项目四 单片机串行接口技术应用

单片机原理及应用文桦项目四单片机串行接口技术应用任务导入

计算机与外界的信息交换称为“通信”。通信的基本方式有两种：并行方式和串行方式。并行通信（即并行数据传送）是指计算机与外界进行通信（数据传输）时，一个数据的各位同时通过并行输入/输出口进行传送，如图9-1所示。并行通信的优点是数据传送速度快，缺点是一个并行的数据有多少位，就需要多少根传输线，在数据的位数较多、传输距离较远时不太方便。本任务是利用串行方式实现单片机与单片机之间的数据传输。图9-1并行通信方式任务一

单片机双机通信任务分析

用单片机来组成两个最小应用系统，利用P3.0（RXD）、和P3.1（TXD）分别控制数据的发送和接收。

任务一

单片机双机通信111111相关知识：串行通信基本知识1、串行通信简介串行通信是指一个数据的所有位按一定的顺序和方式，一位一位地通过串行输入/输出口进行传送，如图9-2所示。由于串行通信是按数据的逐位顺序传送，在进行串行通信时，只需一根传输线。在传送的数据位数多且通信距离很长时，这种传输方式的优点就显得很突出了。图9-2串行通信方式任务一

单片机双机通信（1）异步通信和同步通信串行通信是将构成数据或字符的每个二进制码位，按照一定的顺序逐位进行传送，其传送有两种基本的通信方式：

1）同步通信方式同步通信的基本特征是发送与接收保持严格的同步。由于串行传送是逐位顺序进行的，为了约定数据是由哪一位开始传送，需要设定同步字符。这种方式速度快，但是硬件复杂。2）异步通信方式异步通信方式规定了传送格式，每个数据均以相同的帧格式传送。任务一

单片机双机通信异步通信中一帧数据的格式如图9-3所示，每帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，帧与帧之间用高电平分隔开。图9-3异步通信中一帧数据的格式任务一

单片机双机通信异步通信的字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分组成。

①起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。

②数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前，高位在后。

③奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。

④停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。任务一

单片机双机通信在异步通信中，接收与发送之间必须有两项规定：a)帧格式的设定。即帧的字符长度、起始位、数据位、停止位，以及奇偶校验形式等的设定。例如，以ASCII码传送，7位数据位，1位起始位，1位停止位，奇校验方式。这样，一帧的字符总数是10位，而一帧的有用信息是7位。b)波特率的设定。波特率反映了数据通信位流的速度，波特率越高，数据信息传送越快。常用的波特率有300、600、1200、2400、4800、9600、19200和38400等。任务一

单片机双机通信（2）．允许的波特率误差假设传递的数据一帧为10位，若发送和接收的波特率达到理想的一致，那么接收方对数据的采样都将发生在每位数据有效时刻的中点。如果接收一方的波特率比发送一方大或小5%，那么对10位一帧的串行数据，时钟脉冲相对数据有效时刻逐位偏移，当接收到第10位时，积累的误差达50%，则采样的数据已是第10位数据的有效与无效的临界状态，这时就可能发生错位，所以5%是10位一帧串行传送的最大的波特率允许误差。

（1）．波特率：通信线路上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间，每一位的宽度都由数据传送速率确定，而传送速率是以每秒传送多少个二进制位来度量的，这个速率叫波特率，它的单位是位/秒（b/s或bps）。波特率对于CPU与外部的通信是很重要的。任务一

单片机双机通信（3）串行通信中数据的传送方向

串行通信制式：单工(a)、半双工(b)和全双工(c)(simplexhalfduplexfullduplex)发送器A站接收器B站单工通信(a)发收A站发收B站发收A站发收B站(b)(c)任务一

单片机双机通信（4）串行通信中的奇偶校验

串行通信的关键不仅是能够传送数据，更重要的是要能正确地传送；但是串行通信的距离一般较长，线路容易受到干扰，要保证完全不出错不太现实，尤其是一些干扰严重的场合。在单片机通信中，最为简单又应用广泛的就是奇偶校验的方法。任务一

单片机双机通信122、单片机的串行接口

89S52单片机内部集成有一个功能很强的全双工串行通信口。发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入，因而两个缓冲器可以共用一个地址99H。两个缓冲器统称为串行通信特殊功能寄存器SBUF。

