1、第十章 MCS51 串行通信接口技术微机联网： 单片机与单片机；单片机与其他微机之间实现信息共享；典型的计算机测量与控制系统构成：一个典型集散式（DCS）控制系统的构成10.1 串行通信基础数据通信方式：并行通信与串行通信并行通信：一次传输 8（16、32Bit）8 根数据线，1 根控制线，1 根状态线，地线，共 11根；特点：速度快，适合近距离传输计算机并口，打印机，8255 串行通信： 数据一位一位地发送 ，一根发送线，一根接受线，地线，共 3 根特点：硬件方便，适合距离远，速度要求不高的场合分类：同步串行通信和异步串行通信一、 异步通信：串行通信就是将并行的数据分开后，一位一位地发送出去
2、，接收方也是一位一位地接收数据，这就需要通信的双方有一个协议，什么时候开始发送，什么时候发送完毕；接收方收到的信息是否正确等，而这些信息只能以电平的高低来表示，构成这些位的数据称为一帧。异步串行通信规定了传输数据的结构即帧格式：起始位 数据位 奇偶校验位 停止位 1 起始位：在数据发送线上规定无数据时电平为 1，当要发送数据时，首先发送一个低电平 0，表示数据传送的开始，这就是起始位。2 数据位：真正要传送的数据，可以是 8 位、10 位等多位，数据位是由地位开始，高位结束；3 奇偶校验：数据发送完后，发送奇偶校验位，以检验数据传送的正确性，这中方法是有限的，但是容易实现。4 停止位：表示数据
3、传送的结束，可以是一位或两位。帧格式：二、 同步通信同步通信先发送一个字符，作为同步字符，之后便连续发送数据，数据之间不能有间隔，直到数据发送完毕。速度要比异步通信快通用异步接受/发送器（UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER/TRANSMITTER）：UART：8250 6850三、 单工、半双工、全双工通信方式按通信进行的过程，分为：单工、半双工、全双工通信方式1 单工方式一端是发送端，另外一端是接收端：2 半双工发式每端口由一个发送器和接收器，通过开关连接在线路上，数据可以双方交换，但不能同时发送和接收.3. 全双工方式通信双方用两个独立的收发器单独连接,可以同时
4、发送和接收数据,因而提高了速度。4 波特率单位时间内传送的信息量。以每秒传送的位为单位：电传机：10 字符/秒，1 个字符 11 位， 波特率位：1011=110（波特）发送器 接收器发送器 接收器接收器 发送器发送器 接收器接收器 发送器位宽：传送过程中平均每位占用时间Td = 9.1ms(1/110)10.2 串行通信总线标准及接口在测控系统中，计算机通信主要采用异步串行通信方式，常用的异步串行通信接口标准有三种：RS-232（RS-232A RS-232B RS-232C）RS-449 （RS422 RS423 RS485）20mA 电流环一、 通信方式的选取1 通信速率和通信距离这两个
5、方面是相互制约的，降低通信速率，可以提高通信距离RS-232C：速率：20Kbit/S，最大通信距离： 15mRS422： 10Mbit/s， ：300m90Kbit/s， ：1200m2 抗干扰能力采用标准的通信接口，本身具有一定的抗干扰能力，但是工业现场的情况往往很恶劣，因而要根据具体情况进行选择。RS232C：一般场合RS422： 共模信号比较强光纤： 电磁干扰较强二、 RS232C 简介美国电子工业协会（EIA）公布的一种异步通信标准：RS232C 标准：设备之间通信的距离不大于 15 米最大传输速率 20KB/S采用负逻辑：“1” 5V 15V“0” +5V + 15V不带负载时输出
6、电平：25V +25V输出短路电流： 0.5A最大负载电容: 2500pFTTL 电平可以由专用集成电路转换成 RS232C 标准;如: MC1488 或 75188 TTL RS232CMC1489 或 75189 RS232C TTL+12V +5VTTL TTL12V 由于 MC1488 需要采用12V 电源，一般在单片机通信中大量使用的是只需要+5V 电源、具有发送和接收的一体化芯片，如：MAX232 、ICL232、ADM202 等。MC1488 MC1489 MAX232 芯片及接口内部有两路接收器和发送器具有电源变换电路 C5 VCC C3 +10V C1 10V C2 C4 T
7、1int 11 14 T1out T2int 10 7 T2out R1out 12 13 R1in R2out 9 8 R2int MAX232 原理图电源变换电路：C1，C2，C3，C4，V+，V；T1in T1outR1out R1in C1+ V+ +5V 至 +10V （倍压器） C1- C2+ V- +10V 至 10V （电压反向器） C2- T1T1R1 R2MCS51 TXDRXDGNDMCS51 RXDTXDGNDMAX232 MAX232MCS51 双机通信（利用 MAX232）三、 调制与解调RS232C 通信距离很短，RS422 通信距离不过 1200 米；更长距离需
8、采用调制与解调。10.3 MCS-51 的串行口的结构8051 有一个可编程的全双工串行通信接口，它可作 UART 用，也可作同步移位寄存器，其帧格式可有 8 位、10 位或 ll 位，并能设置各种波特率，给使用者带来很大的灵活性。一、结 构805l 通过引脚 RXD(P30，串行数据接收端)和引脚TXD(P3.l，串行数据发送端)与外界进行通信。其内部结构简化示意图如图所示。串行口内部结构示意图图中有两个物理上独立的接收、发送缓冲器 SBUF，它们占用同一地址 99H，可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不能读出，接收缓冲器只能读出、不能写入。串行发送与接收的速率与移位时钟同步。805
9、1 用定时器 T1 作为串行通信的波特率发生器，T1 溢出率经 2 分频(或不分频)又经 16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即是波特率。从图中可看出，接收器是双缓冲结构，在前个字节被从接收缓冲器 SBUF 读出之前，第二个字节即开始被接收(串行输入至移位寄存器)，但是，在第二个字节接收完毕而前个字节 CPU 未读取时会丢失前一个字节。串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器 SBUF 的名义进行读或写的，当向 SBUF 发“写”命令时(执行 MOV SBUF，A 指令)，即是向发送缓冲器 SBUF 装载并开始由 TXD 引脚向外发送一帧数据，发送完便使发送中断标志位 TI1。在
10、满足串行口接收中断标志位 RISCON00 的条件下，置允许接收位 REN(SCON4)1 就会启动接收一帧数据进入输入移位寄存器，并装载到接收 SBUF 中，同时使 RIl。当发读 SBUF 命令时(执行 MOV A，SBUF 指令)，即是由接收缓冲器(SBUF)取出信息通过 8051 内部总线送 CPU。对于发送缓冲器，因为发送时 CPU 是主动的,不会发生重迭错误，所以不需要用双缓冲结构来保持最大传送速率。二、串行口控制字及控制寄存器8051 串行口是一个可编程接口，对它的编程只用两个控制字分别写入特殊功能寄存器：串行口控制寄存器 SCON(98H)和电源控制寄存器 PCON(97H)个即可。1SCON(98H)8051 串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口的状态标志等均由特殊功能寄存器 SCON 控制和指示。其控制字格式如图所示:SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D098H SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI(1) SM0 和 SMl串行口工作方式选择位。两个选择位对应 4 种通信方式(见表 2)，其个 fosc 是振荡频率。表 2 串行口的工作方式
