第七章串行通信及其接口7-1概述7-2

MCS-51的串行口7-3

雙機(jī)通信本章要點(diǎn)：串行口的工作方式；MCS-51單片機(jī)的串口工作原理及控制；波特率的概念；重點(diǎn)掌握雙機(jī)通信的通信過程及相應(yīng)的軟硬件設(shè)計。7-4

多機(jī)通信7.1概述1、按數(shù)據(jù)傳輸方向分類

1）單工方式——數(shù)據(jù)只能向一個方向傳輸。

2）半雙工方式——允許數(shù)據(jù)分時兩個方向傳輸。

3）全雙工方式——數(shù)據(jù)可以同時往兩個相反的方向傳輸。

2）同步方式：每個數(shù)據(jù)位占用的時間都相等，發(fā)送機(jī)每一個基本的時間單位發(fā)送一位，接收機(jī)與發(fā)送機(jī)的時鐘必須嚴(yán)格同步。其格式如圖。

2、按傳輸數(shù)據(jù)格式分類：異步和同步通信方式1）異步方式：用一個起始位表示字符的開始，停止位表示字符的結(jié)束。數(shù)據(jù)位則在起始位之后，停止位之前，這樣構(gòu)成一幀，其格式如圖。3常用串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232

RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊.0：+5～+15V，

1：在-5～-15V

傳送距離最大為約15米

最高速率為20kb/s

點(diǎn)對點(diǎn)RS-422/485

RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。

1：A、B電壓差在+2～+6V

0：A、B電壓差在-2～－6V

在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的RS-422/485

RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。

RS-485比RS-422有改進(jìn)，總線上可多32個設(shè)備。通用串行總線USBUSB接口特點(diǎn)1.接口類型一致2.速度快

目前USB2.0速度達(dá)480MbpsM3.接口數(shù)量無限一個設(shè)備上如果有USB接口，那其它USB設(shè)備接到此口上和接到主機(jī)的USB接口上是一樣的。USB可連接127個周邊設(shè)備，所以說是“無限的”。4.提供外設(shè)電源5.具有即插即用的功能6.具有熱插拔功能USB外設(shè)可以帶電插拔功能。7.傳輸距離5mIEEE1394●使用方便，支持熱插拔，即插即用，無需設(shè)置設(shè)備ID號，從Win98SE以上版本的操作系統(tǒng)開始內(nèi)置IEEE1394支持核心，無需驅(qū)動程序。

●數(shù)據(jù)傳輸速度快，IEEE1394a高達(dá)400Mbps，后續(xù)的IEEE1394b標(biāo)準(zhǔn)可將速度提升到800Mbps、1.6Gbps甚至3.2Gbps。

●自帶供電線路，能提供8—40V可變電壓，允許通過最大電流也達(dá)到1.5A左右，因此它能為耗電量要求小的設(shè)備進(jìn)行供電。

●真正點(diǎn)對點(diǎn)連接(peer－to－peer)，設(shè)備間不分主從，可直接實(shí)現(xiàn)兩臺DV間的數(shù)據(jù)傳輸或是多臺電腦共享一臺DV機(jī)，而且從理論上講我們可以直接將IEEE1394接口DV機(jī)中的圖像數(shù)據(jù)保存到IEEE1394接口的硬盤中。7.2 MCS-51的串行口

7.2 MCS-51的串行口

1、數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

發(fā)送SBUF和接收SBUF共用一個地址99H。2、串行口控制寄存器SCON

寄存器的字節(jié)地址為98H，可位尋址。SCON格式如圖。SM0、SM1：控制串行口的工作方式00011011SM2：多機(jī)控制位，用于多機(jī)通訊。

REN：允許接收控制位，REN=1，允許接收；REN=0，禁止接收。

TB8：發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)位，可用作校驗(yàn)位和地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位RB8：接收的第9位數(shù)據(jù)位或停止位TI：發(fā)送中斷標(biāo)志，發(fā)送一幀結(jié)束，TI=1，必須軟件清零RI：接收中斷標(biāo)志，接收一幀結(jié)束，RI=1，必須軟件清零3．特殊功能寄存器PCON其字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能，其中與串行接口有關(guān)的只有D7位。SMOD(PCON.7)：波特率倍增位。當(dāng)SMOD=1時，波特率加倍；當(dāng)SMOD=0時，波特率不加倍。3、串行口的工作方式

(1)方式0：同步移位寄存器方式。用于擴(kuò)展并行I/O接口。1.一幀8位，無起始位和停止位。2.RXD：數(shù)據(jù)輸入/輸出端。

TXD：同步脈沖輸出端，每個脈沖對應(yīng)一個數(shù)據(jù)位。3.波特率B=fosc/12

如：fosc=12MHz， B=1MHz，每位數(shù)據(jù)占1s。4.發(fā)送過程：寫入SBUF，啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。