任务一

单片机双机通信(a)利用TI标志控制数据发送(b)利用RI标志控制数据接收

采用查询方式进行数据发送或接收流程图任务一

单片机双机通信(1)控制寄存器SCON（98H）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI工作方式选择多机通信控制位允许串行接收位接收数据的第9位发送数据的第9位接收中断标志发送中断标志9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

设定工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志

JBCRI，rel

89S52的串行口设有两个控制寄存器：串行控制寄存器SCON和波特率选择特殊功能寄存器PCON。

任务一

单片机双机通信SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可变10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可变例：设串行口工作在方式1，允许接收，则指令为：

MOVSCON,#01010000B（50H）表9-2串行口工作方式控制任务一

单片机双机通信串行通信只用该位，为SMOD=1时，波特率×2；SMOD=0时，波特率不变。(2)电源及波特率选择寄存器PCONSMOD×××GF1GF0PDIDL87H波特率选择位任务一

单片机双机通信串行口四种工作方式应用比较方式的选择由SM1、SM0实现。工作方式功能说明波特率方式08位同步移位寄存器常用于扩展I/O口fosc/12方式110位UART8位数据、起始位、结束位可变（取决于定时器1溢出率）方式211位UART8位数据、起始位0、结束位1和奇偶校验位fosc/64或fosc/32方式311位UART数据、起始、校验、结束位可变（取决于定时器1溢出率）3、串行口工作方式任务一

单片机双机通信

在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为fosc/12。串行数据从RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。这种方式常用于扩展I/O口。（a）方式0扩展输出接口注意：当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口开始把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，每当发送完8位数据后，硬件会自动置TI1，CPU响应TI中断后，必须由用户用软件清0。任务一

单片机双机通信注意：当向SCON寄存器写入控制字（设置为方式0，并使REN位置1，同时RI

=

0）时，产生一个正脉冲，串行口开始接收数据。每当接收完8位数据后，硬件会自动置RI为1，CPU响应RI中断后，必须由用户用软件清0。（b）方式0扩展输入接口图9-5串行口工作方式0扩展输入／输出接口任务一

单片机双机通信任务要求、设置AT89C51的串口工作在方式0，串行口输出数据，控制8位发光二极管进行流水灯显示。任务一

单片机双机通信#include<reg51.h>unsignedcharcodeTab[2][4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

sbitP20=P2^0;vioddelay(viod){unsignedcharm,n; for(m=0;m<200;m++) for(n=0;n<200;n++);}viodsendchar(unsignedchardat){unsignedchari=10;P20=0;while(i--);P20=1;SBUF=dat;while(!TI);TI=0;}Voidmain(Void){unsignedcharj;SCON=0x00;while(1){for(j=0;j<8;j++){sendchar(Tab[j]);//发送数据送164口显示delay();//调用延时函数 } }任务一

单片机双机通信任务要求：设置AT89C51的串口工作在方式0，接收从74LS165输出的数据，并将数据送P0口的发光二极管显示。(注意165的15脚接地，表示时钟允许。）任务一

单片机双机通信#include<reg51.h>sbitP10=P1^0;Voidmain(Void){EA=1;ES=1;while(1){P10=0;P10=1;

SCON=0x10;REN=1;while(!RI);}}Viodrecive()interrupt4{REN=0;P1=SBUF;RI=0; }任务一

单片机双机通信

方式1为双机串行通信方式，如图7-9所示。当SM0、SM1=01时，串行口设为方式1的双机串行通信。TXD脚和RXD脚分别用于发送和接收数据。任务一

单片机双机通信

串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART。每发送或接收的一帧信息中，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1。

方式1输出-发送数据任务一

单片机双机通信

方式1输入-接收数据当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将收到的9位数据的前8位装入SBUF，第9位（停止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。

接收时，定时控制信号有两种，一种是接收移位时钟（RX时钟），它的频率和传送的波特率相同，另一种是位检测器采样脉冲，频率是RX时钟的16倍。以波特率的16倍速率采样RXD脚状态。接收的值是3次连续采样（第7、8、9个脉冲时采样）取两次相同的值，以确认起始位（负跳变）的开始，较好地消除干扰引起的影响。任务一

