。REN，允许串行接收位。由软件置，允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动串，则启动串行口接收数据；若软件置行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。，则禁止接收。第二十七页，共73页。TB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是发送数据的第中，是发送数据的第九位，可以用软件规定九位，可以用软件规定(gudng)其作用。可其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧作为地址帧/数据帧的标志位。数据帧的标志位。在方式在方式0和方式和方式1中，该位未用。中，该位未用。RB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是接收到数据的中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧第九位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的数据帧的标志位。在方式标志位。在方式1时，若时，若SM2=0，则，则RB8是接是接收到的停止位。收到的停止位。第二十八页，共73页。TI，发送中断标志位。在方式，发送中断标志位。在方式0时，当串行发送时，当串行发送第第8位数据结束位数据结束(jish)时，或在其它方式，串行时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置置1，向，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，必须用软发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清件将其清0，取消此中断申请。，取消此中断申请。RI，接收中断标志位。在方式，接收中断标志位。在方式0时，当串行接收时，当串行接收第第8位数据结束位数据结束(jish)时，或在其它方式，串行时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使接收停止位的中间时，由内部硬件使RI置置1，向，向CPU发中断申请。也必须在中断服务程序中，用发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清软件将其清0，取消此中断申请。，取消此中断申请。第二十九页，共73页。PCON中只有中只有(zhyu)一位一位SMOD与串行口工作有与串行口工作有关关：SMOD（）（）波特率倍增位。在串行口方式波特率倍增位。在串行口方式1、方式、方式2、方、方式式3时，波特率与时，波特率与SMOD有关，当有关，当SMOD=1时，波特率提高时，波特率提高(t go)一倍。复位时，一倍。复位时，SMOD=0。第三十页，共73页。6.2.3 80C516.2.3 80C51串行口的工作串行口的工作(gngzu)(gngzu)方式方式 一、方式一、方式0 方式方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由扩展并行输入或输出口。数据由RXD（）引脚输入或输出，同步移（）引脚输入或输出，同步移位脉冲由位脉冲由TXD（）引脚输出。发送（）引脚输出。发送(f sn)和接收均为和接收均为8位数据，位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。1、方式、方式0输出输出第三十一页，共73页。2、方式、方式(fngsh)0输输入入 方式方式0接收和发送接收和发送(f sn)电路电路第三十二页，共73页。二、方式二、方式1 方式方式1是是10位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为数据发送为数据发送(f sn)引脚，引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中的格式如图所示。其中1位起始位，位起始位，8位数据位，位数据位，1位位停止位。停止位。1、方式、方式(fngsh)1输出输出第三十三页，共73页。2、方式、方式(fngsh)1输入输入 用软件置用软件置REN为为1时，接收器以所选择波特率的时，接收器以所选择波特率的16倍速率采倍速率采样样RXD引脚电平，检测到引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当一次移位。