单片机原理与接口技术：第7章 MCS-51系列单片机的串行接口

第7章MCS-51系列单片机的串行接口概述

单片机应用于数据采集或工业控制时，往往作为前端机安装在工业现场，远离主机，现场数据采用串行通信方式发往主机进行处理，以降低通信成本，提高通信可靠性。7.1串行通信的基本知识1．通信的概念

单片机与外界进行信息交换统称为通信。通信的基本方式有两种：并行通信和串行通信。

并行通信：数据的各位同时发送或接收。其特点是传送速度快，效率高，但成本高，适用于短距离传送数据。计算机内部的数据传送一般均采用并行方式。串行通信：数据一位一位顺序发送或接收。其特点是传送速度慢，但成本低，适用于较长距离传送数据。计算机与外界的数据传送一般均采用串行方式。在单片机中，用微型计算机编写和汇编单片机的源程序，经汇编后再把目标程序传送给单片机，这种传送是采用串行通信方式进行的。2．数据通信的制式常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工。1）.单工方式:一端固定为发送端，另外一端固定为接收端。数据传送是单向的，因此，只需要一条数据线。这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。

2).半双工方式

数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。数据传送是双向的，但任一时刻数据只能是一端发送另一端接收。3).全双工方式

允许双方同时进行数据双向传送，两端都可以同时发送和接收数据。3.串行通信的分类串行通信的分类：同步串行通信和异步串行通信1).异步通信(AsynchronousCommunication)

在异步通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟。不发送数据时，数据信号线总是呈现高电平，称其为空闲态。异步通信方式规定每组数据均以相同的帧格式传输。

异步通信用一帧来表示一个字符，其字符帧的数据格式为：在一帧格式中，先是一个起始位“0”(低电平)，然后是5～8个数据位，规定低位在前，高位在后，接下来是1位奇偶校验位(可以省略)，最后是1～2位的停止位“1”(高电平)。在异步通信中，收发双方有两项设定必须保持一致：帧格式的设定必须一致。即一帧数据中的数据长度、校验方式及停止位个数的设定都必须一致；波特率的设定必须一致。波特率：表示信息的传输速率，即每秒传送的二进制位数，其单位是波特，1波特=1位/秒(b/s)优点：不需要传送同步脉冲，可靠性高，硬件结构简单缺点：传输速度慢在单片机中，主要使用异步通信方式2).同步通信(SynchronousCommunication)在同步通信中，发送方在数据或字符开始处就用同步字符(常约定1～2个字节)指示一帧的开始，由时钟来实现发送端和接收端同步，接收方一旦检测到与规定的同步字符符合，下面就连续按顺序传送若干个数据，最后发校验字节。同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。其信息帧的格式为：优点：传输信息量大、传输速度高的场合缺点：硬件设备较为复杂，成本较高4.串行接口的基本任务通信协议就是通信双方必须共同遵守的一种约定，约定包括数据的格式、同步的方式、传送的步骤、检纠错方式及控制字符的定义等。串行接口的基本任务：1）.实现数据格式化

因为CPU发出的数据是并行数据，接口电路应实现不同串行通信方式下的数据格式化任务，如自动生成起止方式的帧数据格式(异步方式)或在待传送的数据块前加上同步字符（同步方式）等。

2）.进行串、并转换

在发送端，接口将CPU送来的并行信号转换成串行数据进行传送；而在接收端，接口要将接收到串行数据变成并行数据送往CPU，由CPU进行处理。3）.控制数据的传输速率

接口应具备对数据传输率—波特率的控制选择能力，即具有波特率发生器。4）.进行传送错误检测

在发送时，对传送的数据自动生成校验位或校验码，在接收端能检查校验位或校验码，以确定传送中是否有误码。51系列单片机内有一个全双工的异步通信接口，通过对串行接口写控制字可以选择其数据格式，同时内部有波特率发生器，提供可选的波特率，可完成双机通信或多机通信。7.2串行通信总线标准及接口1.串行通信总线标准计算机之间进行数据通信，最简单、最常用的是异步串行通信方式。测控系统中，计算机通信主要采用异步串行通信方式，常用的异步总线标准有三种：●RS-232（RS-232ARS-232BRS-232C）●RS-449（RS422RS423RS485）●20mA电流环RS-232C：速率：20Kbit/S，最大通信距离：15m

用于一般场合RS422：10Mbit/s:300m90Kbit/s：1200m

能有效地抑制共模信号干扰2.RS－232C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20KB/S●采用负逻辑：“1”——―5V∽―15V“0”——+5V∽+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:2500pF当计算机采用RS232标准时必须通过电平转换，MAX232是RS-232C和TTL电平转换芯片。内部具有电压提升电路，并有两路接收器和发送器。7.3串行口通信控制MCS-51单片机由两个特殊功能寄存器SCON和PCON控制串行口的工作方式和波特率。波特率发生器可由定时器T1或T2(8052)构成。1.串行通信控制寄存器SCON①SM0，SM1：串行口工作方式控制位②TI：发送中断标志位，用于指示一帧信息发送是否完成，可寻址标志位。③RI：接收中断标志位，用于指示一帧信息是否接收完，可寻址标志位。④TB8：发送数据位8。⑤RB8：接收数据位8。⑥REN：允许接收控制位，用于控制数据接收的允许和禁止。⑦ SM2：多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。2．中断允许寄存器IE

其中，对串行口有影响的位是ES。ES为串行中断允许控制位，ES = 1，允许串行中断；ES = 0，禁止串行中