接收過程：REN=1且RI=0，啟動接收，一幀接收完畢，RI=1。

發(fā)送時序?qū)懭隨BUFRXD輸出TXDTID0D1D2D3D4D5D6D7寫REN=1RI=0RXD輸入RI接收時序(a)(b)(2)方式1：8位數(shù)據(jù)異步通訊方式。1.一幀10位：8位數(shù)據(jù)位，1個起始位(0)，1個停止位(1)。2.RXD：接收數(shù)據(jù)端。

TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。3.波特率：用T1作為波特率發(fā)生器，B=(2SMOD/32)×T1溢出率。4.發(fā)送：寫入SBUF，同時啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。

接收：REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0且停止位為1(或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入SBUF，停止位裝入RB8，并使RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。當(dāng)REN=1，CPU開始采樣RXD引腳負(fù)跳變信號，若出現(xiàn)負(fù)跳變，才進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，先檢測起始位，若第一位為0，繼續(xù)接收其余位；否則，停止接收，重新采樣負(fù)跳變。數(shù)據(jù)采樣速率為波特率16倍頻，在數(shù)據(jù)位中間，用第7、8、9個脈沖采樣3次數(shù)據(jù)位，并3中取2保留采樣值。方式1串行發(fā)送接收時序圖寫入SBUF采樣（a）發(fā)送時序圖TXD數(shù)據(jù)輸出TID0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位RXD輸入數(shù)據(jù)（b）接收時序圖D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位RI檢測負(fù)跳變(3)方式2和方式39位數(shù)據(jù)異步通訊方式。1.一幀為11位：9位數(shù)據(jù)位，1個起始位(0)，1個停止位(1)。 第9位數(shù)據(jù)位在TB8/RB8中，常用作校驗(yàn)位和多機(jī)通訊標(biāo)識位。2.RXD：接收數(shù)據(jù)端，TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。3.波特率：方式2：BR=(2SMOD/64)×fosc。

方式3：BR=(2SMOD/32)×T1溢出率。4.發(fā)送：先裝入TB8，寫入SBUF并啟動發(fā)送，發(fā)送結(jié)束，TI=1。接收：REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0且第9位為1(或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位裝入RB8，使RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。發(fā)送時序?qū)懭隨BUFTXD輸出TIRXD輸入接收時序RID0D1D2D3D4D5D6TB8停止位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位起始位D7檢測負(fù)跳變（4）計算波特率方式0為固定波特率：BR=fosc/12 方式2可選兩種波特率：BR=(2SMOD

/64)×fosc 方式1、3為可變波特率，用T1作波特率發(fā)生器。

BR=(2SMOD/32)×T1溢出率

T1溢出率=fosc/（12×（256-x)）串行口方式1、3，根據(jù)波特率選擇T1工作方式，計算時間常數(shù)。T1選方式2：TH1=X=28-(2SMOD×

fosc)/(12×32×BR)T1選方式1用于低波特率，需考慮T1重裝時間常數(shù)時間。簡單示例設(shè)波特率為1200bps，求定時器初值X大小并進(jìn)行初始化（設(shè)SMOD=0）

1200=（1/32）*（fosc/(12*(256-x))）

X=E6HMOVTMOD,#20HMOVTH1,#0E6HMOVTL1,#0E6HMOVPCON,#00HMOVSCON,#50H

7.3

雙機(jī)通信7-3-1主從機(jī)間的通信

1雙機(jī)串行異步通信（1）單片機(jī)與單片機(jī)間的串行異步通信接口設(shè)計兩臺8031直接通信如圖:

兩臺8031采用RS232C總線通信如圖:

（２）單片機(jī)與PC系列微機(jī)間的異步串行通信接口設(shè)計

8031單片機(jī)與PC系列微機(jī)是兩種不同類型的機(jī)種，它們的硬件結(jié)構(gòu)不同，具有的電氣特性也不一樣，因此它們之間不能用導(dǎo)線直接連接，而要通過電平轉(zhuǎn)換電路。8031單片機(jī)和PC機(jī)通過RS232C總線通信接口圖如下:雙機(jī)通信實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1：A機(jī)循環(huán)發(fā)送0、1、2給B機(jī)，B機(jī)收到0，對P1.0口線的LED取反，收到1對P1.1口線的LED取反，類推。項(xiàng)目2：利用8279的鍵盤、顯示管理功能，A機(jī)按下8279管理的5個鍵，B機(jī)通過8279管理的數(shù)碼管分別顯示A、B、C、D、E。項(xiàng)目1：發(fā)送機(jī)程序;發(fā)送機(jī)程序

ORG0000HLJMPMAIN

ORG0010HMAIN:LCALLDELAYLCALLINITSYSMOV20H,#00HLOOP:LCALLSENDLCALLDELAYINC20HMOVA,20HCJNEA,#03H,LOOPMOV20H,#00HAJMPLOOPSJMP$