当RI=0，且，且SM2=0（或接收到的停止位为（或接收到的停止位为1）时，）时，将接收到的将接收到的9位数据的前位数据的前8位数据装入接收位数据装入接收SBUF，第，第9位（停止位（停止位）进入位）进入(jnr)RB8，并置，并置RI=1，向，向CPU请求中断。请求中断。第三十四页，共73页。三、方式三、方式(fngsh)2和方式和方式(fngsh)3 方式方式(fngsh)2或方式或方式(fngsh)3时为时为11位数据的异步通位数据的异步通信口。信口。TXD为数据发送引脚，为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚为数据接收引脚。方式方式2和方式和方式3时起始位时起始位1位，数据位，数据9位（含位（含1位附加的第位附加的第9位，位，发送时为发送时为SCON中的中的TB8，接收时为，接收时为RB8），停止位），停止位1位，一帧位，一帧数据为数据为11位。方式位。方式2的波特率固定为晶振频率的波特率固定为晶振频率(pnl)的的1/64或或1/32，方式，方式3的波特率由定时器的波特率由定时器T1的溢出率决定。的溢出率决定。第三十五页，共73页。1、方式、方式(fngsh)2和方式和方式(fngsh)3输出输出 发送开始时，先把起始位发送开始时，先把起始位0输出到输出到TXD引脚，然后发送移位引脚，然后发送移位寄存器的输出位（寄存器的输出位（D0）到）到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。引脚输出。第一次移位时，停止位第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第移入输出移位寄存器的第9位上位上，以后每次移位，左边都移入，以后每次移位，左边都移入0。当停止位移。当停止位移(wiy)至输出位时，至输出位时，左边其余位全为左边其余位全为0，检测电路检测到这一条件时，使控制电路，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置进行最后一次移位，并置TI=1，向，向CPU请求中断。请求中断。第三十六页，共73页。2、方式、方式(fngsh)2和方式和方式(fngsh)3输入输入 接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且，且SM2=0（或接收到的第（或接收到的第9位数据为位数据为1）时，）时，接收到的数据装入接收缓冲器接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和和RB8（接收数（接收数据的第据的第9位），置位），置RI=1，向，向CPU请求中断。如果条件请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续，继续(jx)搜索搜索RXD引脚的负跳变。引脚的负跳变。第三十七页，共73页。四、波特率的计算四、波特率的计算 在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式种工作方式，其中方式0和方式和方式2的波特率是固定的，的波特率是固定的，而方式而方式1和方式和方式3的波特率是可变的，由定时器的波特率是可变的，由定时器T1的的溢出率来决定。溢出率来决定。串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种入的移位时钟的来源不同，所以，各种(zhn)方式的波特率计算公式也不相同。方式的波特率计算公式也不相同。方式方式0的波特率的波特率=fosc/12方式方式2的波特率的波特率=（2SMOD/64）fosc 方式方式1的波特率的波特率=（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）方式方式3的波特率的波特率=（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）第三十八页，共73页。当当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入的工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式位定时器方式（即方式2，且，且TCON的的TR1=1，以启动定时器）。这时溢出，以启动定时器）。这时溢出率取决于率取决于TH1中的计数值。中的计数值。T1 溢出率溢出率=fosc/12256（TH1）在单片机的应用在单片机的应用(yngyng)中，常用的晶振频率为：中，常用的晶振频率为：12MHz和。所以，选和。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。第三十九页，共73页。