串行通信与LCD.docVIP

第七章 UART原理及应用程序设计 引言：随着单片机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，单片机的通信功能越来越显得重要。通信有并行和串行两种方式，在单片机系统以及现代单片机测控系统中，信息的交换多采用串行通信方式，单片机通过内部的串行通信口与外部设备进行数据交换，在数据采集和信息处理等众多场合都有着重要应用。 本章学习重点 1、了解通信的两种常见方式并理解其工作原理 2、理解并熟练掌握51单片机串行口的四种工作方式和波特率的设置 3、能够对串口通信进行简单应用 7.1 并行与串行通信的基本概念 1.并行通信 并行通信通常是讲数据字节的各位用多条数据线同时进行传送，每一位数据都需要一条传输线，如图7.1.1所示，8位数据总线的通信系统，一次传送8位数据，将需要8条数据线。此外，还需要一条信号线和若干控制信号线，这种方式只适用于短距离的数据传输，如比较老式的打印机就是通过并口方式与计算机连接，现在都用传输速度非常快的USB2.0接口通信了。由于并口通信用的比较少，因此我们这里仅做简单介绍，大家有一个宏观的认识就可以了。 图7.1.1 并行通信方式 并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。 2.串行通信方式 串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。此时只需要一条数据线，外加一条公共信号地线和若干控制信号线。因为一次只能传送一位，所以对于一个字节的数据，至少要分8位才能传送完毕，如图7.1.2所示。 图7.1.2 串行通信方式 串行通信的过程是：发送时，要把并行数据变成串行数据发送到线路上去，接收时，要把串行信号再变成并行数据，这样才能被计算机及其他设备处理。 串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。 串行通信又有两种方式：异步串行通信和同步串行通信。 3.异步串行通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。如图7.1.3所示。 7.1.3 异步串行通信 异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。 异步通信一帧字符信息由4部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位，如图7.1.4所示。有的字符信息也有带空闲位形式，即在字符之间有空闲字符。 图7.1.4 异步串行通信数据格式 异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。 在单片机与单片机之间，单片机与计算机之间通信时，通常采用异步串行通信方式。此种通信方式也是我们本章讲解的重点。 4.同步串行通信方式 在异步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，占用了时间，所以在数据块传递时，为了提高速度，常去掉这些标志，采用同步传送。由于数据块传递开始要用同步字符来指示，同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。单片机很少采用这种通信方式，在此我们不再详述。 5.串行通信的数据传送方向 一般情况下，串行数据传送是在两个通信端进行的。数据的传送方向有三种：单工通信、半双工通信和全双工通信。 （1）单工：单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。 （2）半双工：半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。 （3）全双工：全双工是指数据可以同时进行双向传输。 三种制式示意图如下图7.1.5所示。 单工 半双工 全双工 图7.1.5 串行通信三种制式示意图 7.2串行通信口的控制 在MCS—51系列单片机的特殊功能寄存器中，有4个与串行通信有关，分别为SCON、PCON、IE和IP。其中，SCON和PCON直接控制串行口的中作方式。 一、串行控制寄存器SCON 串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作方式、监视串行口工作状态、发送与接收的状态控制等。它是一个既可字节寻址又可位寻址的特殊功能寄存器，字节地址位98H。SCON的格式见表7—1. 表7—1 串行口控制寄存器SCON的格式 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 （1）SM0、SM1：串行口工作方式选择位，可选择4种工作方式。。表7—2列出了这四种工作方式。 表7—2 串行口的四种工作方式 S