串行通信及中的串行端口

串行通信及中的串行端口第1页，课件共110页，创作于2023年2月

80C51的通用同步/异步收/发器USART模块

9.2串行通信9.1第2页，课件共110页，创作于2023年2月9.1串行通信

9.1.1概述

1．串行通信的优点在并行通信中，数据有多少位就需要有多少条传送线，而串行通信只需要一条传送线。故串行通信节省传送线，特别是长距离传送时，这个优点就更为突出。但是串行传送的速度慢，若并行传送所需的时间为T，则串行传送的时间至少为NT（其中N为位数）。第3页，课件共110页，创作于2023年2月

2．同步通信与异步通信

在串行通信中，有两种最基本的通信方式。第4页，课件共110页，创作于2023年2月

（1）非同步（异步）通信ASYNC（asynchronousdatacommunication）它用起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束。如图9-1所示。第5页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-1异步通信的格式第6页，课件共110页，创作于2023年2月

②数据信号传送速率数据信号传送速率的规定，对于CPU与外界的通信是很重要的。第7页，课件共110页，创作于2023年2月

假如数据传送的速率是120字符/秒，而每一字符包含10个数据位，则每秒传送的二进制位数为

10×120=1200位/秒=1200bit/s

则每一位的传送时间即为

Td=1/1200=0.833ms第8页，课件共110页，创作于2023年2月

③波特率（Baudrate）第9页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-2信号传输率与波特率的关系第10页，课件共110页，创作于2023年2月

（2）同步传送在异步传送中，每一个字符都要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，至少占用了1/5的时间，所以，在数据块传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，在数据块开始处用同步字符来指示。如图9-3所示。第11页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-3同步字符第12页，课件共110页，创作于2023年2月

3．数据传送方向通常串行通信，数据在两个站之间是双向传送的，A站可作为发送端，B站作为接收端，也可以将A站作为接收端，B站作为发送端，根据要求又可以分为半双工和完全双工两种。第13页，课件共110页，创作于2023年2月

（1）半双工（halfduplex）半双工传送如图9-4所示。第14页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-4半双工示意图第15页，课件共110页，创作于2023年2月

（2）完全双工（fullduplex）完全双工传送方式如图9-5所示，即两个站同时都能发送。第16页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-5完全双工示意图第17页，课件共110页，创作于2023年2月

4．信号的调制和解调第18页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-6通信信号示意图第19页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-7电话线的频带图第20页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-8数字信号通过电话线传送产生的畸变第21页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-9调制与解调示意图第22页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-10FSK调制法原理图第23页，课件共110页，创作于2023年2月

5．串行I/O的实现

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6．串行通信的校验方法（1）软件奇偶校验第25页，课件共110页，创作于2023年2月

第26页，课件共110页，创作于2023年2月

9.1.2串行接口标准EIARS-232C接口第27页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-11RS-232C的引脚图第28页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-12接收器和发送器的具体电路第29页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-13计算机与远方终端和当地终端连接示意图第30页，课件共110页，创作于2023年2月

9.1.3串行通信组网方式第31页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-14常见的4种网络结构图第32页，课件共110页，创作于2023年2月

1．双机通信方式2．多机通信方式3．多主机通信方式第33页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-15一点对多点多机通信方式第34页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-16多主机通信方式第35页，课件共110页，创作于2023年2月9.280C51中的通用同步/异步收/

发器USART模块

第36页，课件共110页，创作于2023年2月

表9-1 标准80C51的USARI串口支持的通信类型第37页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.2USART模块相关的寄存器第38页，课件共110页，创作于2023年2月

第39页，课件共110页，创作于2023年2月

第40页，课件共110页，创作于2023年2月

续表第41页，课件共110页，创作于2023年2月

位1位2位3位4位5位6位7位8SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI1．串口控制寄存器SCON第42页，课件共110页，创作于2023年2月

SM0SM1工作方式功能说明波特率0008位数据，同步固定，fosc/120118位数据，异步（10位帧）可变，由TI提供1139位数据，异步（11位帧）102半固定，fosc/64或fosc/32表9-3 串行口的工作方式第43页，课件共110页，创作于2023年2月

2．电源控制寄存器PCON位1位2位3位4位5位6位7位8SMOD———GF1GF0PDIDL第44页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.3USART模块的电路结构第45页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-17串口结构方框示意图第46页，课件共110页，创作于2023年2月

（1）接收部分包含接收控制器、接收缓冲器、接收移位寄存器和接收引脚等电路。第47页，课件共110页，创作于2023年2月

（2）发送部分包含发送控制器、发送缓冲器、发送控制门和发送引脚等电路。第48页，课件共110页，创作于2023年2月

（3）公用部分包含串口控制寄存器、波特率发生器、同步/异步切换开关MUX和中断相关电路等。第49页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.4USART模块的工作原理