;發(fā)送子程序

SEND:MOVA,20HCLRTIMOVSBUF,AJNBTI,$RET;串口初始化程序INITSYS:MOVSCON,#50HMOVTMOD,#20HMOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3HMOVPCON,#00H;SMOD=0SETBTR1CLREARET;延時子程序DELAY:MOVR6,#00HLOOP1:MOVR7,#00HDJNZR7,$DJNZR6,LOOP1RET

項(xiàng)目1：接收機(jī)程序

ORG0000HLJMPMAINORG0023HRECEIVE:CLRRIMOVA,SBUFP10:CJNEA,#00H,P11CPLP1.0AJMPBACKP11:CJNEA,#01H,P12CPLP1.1AJMPBACKP12:CPLP1.2BACK:RETIORG0200HMAIN:MOVR0,#0FFHDJNZR0,$LCALLINITSYSSJMP$INITSYS:MOVSCON,#50HMOVTMOD,#20HMOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3HMOVPCON,#00H;SMOD=0SETTR1SETBEASETBESRET7-3-2多機(jī)通信接口教學(xué)目標(biāo)教學(xué)要求：掌握多機(jī)通信的原理及實(shí)現(xiàn)過程，能設(shè)計簡單的多機(jī)通信系統(tǒng)及程序。本節(jié)重點(diǎn)：多機(jī)通信原理本節(jié)難點(diǎn)：SM2、TB8、RB8在通信過程中的作用多機(jī)通信的應(yīng)用領(lǐng)域典型應(yīng)用：校園卡系統(tǒng)、智能樓宇、自動溫控蔬菜大棚、大型糧庫、工廠自動化；1＃打卡機(jī)2＃打卡機(jī)3＃打卡機(jī)……n＃打卡機(jī)1．MCS-51多機(jī)通信原理串行口控制寄存器SCON中的SM2為多機(jī)通信接口控制位。串行口工作于方式2或3。

SM2－－－－－－多機(jī)通信位；

TB8/RB8－－－－地址/數(shù)據(jù)區(qū)分位;若SM2為1，則僅當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，置位RI，請求CPU對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；如果接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為0，則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志RI，信息丟失，CPU不做任何處理。當(dāng)SM2為0時，則接收到一個數(shù)據(jù)后，不管第9位數(shù)據(jù)RB8是0還是1，都將數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF并置位中斷標(biāo)志RI，請求CPU處理。關(guān)鍵是SM2與TB8、RB8的關(guān)系！SM2、RB8與從機(jī)動作關(guān)系SM2RB8從機(jī)動作10此時不能接收數(shù)據(jù)11能收到主機(jī)發(fā)的數(shù)據(jù)（地址信息）00進(jìn)入串口中斷，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理01進(jìn)入串口中斷,對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理通信過程所有從機(jī)的SM2=1，處于只接收地址幀狀態(tài)所有同學(xué)坐著聽講主機(jī)發(fā)地址信息，以第9位TB8=1表示發(fā)送的是地址老師喊同學(xué)名字從機(jī)接收到地址幀后與本機(jī)地址比較所有同學(xué)聽到名字與自己的名字比較被尋址從機(jī)SM2=0，其作從機(jī)SM2=1不變名字相符的同學(xué)站起來主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)信息，對已被尋址的從機(jī)因SM2=0，可以接收主機(jī)發(fā)來的信息。其余從機(jī)因SM2=1不理睬主機(jī)。老師與站起的同學(xué)進(jìn)行提問回答課堂交流被尋址的從機(jī)SM2置1.主機(jī)可另發(fā)地址幀與其它從機(jī)通信時?；卮饐栴}的同學(xué)坐下多機(jī)通信動畫演示2．多機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)多機(jī)通信系統(tǒng)主、從機(jī)晶振為6MHz，波特率為2400bps，以方式3進(jìn)行多機(jī)串行通信。每次通信時主機(jī)先發(fā)送對應(yīng)的從機(jī)地址，然后發(fā)一個字節(jié)數(shù)據(jù)。RS-485從機(jī)0#主機(jī)

RS-485……RS-485從機(jī)1#RS-485從機(jī)n#圖1多機(jī)通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主機(jī)軟件設(shè)計----初始化子程序INIT：MOV TMOD，#20HMOVTH1，#0F9H；波特率為2400bpsMOVTL1，#0F9HMOVSCON，#0F0H；方式3,SM2=1，允許接收

SETB

TR1RET主機(jī)軟件設(shè)計-----通信子程序流程返回置地址信息標(biāo)志發(fā)地址置數(shù)據(jù)信息標(biāo)志發(fā)數(shù)據(jù)開始圖2主機(jī)通信子程序流程圖從機(jī)軟件設(shè)計-------初始化程序INIT:MOV TMOD，#20H