串行口工作串行口工作(gngzu)之前，应对其进行初之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器始化，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：串行口控制和中断控制。具体步骤如下：确定确定T1的工作的工作(gngzu)方式（编程方式（编程TMOD寄存器）；寄存器）；计算计算T1的初值，装载的初值，装载TH1、TL1；启动启动T1（编程（编程TCON中的中的TR1位）；位）；确定串行口控制（编程确定串行口控制（编程SCON寄存器）；寄存器）；串行口在中断方式工作串行口在中断方式工作(gngzu)时，要进行时，要进行中断设置（编程中断设置（编程IE、IP寄存器）。寄存器）。第四十页，共73页。6.3 单片机串行口应用(yngyng)举例 在计算机分布式测控系统中，经常要在计算机分布式测控系统中，经常要利用串行通信方式进行数据传输。利用串行通信方式进行数据传输。80C51单片机的串行口为计算机间的通信提供了单片机的串行口为计算机间的通信提供了极为便利的条件。利用单片机的串行口还极为便利的条件。利用单片机的串行口还可以方便地扩展键盘和显示器，对于简单可以方便地扩展键盘和显示器，对于简单的应用非常便利。这里仅介绍单片机串行的应用非常便利。这里仅介绍单片机串行口在通信方面的应用，关于口在通信方面的应用，关于(guny)键盘键盘和显示器的扩展将在下一章介绍。和显示器的扩展将在下一章介绍。第四十一页，共73页。6.3.1 6.3.1 单片机与单片机的通信单片机与单片机的通信(tng xn)(tng xn)一、点对点的通信一、点对点的通信(tng xn)1、硬件连接、硬件连接 第四十二页，共73页。二、应用程序二、应用程序 第四十三页，共73页。设设1号机是发送方，号机是发送方，2号机是接收方。当号机是接收方。当1号机发送时，先发送一号机发送时，先发送一个个“E1”联络信号，联络信号，2号机收到后回答一个号机收到后回答一个“E2”应答信号，表示同意应答信号，表示同意接收。当接收。当1号机收到应答信号号机收到应答信号“E2”后，开始发送数据，每发送一个后，开始发送数据，每发送一个数据字节都要计算数据字节都要计算“校验和校验和”，假定数据块长度为，假定数据块长度为16个字节，起始地个字节，起始地址为址为40H，一个数据块发送完毕后立即，一个数据块发送完毕后立即(lj)发送发送“校验和校验和”。2号机接号机接收数据并转存到数据缓冲区，起始地址也为收数据并转存到数据缓冲区，起始地址也为40H，每接收到一个数，每接收到一个数据字节便计算一次据字节便计算一次“校验和校验和”，当收到一个数据块后，再接收，当收到一个数据块后，再接收1号机发号机发来的来的“校验和校验和”，并将它与，并将它与2号机求出的校验和进行比较。若两者相等，号机求出的校验和进行比较。若两者相等，说明接收正确，说明接收正确，2号机回答号机回答00H；若两者不相等，说明接收不正确，；若两者不相等，说明接收不正确，2号机回答号机回答0FFH，请求重发。，请求重发。1号机接到号机接到00H后结束发送。若收到的后结束发送。若收到的答复非零，则重新发送数据一次。双方约定采用串行口方式答复非零，则重新发送数据一次。双方约定采用串行口方式1进行通进行通信，一帧信息为信，一帧信息为10位，其中有位，其中有1个起始位、个起始位、8个数据位和一个停止位；个数据位和一个停止位；波特率为波特率为2400波特，波特，T1工作在定时器方式工作在定时器方式2，振荡频率选用，查表，振荡频率选用，查表可得可得TH1=TL1=0F4H，PCON寄存器的寄存器的SMOD位为位为0。第四十四页，共73页。发送程序清单如下：ASTART：CLR EA MOV TMOD，#20H ；定时器1置为方式2 MOV TH1，#0F4H ；装载定时器初值，波特率2400 MOV TL1，#0F4H MOV PCON，#00H SETB TR1 ；启动定时器 MOV SCON，#50H ；设定串口方式1，且准备(zhnbi)接收应答信号 ALOOP1：MOV SBUF，#0E1H ；发联络信号 JNB TI，$；等待一帧发送完毕 CLR TI ；允许再发送 JNB RI，$；等待2号机的应答信号 CLR RI ；允许再接收 MOV A，SBUF ；2号机应答后，读至A XRL A，#0E2H ；判断2号机是否准备(zhnbi)完毕 JNZ ALOOP1 ；2号机未准备(zhnbi)好，继续联络 ALOOP2：MOV R0，#40H ；2号机准备(zhnbi)好，设定数据块地址指针初值 MOV R7，#10H ；设定数据块长度初值 MOV R6，#00H ；清校验和单元第四十五页，共73页。