1、本章分為三節(jié)，主要介紹：80c51的6.2串口，6.1計(jì)算機(jī)串口通信基礎(chǔ)，6.3單片機(jī)串口應(yīng)用實(shí)例，6.1計(jì)算機(jī)串口通信基礎(chǔ)。隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能變得越來(lái)越重要。計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間或計(jì)算機(jī)之間的信息交換。有兩種通信方式：并行通信和串行通信。串行通信常用于多微機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中的信息交換。計(jì)算機(jī)通信是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合，完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)之間的信息交換。它可以分為兩類：并行通信和串行通信。在并行通信中，數(shù)據(jù)字節(jié)的每一位通常由多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳輸。并行通信控制簡(jiǎn)單，傳輸速度快；由于傳輸線路多，長(zhǎng)距離傳輸成本高，接收機(jī)的

2、每一位很難同時(shí)接收。串行通信將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式，并在傳輸線上一個(gè)接一個(gè)地傳輸。串行通信的特點(diǎn)：傳輸線路少，遠(yuǎn)距離傳輸成本低，有現(xiàn)成的設(shè)備如電話網(wǎng)，但數(shù)據(jù)傳輸控制比并行通信復(fù)雜。串行通信的基本概念1。異步通信和同步通信1。異步通信意味著通信的發(fā)送和接收設(shè)備使用它們自己的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為了協(xié)調(diào)雙方的發(fā)送和接收，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。異步通信以字符(幀)為單位傳輸，字符之間的間隔(時(shí)間間隔)是任意的，但每個(gè)字符中的每個(gè)位都是在固定時(shí)間傳輸?shù)模醋址钱惒降?字符之間不一定有整數(shù)倍的“位間隔”)， 但同一字符中的每一位都是同步的(每一位之間的距離為“異步通信數(shù)

3、據(jù)格式：異步通信特點(diǎn)：它不要求發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘之間有嚴(yán)格的一致性，易于實(shí)現(xiàn)且設(shè)備開銷較小，但每一個(gè)字符需要附加23位的起始位和終止位，并且?guī)g有間隙，因此傳輸效率不高。 同步通信同步通信時(shí)，有必要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，以便雙方能夠?qū)崿F(xiàn)完全同步。此時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)的比特之間的距離是“比特間隔”的整數(shù)倍，并且在發(fā)送的字符之間沒有間隙，也就是說(shuō)，保持了比特同步關(guān)系和字符同步關(guān)系。發(fā)送方和接收方之間的同步可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和控制信息必須由指定字符集(如ASCII碼)中的字符組成。圖中的幀頭是一個(gè)或兩個(gè)同步字符SYN(ASCII碼是16H)。SOH是開始字符

4、(ASCII碼是01H)，表示標(biāo)題的開始，它包含源地址、目的地址和路由指示等信息。STX是開始字符(ASCII碼是02H)，表示傳輸數(shù)據(jù)塊的開始。數(shù)據(jù)塊是傳輸?shù)闹黧w內(nèi)容，由多個(gè)字符組成。數(shù)據(jù)塊后面是組結(jié)束字符ETB(ASCII碼為17H)或文本結(jié)束字符ETX(ASCII碼為03H)。然后檢查代碼。典型的面向字符的同步程序，如IBM的二進(jìn)制同步程序BSC。面向位的同步格式：此時(shí)，數(shù)據(jù)塊被視為數(shù)據(jù)流，序列0111110被用作開始和結(jié)束標(biāo)記。為了避免當(dāng)序列01111110出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中時(shí)引起的混亂，發(fā)送方總是在它發(fā)送的數(shù)據(jù)流中每五個(gè)連續(xù)的1插入一個(gè)附加的0；每當(dāng)接收器檢測(cè)到5個(gè)連續(xù)的0后跟著一個(gè)0時(shí)

