单片机(教材)第7章东北大学石亚和老师版.docVIP

PAGE  PAGE 18 第七章 89C51单片机的串行口 7.1 串行通讯基本知识 在计算机技术中，数据传输方式有两大类：并行传输和串行传输。一般来说，在计算机内部，CPU和并行存储器与并行I/O接口之间采用并行数据传输方式。通常CPU的位数与并行数据宽度对应，比如89C51的CPU是8位的，其数据总线宽度为8，即有8条数据线。在数据传送时，8位二进制数据同时进行输入或输出。这种方式逻辑清晰，接口方便，工作速度快、效率高。但是，如果计算机和其他计算机或终端设备距离很远时，并行方式不仅不经济，而且还存在长线电容耦合和线反射等技术问题，这时就可以采用串行传输方式。另外，有时为了节省线缆数量，即使在计算机内部，CPU和某些外设之间也可以采用非并行的传输方式，如I2C、SPI、USB等标准传输方式，但它们与这里所述的串行通讯有明显不同。要而言之，串行通讯是以微处理器为核心的系统之间的数据交换方式，而I2C、SPI、USB等标准接口是微处理器系统与非微处理器型外部设备之间的数据交换方式。前者可以是对等通讯，而后者只能采用主从方式。 计算机运行过程中，CPU、存储器和I/O接口之间要进行大量的数据传送，在计算机系统之间也可能需要远距离传输数据。数据的传送有两种基本的方式，并行和串行。并行传输是多数据位同时进行，如CPU和并行存储器之间、CPU和并行I/O接口之间都采用并行传送。并行传送方法速度快，但距离近。反之，串行传送方法速度慢，但距离可以比较远。并行传送好比8人站成一列横队，肩并肩向前走；而串行传送如同8人一路纵队，一个跟在一个后面依次前行。如果设置一个观察点，则并行传送时，8人一起同时通过观察点；而串行传送时，这8个人要顺次通过观察点，每次通过一个人，要分8次才能全部通过。图7.1表示了这两种传送方法。 图7.1 两种数据传送方法的比较 两者之间的性质比较如下： 比较内容并行传送串行传送时间一次完毕多次操作速度快慢距离短长应用场合系统内部系统之间线缆数量多（8-16）少（2-4）89C51单片机上有一个全双工的串行口UART（Universal Asynchronous receiver/Transmitter），即通用异步收发器，全双工是指可以同时发送和接收。UART是一个专门的硬件环节，它能把一个字节的数据逐位分离出来，并从一根口线上发送出去，也能把接收到的串行数据整理成一个完整字节保存起来并通报给CPU读取。89C51单片机中，有3个专用寄存器是专门用来处理串行通讯的，它们是： SCON：串行通讯方式控制寄存器 SBUF：串行收发缓冲器 PCON：电源控制器，其中的最高位是波特率加倍位。 波特率是用来表征通讯速率快慢的技术参数，它的量纲是bps（bit per second），即每秒钟传送的二进制位数。89C51单片机的串行通讯可以使用固定波特率，也可以用定时器/计数器T1来做波特率发生器，可以用软件编程的方法来指定所使用的波特率，以适应不同距离和应用场合对传送速率的需求。 单片机的串行口发送和接收的都是TTL电平信号，为了适应远距离传输的要求，需要在外围设计接口驱动电路。由于接口器件的不同特性，形成不同的接口标准。比较常用的有RS-232C标准、RS-485标准等。具体电路标准和编程方法见第九章。 串行通讯只用一条数据线传送数据的位信号，它在本质上是把并行数据拆散，各二进制数位分时地出现在同一介质（导线）上，达到数据传输的目的。串行通讯所需的信号线很少，例如RS-232C标准为3线制，RS-485标准为2线制。采用串行通讯的方式不仅大大节省了导线，还能解决远距离情况下并行传输不可靠的技术问题。勿庸讳言，串行通讯的传输速度比不上并行传输，但是在计算机联网应用中必须使用这种技术。各种计算机都支持串行通讯，单片机上也配备有专门的串行通讯接口，称为通用异步收发器UART。 首先比较一下并行传输和串行传输的差异。图7.2给出了单片机分别以并行和串行方式与外设交换数据的连接方式。其中串行方式给出了最简单的TTL电平直接连接的情况，在实际应用中通常还要增设串行通讯收发驱动器件。具体应用中使用串行或并行方式通讯，取决于通信距离、电缆数目要求等方面考虑，一般建议30米以内快速通信可以使用并行通讯，大于30米的远距离必须采用串行通讯。 图7.2 两种数据传输方式 7.1.1 同步通讯和异步通讯 串行通讯有同步和异步两种基本方式。 1．同步方式 同步通讯的基本做法是：在传送正式数据前先发送1-2个字节的同步字符，并可携带时钟信息。这相当于一种呼叫，在传送同步数据流