ALOOP3：MOV SBUF，R0 ；发送一个数据字节 MOV A，R6 ADD A，R0 ；求校验(xio yn)和 MOV R6，A ；保存校验(xio yn)和 INC R0 JNB TI，$CLR TI DJNZ R7，ALOOP3 ；整个数据块是否发送完毕 MOV SBUF，R6 ；发送校验(xio yn)和 JNB TI，$CLR TI JNB RI，$；等待2号机的应答信号 CLR RI MOV A，SBUF ；2号机应答，读至A JNZ ALOOP2 ；2号机应答“错误”，转重新发送 RET ；2号机应答“正确”，返回第四十六页，共73页。接收(jishu)程序清单如下：BSTART：CLR EA MOV TMOD，#20H MOV TH1，#0F4H MOV TL1，#0F4H MOV PCON，#00H SETB TR1 MOV SCON，#50H ；设定串口方式1，且准备接收(jishu)BLOOP1：JNB RI，$；等待1号机的联络信号 CLR RI MOV A，SBUF ；收到1号机信号 XRL A，#0E1H ；判是否为1号机联络信号 JNZ BLOOP1 ；不是1号机联络信号，再等待 MOV SBUF，#0E2H ；是1号机联络信号，发应答信号 JNB TI，$CLR TI MOV R0，#40H ；设定数据块地址指针初值 MOV R7，#10H ；设定数据块长度初值 MOV R6，#00H ；清校验和单元第四十七页，共73页。BLOOP2：JNB RI，$CLR RI MOV A，SBUF MOV R0，A ；接收(jishu)数据转储 INC R0 ADD A，R6 ；求校验和 MOV R6，A DJNZ R7，BLOOP2 ；判数据块是否接收(jishu)完毕 JNB RI，$；完毕，接收(jishu)1号机发来的校验和 CLR RI MOV A，SBUF XRL A，R6 ；比较校验和 JZ END1 ；校验和相等，跳至发正确标志 MOV SBUF，#0FFH ；校验和不相等，发错误标志 JNB TI，$；转重新接收(jishu)CLR TIEND1：MOV SBUF，#00H RET第四十八页，共73页。二、多机通信二、多机通信 1、硬件连接、硬件连接 单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。80C31单片机的串行口方式单片机的串行口方式2和方式和方式3适于这种主从式的通信适于这种主从式的通信结构。当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的结构。当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号电平转换，有时还要对信号(xnho)进行光电隔离。进行光电隔离。在实际的多机应用系统中，常采用在实际的多机应用系统中，常采用RS-485串行标准总串行标准总线进行数据传输。线进行数据传输。第四十九页，共73页。2、通信协议、通信协议所有从机的所有从机的SM2位置位置1，处于接收地址帧状态。，处于接收地址帧状态。主机发送一地址帧，其中主机发送一地址帧，其中(qzhng)8位是地址，第位是地址，第9位为地址位为地址/数据的区分标志，该位置数据的区分标志，该位置1表示该帧为表示该帧为地址帧。地址帧。所有从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机所有从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机的地址比较。对于地址相符的从机，使自己的的地址比较。对于地址相符的从机，使自己的SM2位置位置0（以接收主机随后发来的数据帧），并（以接收主机随后发来的数据帧），并把本站地址发回主机作为应答；对于地址不符的把本站地址发回主机作为应答；对于地址不符的从机，仍保持从机，仍保持SM2=1，对主机随后发来的数据帧，对主机随后发来的数据帧不予理睬。不予理睬。从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第第9位（位（TB8）为）为1，作为从机数据传送结束的标，作为从机数据传送结束的标志。志。第五十页，共73页。主机接收数据时先判断数据接收标志（主机接收数据时先判断数据接收标志（RB8），若），若RB8=1，表示数据传送结束，并比较此帧校验和，若正确则回送，表示数据传送结束，并比较此帧校验和，若正确则回送正确信号正确信号00H，此信号命令该从机复位（即重新等待地址帧），此信号命令该从机复位（即重新等待地址帧）；若校验和出错，则发送；若校验和出错，则发送0FFH，命令该从机重发数据。若，命令该从机重发数据。若接收帧的接收帧的RB8=0，则存数据到缓冲区，并准备接收下帧信息。，则存数据到缓冲区，并准备接收下帧信息。主机收到从机应答地址后，确认地址是否主机收到从机应答地址后，确认地址是否(sh fu)相符，如相符，如果地址不符，发复位信号（数据帧中果地址不符，发复位信号（数据帧中TB8=1）；如果地址相）；如果地址相符，则清符，则清TB8，开始发送数据。