5、，它就刪除0。典型的面向位的同步協(xié)議，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制程序HDLC和國(guó)際商用機(jī)器公司的同步串行通信1的傳輸方向。單工意味著數(shù)據(jù)只能單向傳輸，不能反向傳輸。2.半雙工半雙工意味著數(shù)據(jù)傳輸可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行，但需要時(shí)間共享。3.全雙工全雙工意味著數(shù)據(jù)可以同時(shí)雙向傳輸。信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)數(shù)字信號(hào)由調(diào)制器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后發(fā)送到通信線路，然后從通信線路接收的模擬信號(hào)由解調(diào)器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器被組合成一個(gè)設(shè)備，稱為調(diào)制解調(diào)器。4.串行通信1的錯(cuò)誤檢查。奇偶校驗(yàn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位的尾位是奇偶校驗(yàn)位(1或0)。在奇數(shù)校驗(yàn)中，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與奇偶校驗(yàn)位“1

6、”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；在偶校驗(yàn)中，數(shù)據(jù)中“1”的數(shù)目和奇偶校驗(yàn)位“1”的數(shù)目之和應(yīng)該是偶的。接收字符時(shí)，檢查數(shù)字“1”。如果發(fā)現(xiàn)任何不一致，這意味著在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中存在錯(cuò)誤。循環(huán)冗余校驗(yàn)這種校驗(yàn)是通過(guò)某種數(shù)學(xué)運(yùn)算在有效信息和奇偶校驗(yàn)位之間進(jìn)行的循環(huán)校驗(yàn)，常用于磁盤信息的傳輸和存儲(chǔ)區(qū)域的完整性校驗(yàn)。這種驗(yàn)證方法具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，廣泛應(yīng)用于同步通信中。2.編碼和校驗(yàn)編碼和校驗(yàn)是指發(fā)送方將發(fā)送的數(shù)據(jù)塊相加(或?qū)γ總€(gè)字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算)，生成一個(gè)一字節(jié)的校驗(yàn)字符(校驗(yàn)和)，并將其附加到數(shù)據(jù)塊的末尾。當(dāng)接收方收到數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)塊求和(校驗(yàn)字節(jié)除外)(或者將結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較。如果一致，

7、就沒有錯(cuò)誤；否則，認(rèn)為傳輸過(guò)程中存在錯(cuò)誤。5.傳輸速率和傳輸距離1。傳輸速率比特率是每秒傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是每秒位數(shù)(bps)。例如，每秒傳輸240個(gè)字符，每個(gè)字符格式包含10位(1個(gè)起始位、1個(gè)停止位和8個(gè)數(shù)據(jù)位)。此時(shí)，比特率為：10位，240位/秒=2400 bps。波特率表示每秒鐘調(diào)制信號(hào)變化的次數(shù)，單位為波特。波特率和比特率并不總是相同的。對(duì)于所謂的基帶傳輸，其中數(shù)字信號(hào)1或0由兩個(gè)不同的電壓直接表示，比特率和波特率是相同的。因此，我們經(jīng)常用波特率來(lái)表示數(shù)據(jù)傳輸速率。2。傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系串行接口或終端直接傳輸串行信息比特流之間的最大距離與傳輸速率和傳輸線的電氣特性有關(guān)

8、。當(dāng)傳輸線采用電容為每0.3m 50PF(約1英尺)的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離隨著傳輸速率的增加而減小。當(dāng)比特率超過(guò)1000 bps時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，例如，在9600 bps時(shí)，最大距離下降到僅76m(約250英尺)。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)1。RS-232C接口RS-232C是1969年由環(huán)境影響評(píng)價(jià)修訂的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。1.RS-232C接口的機(jī)械特性要求使用25針連接器，連接器的尺寸和每個(gè)針的排列位置都有明確的規(guī)定。(陽(yáng)頭)、2、功能特性、4、過(guò)程特性過(guò)程特性定義信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確接收