1．方式l—异步/双工/10位帧结构—双机通信第50页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-18串行异步收/发器简化示意图第51页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-19方式1下USART的帧格式和时序图第52页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-20方式1发送时的时序第53页，课件共110页，创作于2023年2月

（2）接收过程图9-21方式1接收时序图第54页，课件共110页，创作于2023年2月

2．方式2和方式3—异步/双工/11位帧结构—多机通信图9-22方式2和方式3下USART的帧格式和时序图第55页，课件共110页，创作于2023年2月

（1）发送过程图9-23方式2、方式3发送时序第56页，课件共110页，创作于2023年2月

（2）接收过程第57页，课件共110页，创作于2023年2月

3．方式0—同步/主控/半双工/8位数据—移位寄存器工作于方式0之下的串行口被当作一个USRT接口，这时存在以下几点局限性：①只能工作于半双工或单工方式；②只能工作于主控方式；③不能被用于80C51单片机之间的相互通信。第58页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-24串行同步主控发送器/接收器示意图第59页，课件共110页，创作于2023年2月

（1）发送过程图9-25串行同步主控发送时序图第60页，课件共110页，创作于2023年2月

（2）接收过程图9-26串行同步主控接收时序图第61页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.5多机通信的实现原理

1．多机通信的接线方式第62页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-27单工的多机通信连接示意图第63页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-28半双工的多机通信连接示意图第64页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-29全双工的多机通信连接示意图第65页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-30利用RS-232的多机通信连接示意图第66页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-31利用调制解调器的多机通信连接示意图第67页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-32一主多从式多机通信连接示意图第68页，课件共110页，创作于2023年2月

2．多机通信的实现方法图9-33多机通信状态转移图第69页，课件共110页，创作于2023年2月

3．多机通信的操作步骤一次主从式多机通信过程的具体操作步骤如下。①初始化。②启用地址筛选功能。③寻址。④接收地址帧。第70页，课件共110页，创作于2023年2月

⑤对号。⑥应答。⑦正式开始通信。⑧结束。第71页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.6UART接口的扩充方法和设计技巧

1．选择具有多个UART模块的单片机

2．采用软件虚拟技术第72页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.7波特率与波特率发生器

1．波特率发生器的电路结构第73页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-34波特率发生器结构示意图第74页，课件共110页，创作于2023年2月

2．波特率的设计方法对于固定和半固定波特率几乎不需要设计，下面介绍的设计方法是针对由T1产生的可变波特率而言的。第75页，课件共110页，创作于2023年2月

C/波特率/（b/s）fosc/MHzSM1SM0SMOD定时器T1方式初值方式01×1061200XXXX92160011.0592XXXX方式237500012101XXX187500120XXX34560011.05921XXX17280011.05920XXX表9-4 常用波特率及其设置方法第76页，课件共110页，创作于2023年2月

波特率/（b/s）fosc/MHzSM1SM0SMOD定时器T1方式初值方式1或方式3625001201或11102FFH3152012002FFH1920011.0592102FDH960011.0592002FDH480011.0592002FAH240011.0592002F4H120011.0592002E8H13750011.9860021DH110600272H11012001FEEBH第77页，课件共110页，创作于2023年2月

9.2.880C51USART的应用举例

1．两个8051做单工发送数据（1）功能说明（2）硬件：如图9-35所示。第78页，课件共110页，创作于2023年2月

图9-35数据传送连接图第79页，课件共110页，创作于2023年2月

（3）程序：8051-T第80页，课件共110页，创作于2023年2月

第81页，课件共110页，创作于2023年2月

（4）程序：8051-R接收第82页，课件共110页，创作于2023年2月

第83页，课件共110页，创作于2023年2月

2．一个8051（主）与两个8051（副）做串行多工发送数据（1）功能说明第84页，课件共110页，创作于2023年2月

①主CPU为8051-A：P1接输入开关，P2接另一输入开关，P0接8个LED。副805l-B：P10～P13接输入开关，P2接8个LED。副805l-C：P10～P13接输入开关，P2接8个LED。第85页，课件共110页，创作于2023年2月

②当主CPU8051-A，P1的输入开关切换时，此数据会发送给副CPU8051-B，并控制其P2口8个LED的亮灭。同理，当主CPU8051-A，P2的输入开关切换时，则此数据会发送给副CPU8051-C，并控制其P2口8个LED的亮灭。第86页，课件共110页，创作于2023年2月

③当副CPU8051-B，P1的输入开关切换时，此数据会发送给主CPU8051-A并控制其P0口低4位的4个LED的亮灭。同理，当副CPU8051-C，P1的输入开关切换时，则此数据会发送给主CPU8051-A，并控制其P0口