单片机双机通信11位的帧格式11位数据的异步通信。起始位1位，数据9位，停止位1位方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定方式2和方式3任务一

单片机双机通信AT89S51串行口的波特率1.方式0和方式2的波特率是固定的

在方式2中，波特率取决于PCON中的SMOD值：当SMOD=0时，波特率为fosc/64；当SMOD=1时，波特率为fosc/32.即波特率=

。oscSMODf642

在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变任务一

单片机双机通信2.方式1和方式3的波特率可变，由定时器1的溢出率决定波特率/(b/s)fosc/MHzSMOD定时器1C/模式初始值方式0：1M方式2：375k方式1、3：62.5k19200960048002400

120013750011011012121211.05911.05911.05911.05911.05911.986612×1110000000××000000000××222222221××FFHFDHFDHFAHF4HE8H1DH72HFEEBHT波特率=任务一

单片机双机通信任务导入利用串行口可实现单片机间的点对点串行通信、多机通信以及单片机与PC机间的单机或多机通信。任务一

单片机双机通信AT89S51串行口的输入、输出均为TTL电平。抗干扰性差，传输距离短，传输速率低。为提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距离和提高传输速率，都采用标准串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等。4、计算机串行接口（1）RS-232接口RS-232接口（ANSI/EIA232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS232串口通信最远距离不大于15m，传输速率最大为20Kb/s。（2）RS-422接口RS-422（EIA422-A标准）是Apple的Macintosh计算机的串口连接标准。RS-422使用差分信号，RS232使用非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号，对比RS-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。（3）RS-485接口

RS485（EIA485标准）是RS422的改进，因为它增加了设备的个数，从10个增加到32个，同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。有了多个设备的能力，你可以使用一个单个RS422口建立设备网络。出色抗噪和多设备能力，在工业应用中建立连向PC机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、HMI或者其他操作时，串行连接会选择RS-485。任务一

单片机双机通信RS-232电平或者说串口电平，有的甚至说计算机电平，所有的这些说法，指得都是计算机9针串口（RS232）得电平，采用负逻辑，－15v~－3v代表1＋3v~＋15v代表0TTL：Transistor-TransistorLogic三极管结构。

Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。任务一

单片机双机通信

美国电子工业协会(EIA)公布的一种异步通信标准.RS232C标准是:●设备之间通信的距离不大于15米●最大传输速率20kbps●在TxD和RxD上,采用负逻辑:TTL

“1”(MARK)——-5V～-15V ≥2.4V

“0”(SPACE)——+5V～+15V ≤0.4V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:

信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3V～+15V

信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V～-15V●不带负载时输出电平:-25V～+25V●输出短路电流:<0.5A●最大负载电容:2500pF33任务一

单片机双机通信3.接口电路:这种电平与逻辑的转换是用专门的集成电路芯片来完成的.6、MAX232芯片

MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。

图9-7MAX232引脚图内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚、12脚、11脚、14脚为第一数据通道。8脚、9脚、10脚、7脚为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。

任务一

单片机双机通信35方式1主要用于点对点（两机）通信接线关系:主机TXD、RXD分别与外设RXD、TXD相接；两机共地任务一

单片机双机通信(b)远距离传输PC机和单个单片机的通信(常用)VCCRSTXTAL1XTAL2TxD/P3.1(11)RxD/P3.0(10)89C51C1C2T1IN(11)R1OUT(12)R1IN(13)T1OUT(14)V-(6)V+(2)Vcc(16)C3C4C5GNDGND(15)C1=C2=C3=C4=C5=1μFMAX23215PC机COM1或COM212RxD3TxD46789+5V+5VC1+(1)C1-(3)C2+(4)C2-(5)3738

通信线路要采用平衡双绞线。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kbit/s速率以下，才可能使用规定的最长电缆。只有在很短的距离下才能获得最大传输速率。一般100m长双绞线最大传输速率仅为1Mbit/s。图9-19，RS-485以双向、半双工的方式来实现双机通信。在AT89S51单片机系统发送或接收数据前，应先将SN75176的发送门或接收门打开，当P1.0=1时，发送门打开，接收门关闭；当P1.0=0时，接收门打开，发送门关闭。任务一