9、和發(fā)送數(shù)據(jù)。長(zhǎng)距離通信連接，短距離通信連接，RS-232C電平和TTL電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路，RS-232C接口問(wèn)題1。傳輸距離短，傳輸速度快。最大傳輸速率為20Kbps。帶電平偏移的RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用同一地。當(dāng)通信距離較大時(shí)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的地電位差較大，信號(hào)地將會(huì)有較大的地電流和電壓降。，3?？垢蓴_能力差RS-232C在電平轉(zhuǎn)換中采用單端輸入和輸出，在傳輸過(guò)程中干擾和噪聲混在正常信號(hào)中。為了提高信噪比，RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)必須采用相對(duì)較大的電壓擺幅。第二，RS-422A接口，RS-422A的輸出驅(qū)動(dòng)器是雙端平衡驅(qū)動(dòng)器。如果其中一條線處于邏輯“1”狀態(tài)，另一條線處于

10、邏輯“0”狀態(tài)，這是使用單端不平衡驅(qū)動(dòng)的電壓放大系數(shù)的兩倍。差分通道可以從地面干擾中提取有效信號(hào)，差分接收器可以分辨200毫伏以上的電位差。如果在傳輸過(guò)程中干擾和噪聲混合在一起，由于差分放大器，干擾和噪聲可以相互抵消。因此，可以避免或大大減少地線干擾和電磁干擾的影響。以RS-422A (90Kbps)的傳輸速率，傳輸距離可達(dá)1200米。RS-485接口是RS-422A的變體：RS-422A用于全雙工，而RS-485用于半雙工。RS-485是多發(fā)射機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，在通信線路上最多可以使用32對(duì)差分驅(qū)動(dòng)器/接收器。如果網(wǎng)絡(luò)中連接了32臺(tái)以上的設(shè)備，也可以使用中繼器。RS-485的信號(hào)傳輸使用兩條線之間的電

11、壓來(lái)表示邏輯1和邏輯0。因?yàn)榘l(fā)送者需要兩條傳輸線，接收者也需要兩條傳輸線。傳輸線采用差分通道，具有良好的干擾抑制性能，由于其阻抗低，無(wú)接地問(wèn)題，傳輸距離可達(dá)1200米，傳輸速率可達(dá)1兆位/秒。RS-485是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信接口，一般采用雙絞線結(jié)構(gòu)。普通pc機(jī)一般沒有RS485接口，所以應(yīng)該使用RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器。TTL/RS-485的電平轉(zhuǎn)換可由芯片MAX485完成。在由計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的RS-485通信系統(tǒng)中，下位機(jī)由單片機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)為普通PC機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)控下位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，集中處理其狀態(tài)信息，并以圖形方式顯示下位機(jī)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)(包括上位

12、機(jī))的識(shí)別是通過(guò)設(shè)置不同的站址來(lái)實(shí)現(xiàn)的。有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收和發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用相同的地址99h。接收器為雙緩沖結(jié)構(gòu)。發(fā)送緩沖區(qū)，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)中央處理器是活動(dòng)的，所以不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。6.2.1 80C51串口結(jié)構(gòu)、SCON是設(shè)置串口工作模式、收發(fā)控制和設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志的特殊功能寄存器：6 . 2 . 1 80C 51串口控制寄存器、SM0和SM1是工作模式選擇位，可以選擇四種工作模式：當(dāng)接收機(jī)的SM2=1等于1時(shí)，接收到的RB8可以用來(lái)控制是否激活RI(當(dāng)RB80沒有激活RI時(shí)，接收到的信息被丟棄；在RB81，接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并且RI被激活，然后在中斷服務(wù)中從SBUF讀取數(shù)據(jù)

13、)。當(dāng)SM2=0時(shí)，無(wú)論接收到的RB8是0還是1，接收到的數(shù)據(jù)都可以進(jìn)入SBUF并激活RI(即此時(shí)RB8沒有控制RI激活的功能)。通過(guò)控制SM2可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。在模式0下，SM2必須為0。在模式1中，如果SM2=1，則僅當(dāng)接收到有效停止位時(shí)，RI才設(shè)置為1。任，允許串行接收位。通過(guò)軟件設(shè)置REN=1，然后啟動(dòng)串口接收數(shù)據(jù)；如果軟件設(shè)置REN=0，則禁止接收。TB8，在模式2或模式3中，是傳輸數(shù)據(jù)的第九位，其功能可由軟件指定。它可以在多機(jī)通信中用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在模式0和模式1下，該位未使用。在模式2或模式3中，RB8是作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的奇偶校驗(yàn)位或標(biāo)志位的接收數(shù)