，开始发送数据。从机收到复位命令后回到监听地址状态（从机收到复位命令后回到监听地址状态（SM2=1）。否则）。否则开始接收数据和命令。开始接收数据和命令。第五十一页，共73页。3、应用程序、应用程序主机主机(zhj)发送的地址联络信号为：发送的地址联络信号为：00H，01H，02H，（即从机设备地址），地址（即从机设备地址），地址FFH为命令各从机复位，即恢复为命令各从机复位，即恢复SM2=1。主机主机(zhj)命令编码为：命令编码为：01H，主机，主机(zhj)命令命令从机接收数据；从机接收数据；02H，主机，主机(zhj)命令从机发命令从机发送数据。其它都按送数据。其它都按02H对待。对待。RRDY=1：表示从机准备好接收。：表示从机准备好接收。TRDY=1：表示从机准备好发送。：表示从机准备好发送。ERR=1：表示从机接收的命令是非法的。表示从机接收的命令是非法的。程序分为程序分为(fn wi)主机程序和从机程序。约定一次传递数据主机程序和从机程序。约定一次传递数据为为16个字节，以个字节，以01H地址的从机为例。地址的从机为例。第五十二页，共73页。主机程序清单：设从机地址号存于40H单元，命令(mng lng)存于41H单元。MAIN：MOV TMOD，#20H ；T1方式2 MOV TH1，#0FDH ；初始化波特率9600 MOV TL1，#0FDH MOV PCON，#00H SETB TR1 MOV SCON，#0F0H ；串口方式3，多机，准备接收应答LOOP1：SETB TB8 MOV SBUF，40H ；发送预通信从机地址 JNB TI，$CLR TI JNB RI，$；等待从机对联络应答 CLR RI MOV A，SBUF ；接收应答，读至A XRL A，40H ；判应答的地址是否正确 JZ AD_OK 第五十三页，共73页。AD_ERR：MOV SBUF，#0FFH ；应答错误，发命令FFH JNB TI，$CLR TI SJMP LOOP1 ；返回重新发送联络信号 AD_OK：CLR TB8 ；应答正确(zhngqu)MOV SBUF，41H ；发送命令字 JNB TI，$CLR TI JNB RI，$；等待从机对命令应答 CLR RI MOV A，SBUF ；接收应答，读至A XRL A，#80H ；判断应答是否正确(zhngqu)JNZ CO_OK SETB TB8 SJMP AD_ERR ；错误处理第五十四页，共73页。CO_OK：MOV A，SBUF ；应答正确，判是发送还是接收命令 XRL A，#01H JZ SE_DATA ；从机准备(zhnbi)好接收，可以发送 MOV A，SBUF XRL A，#02H JZ RE_DATA ；从机准备(zhnbi)好发送，可以接收 LJMP SE_DATA RE_DATA：MOV R6，#00H ；清校验和接收16个字节数据 MOV R0，#30H MOV R7，#10H第五十五页，共73页。LOOP2：JNB RI，$CLR RI MOV A，SBUF MOV R0，A INC R0 ADD A，R6 MOV R6，A DJNZ R7，LOOP2 JNB RI，$CLR RI MOV A，SBUF ；接收校验(xio yn)和并判断 XRL A，R6 JZ XYOK ；校验(xio yn)正确 MOV SBUF，#0FFH ；校验(xio yn)错误 JNB TI，$CLR TI LJMP RE_DATA 第五十六页，共73页。XYOK：MOV SBUF，#00H ；校验和正确，发00H JNB TI，$CLR TI SETB TB8 ；置地址标志 LJMP RETEND SE_DATA：MOV R6，#00H ；发送16个字节(z ji)数据 MOV R0，#30H MOV R7，#10H LOOP3：MOV A，R0 MOV SBUF，A JNB TI，$CLR TI INC R0 ADD A，R6 MOV R6，A DJNZ R7，LOOP3第五十七页，共73页。MOV A，R6 MOV SBUF，A ；发校验(xio yn)和 JNB TI，$CLR TI JNB RI，$CLR RI MOV A，SBUF XRL A，#00H JZ RET_END ；从机接收正确 SJMP SE_DATA ；从机接收不正确，重新发送 RET_END：RET第五十八页，共73页。从机程序清单：设本机号存于40H单元，41H单元存放“发送(f sn)”命令，42H单元存放“接收”命令。MAIN：MOV TMOD，#20H ；初始化串行口 MOV TH1，#0FDH MOV TL1，#0FDH MOV PCON，#00H SETB TR1 MOV SCON，#0F0H LOOP1：SETB EA ；开中断 SETB ES SETB RRDY ；发送(f sn)与接收准备就绪 SETB TRDY SJMP LOOP1第五十九页，共73页。