单片机双机通信9.5.2串行通信设计需要考虑的问题单片机的串行通信接口设计时，需考虑如下问题。（1）首先确定通信双方的数据传输速率。（2）由数据传输速率确定采用的串行通信接口标准。（3）在通信接口标准允许的范围内确定通信的波特率。为减小波特率的误差，通常选用11.0592MHz的晶振频率。（4）根据任务需要，确定收发双方使用的通信协议。（5）通信线的选择，这是要考虑的一个很重要的因素。通信线一般选用双绞线较好，并根据传输的距离选择纤芯的直径。如果空间的干扰较多，还要选择带有屏蔽层的双绞线。（6）通信协议确定后，进行通信软件编程，请见下面介绍。40任务一

单片机双机通信设计任务：采用双机串行通信，其中甲机发送数据,乙机接收数据,两机fosc约为12MHz,波特率为2.4k,串口方式1。甲机循环发送数字0～F，乙机接收后返回接收值。若发送值与返回值相等，继续发送下一数字，否则重复发送当前数字。采用查询法检查收发是否完成。发送值和接收值分别显示在双方LED数码管上;任务一

单片机双机通信数码管（7SEG-BCD）

——带译码电路可直接输入数据0～F，所以，在仿真时是很方便的，不用再加译码器。也没有共阳共阴之分，可以显示16个字符，即1-9，A-F，见下图。但是要显示的数字位数多了就不方便了，不能实现动态扫描显示。）这种数码管只有在proteus里才有的，其实是一个仿真元件，没有实物的。可以看成它内部集成了码译码器，任务一

单片机双机通信硬件原理图如图软件设计流程图如图任务一

单片机双机通信实例参考程序任务一

单片机双机通信实例参考程序任务一单片机双机通信实例运行效果任务一

单片机双机通信任务导入多个单片机可利用串行口进行多机通信，经常采用如图7-16所示的主从式结构。系统中有1个主机（单片机或其他有串行接口的微机）和多个单片机组成的从机系统。主机的RXD与所有从机的TXD端相连，TXD与所有从机的RXD端相连。从机地址分别为01H、02H和03H。任务二

多机通信设计任务分析主从式是指多机系统中，只有一个主机，其余全是从机。主机发送的信息可以被所有从机接收，任何一个从机发送的信息，只能由主机接收。从机和从机之间不能进行直接通信，只能经主机才能实现。任务二

多机通信设计多机通信的工作原理： 要保证主机与所选择的从机通信，须保证串口有识别功能。SCON中的SM2位就是为满足这一条件设置的多机通信控制位。其工作原理是在串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2

=

1，则表示进行多机通信，可能有以下两种情况：任务二

多机通信设计多机通信原理：(a)所有从机都先使自己的SM2=1，而主机在发送的地址帧信息时先使TB8=1。这样，所有从机都能产生接收中断请求，并收到主机发来的地址信息；(b)各从机将主机发来的地址与本机地址编号相比较。若与本机相符（即命中），则该从机使自己的SM2=0，其余从机仍旧保持SM2=1；(c)主机接着发送TB8=0的数据帧信息。此时只有命中机（SM2=0）有中断请求，其它从机均无响应。SM2=1时，若RB8=1，SBUF满→置位RISM2=1时，若RB8=0，SBUF满→不置位RISM2=0时，任意RB8值，SBUF满→置位RI——所有丛机——非命中丛机——命中丛机任务二

多机通信设计实例、

K1、K2为1#、2#丛机的激发键，每按1次主机向相应从机顺序发送1位0～F间的字符（可用虚拟终端TERMINAL观察）。命中从机收到地址帧后使相应LED状态反转1次，收到数据帧后显示在共阳型数码管上。晶振为11.0592MHz。要求采用串口通信方式3，波特率9600bps，发送编程采用查询法，接收编程采用中断法。任务二

多机通信设计TERMINAL——用于观察串行通信数据的虚拟仪器，使用时只需将其TXD和RXD端分别与单片机RXD和TXD相连。通过属性窗口进行参数设置。

任务二

多机通信设计主机程序设计：任务二

多机通信设计子机程序设计任务二

多机通信设计实例参考程序任务二

多机通信设计任务二

多机通信设计任务二

多机通信设计实例运行效果任务二

多机通信设计①串行口通信控制的主要寄存器是SCO