14、據(jù)的第九位。在模式1中，如果SM2=0，RB8是接收的停止位。TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。在模式0下，當(dāng)?shù)?位數(shù)據(jù)的串行傳輸結(jié)束時(shí)，或者在其他模式下，當(dāng)串行傳輸停止位開始時(shí)，內(nèi)部硬件將t1設(shè)置為1，并向中央處理器發(fā)送中斷應(yīng)用。在中斷服務(wù)程序中，必須由軟件清除才能取消中斷應(yīng)用。接收中斷標(biāo)志位。在模式0下，當(dāng)?shù)?位數(shù)據(jù)的串行接收結(jié)束時(shí)，或者在其他模式下，在串行接收停止位的中間，內(nèi)部硬件將RI設(shè)置為1，并向中央處理器發(fā)送中斷應(yīng)用。它還必須由中斷服務(wù)程序中的軟件清除，以取消該中斷應(yīng)用。在PCON只有一個(gè)SMOD與串口操作有關(guān)：SMOD(PCON.7)波特率倍增位。在串行端口模式1、模式2和模式3中，波特率與

15、SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率加倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。6.2.3 80C51串口工作模式，首先，當(dāng)模式0和模式0時(shí)，串口是同步移位寄存器的輸入和輸出模式。主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出端口。數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)引腳輸出。發(fā)送和接收是8位數(shù)據(jù)，低位在前，高位在后。波特率固定在fosc/12。1.模式0輸出、2、模式0輸入、模式0接收和發(fā)送電路、2。模式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信端口。TXD是數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD是數(shù)據(jù)接收引腳，發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。有1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。1、模式1輸出、2、模式1輸入、當(dāng)軟件將REN設(shè)

16、置為1時(shí)，接收器以選定波特率的16倍對(duì)RXD引腳電平進(jìn)行采樣。當(dāng)檢測(cè)到RXD引腳輸入電平的負(fù)跳變時(shí)，起始位有效，并將其移入輸入移位寄存器，開始接收該信息幀的其余位。在接收過(guò)程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器的右側(cè)移入，當(dāng)初始移位到達(dá)輸入移位寄存器的最左側(cè)時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0且SM2=0(或接收到的停止位為1)時(shí)，接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位被加載到接收SBUF中，第9位(停止位)進(jìn)入RB8，并且RI=1被設(shè)置為從中央處理器請(qǐng)求中斷。、3。模式2和模式3是11位數(shù)據(jù)的異步通信端口。TXD是數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD是數(shù)據(jù)接收引腳。模式2和模式3在一幀中有1個(gè)起始位、9個(gè)數(shù)據(jù)位(包括1個(gè)附加的第9位、發(fā)送時(shí)在SCON的TB8和接收時(shí)的RB8)、1個(gè)停止位和11個(gè)數(shù)據(jù)。模式2的波特率固定在晶體頻率的1/64或1/32，模式3的波特率由定時(shí)器t 1的溢出率決定。、1、模式2和模式3輸出、發(fā)送開始時(shí)，首先將起始位0輸出到TXD引腳，然后將移位寄存器的輸出位(D0)發(fā)送到TXD引腳。每個(gè)移位脈沖將輸出移位寄存器的每一位向右移位一位，由TXD引腳輸出。在第一次移位中，停止位“1”被移位到輸出移位寄存器的第9位，并且在每次后續(xù)移位中，左側(cè)被移位到0。當(dāng)停止向輸出位移位時(shí)，左側(cè)的其余位都為0。當(dāng)檢測(cè)電路檢測(cè)到這種情況時(shí)，它使控制電路最后一次移位