SERVE：PUSH PSW ；中断服务程序 PUSH ACCCLR ES CLR RIMOV A，SBUF XRL A，40H ；判断是否本机地址 JZ SER_OKLJMP ENDI ；非本机地址，继续监听SER_OK：CLR SM2 ；是本机地址，取消监听状态 MOV SBUF，40H ；本机地址发回 JNB TI，$CLR TI JNB RI，$CLR RI JB RB8，ENDII ；是复位命令，恢复监听 MOV A，SBUF ；不是复位命令，判是“发送”还是“接收(jishu)”XRL A，41H JZ SERISE ；收到“发送”命令，发送处理 MOV A，SBUF XRL A，42H JZ SERIRE ；收到“接收(jishu)”命令，接收(jishu)处理 SJMP FFML ；非法命令，转非法处理 第六十页，共73页。SERISE：JB TRDY，SEND ；从机发送(f sn)是否准备好 MOV SBUF，#00H SJMP WAIT01 SEND：MOV SBUF，#02H ；返回“发送(f sn)准备好”WAIT01：JNB TI，$CLR TI JNB RI，$CLR RI JB RB8，ENDII ；主机接收是否准备就绪 LCALL SE_DATA ；发送(f sn)数据 LJMP END FFML：MOV SBUF，#80H ；发非法命令，恢复监听 JNB TI，$CLR TI LJMP ENDII SERIRE：JB RRDY，RECE ；从机接收是否准备好 MOV SBUF，#00H SJMP WAIT02第六十一页，共73页。RECE：MOV SBUF，#01H ；返回“接收准备好”WEIT02：JNB TI，$CLR TI JNB RI，$CLR RI JB RB8，ENDII ；主机发送(f sn)是否就绪 LCALL RE_DATA ；接收数据 LJMP END ENDII：SETB SM2 ENDI：SETB ES END：POP ACC POP PSW RETI第六十二页，共73页。SE_DATA：CLR TRDY ；发送数据(shj)块子程序 MOV R6，#00H MOV R0，#30H MOV R7，#10H LOOP2：MOV A，R0 MOV SBUF，A JNB TI，$CLR TI INC R0 ADD A，R6 MOV R6，A DJNZ R7，LOOP2 ；数据(shj)块发送完毕？MOV A，R6 MOV SBUF，A JNB TI，$；发送校验和 CLR TI JNB RI，$CLR RI MOV A，SBUF XRL A，#00H ；判发送是否正确 JZ SEND_OK SJMP SE_DATA ；发送错误，重发 第六十三页，共73页。SEND_OK：SETB SM2 ；发送正确(zhngqu)，继续监听 SETB ES RET RE_DATA：CLR RRDY ；接收数据块子程序 MOV R6，#00H MOV R0，#30H MOV R7，#10H第六十四页，共73页。LOOP3：JNB RI，$CLR RI MOV A，SBUF MOV R0，A INC R0 ADD A，R6 MOV R6，A DJNZ R7，LOOP3 ；接收数据块完毕？JNB RI，$；接收校验和 CLR RI MOV A，SBUF XRL A，R6 ；判断校验和是否(sh fu)正确 JZ RECE_OK MOV SBUF，#0FFH ；校验和错误，发FFH JNB TI，$CLR TI LJMP RE_DATA ；重新接收 第六十五页，共73页。RECE_OK：MOV A，#00H ；校验和正确，发00H MOV SBUF，A JNB TI，$CLR TI SETB SM2 ；继续(jx)监听 SETB ES RET第六十六页，共73页。6.3.2 单片机与单片机与PC机的通信机的通信 在工控系统（尤其是多点现场工控系统）设计在工控系统（尤其是多点现场工控系统）设计实践中，单片机与实践中，单片机与PC机组合构成分布式控制系统机组合构成分布式控制系统是一个重要的发展方向。分布式系统主从管理，是一个重要的发展方向。分布式系统主从管理，层层控制。主控计算机监督管理各子系统分机的层层控制。主控计算机监督管理各子系统分机的运行状况。子系统与子系统可以平等信息交换，运行状况。子系统与子系统可以平等信息交换，也可以有主从关系。分布式系统最明显的特点是也可以有主从关系。分布式系统最明显的特点是可靠性高，某个子系统的故障可靠性高，某个子系统的故障(gzhng)不会影响不会影响其它子系统的正常工作。其它子系统的正常工作。第六十七页，共73页。1台台PC机即可以与机即可以与1个个80C31单片机应用系统通信，也可以与多个单片机应用系统通信