单片机中级教程第6章串行接口.docVIP

第6章 串行接口 串行通信是CPU与外界交换信息的一种基本通信方式。本章将介绍串行通信的一般知识和MCS-51系列单片机串行接口的结构、原理及应用 6.1 串行通信的基础知识 计算机与外界的信息交换称为通信。通信的基本方式可分为并行通信和串行通信两种。 并行通信是指数据的各位同时进行传送。其优点是传送速度快，缺点是数据有多少位，就需要多少根传输线，适合于近距离传输。 串行通信是指数据的各位按顺序一位一位传送。其优点是只需一对传输线（如电话线），占用硬件资源少，从而降低了传输成本，特别适用于远距离通信，缺点是传送速度较慢。 6．1．1 串行通信的两种基本方式 串行通信分为异步通信和同步通信两种基本方式。 1．异步通信方式 异步通信时，数据是以字符为单位进行传送的。一个字符又称为一帧信息，每个字符由4个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。这样一组信息就称为一帧数据或简称一帧。一帧信息由起始位开始，停止位结束。异步传送的字符格式如图6-1所示。 起始位为0信号，占用1位，用来表示一帧信息的开始；其后就是数据位，它可以是5位、6位、7位或8位，传送时低位在先、高位在后；再后面的是奇偶校检位（即可编程位），只占一位；最后是停止位，它用逻辑1来表示一帧信息的结束，可以是1位、1位半或2位。 图6-1 异步通信的字符格式 异步通信的特点是数据在线路上的传送不连续。传送时，字符间隔不固定，各个字符可以是连续传送，也可以是间断传送，这完全取决于通信协议或约定。间断传送时，在停止位后，线路上自动保持为1， 在异步通信时，通信双方必须事先约定。 （1）字符格式。 双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。例如用ASCⅡ码通信，有效数据为7位，加一个奇偶校验位、一个起始位和一个停止位共10位。当然停止位也可以大于1位。 （2）波特率（Baud rate）。波特率就是传送速率，即每秒传送的二进制位数。单位为bit/s或波特。 波特率与字符的传送速率之间的关系为：波特率等于一个字符的二进制编码位数乘字符/秒，要求发送端与接收端的波特率必须一致。 异步串行通信的波特率一般为50～9600波特，高低不等。常用于计算机到CRT终端和字符打印机之间的通信、直通电报、无线电通信的数据发送及工业现场的数据远传等。 2．同步通信方式 异步通信由于要在每个数据前后附加起始位、停止位，每发送一个字符约有20%的附加数据，占用了传输时间，降低了传送效率。同步通信则去掉每个数据的起始位和停止位，把要发送的数据按顺序连接成一个数据块，其中每个数据也由5～8位组成。在数据块的开头附加1～2个同步字符，在数据块的末尾加差错校验字符。同步通信的数据格式如图6-2所示。在数据块内部，数据与数据之间没有间隙。 图6-2 同步通信的格式 同步通信时，先发送同步字符，数据发送紧随其后。接收方检测到同步字符后，即开始接收数据，按约定的长度拼成一个个数据字节，直到整个数据接收完毕，经校验无传送错误则结束一帧信息的传送。若发送的数据块之间有间隔，则发送同步字符填充。 同步通信进行数据传输时，发送和接收双方要保持完全的同步，因此要求发送和接收设备必须使用同一时钟。在近距离通信时可以采用在传输线中增加一根时钟信号线来解决；远距离通信时，可以通过解调器从数据流中提取同步信号，用锁相技术使收方得到和发送方时钟频率完全相同的时钟信号。 如上所述，异步通信技术较为简单，应用范围广；同步通信传输速率高，适用于高速率、大容量的数据通信，但硬件复杂。 6．1．2 串行通信的数据传送方式 串行通信的数据传送方式有以下3种： （1）单工方式。如图6-3（a）所示 ，单工方式的数据传送是单向的，一方（A端）固定为发送端，另一方（B端）固定为接收端。单工方式只需要一条数据线。 （2）半双工方式。如图6-3（b）所示， 半双工方式的数据传送是双向的，数据既可以从A端发送到B端，又可以由B端发送到A端。不过在同一时间只能做一个方向的传送。半双工方式需要一条数据线。 （3）全双工方式。如图6-3（c）所示，全双工方式的数据传送是双向的，A、B两端既可同时发送，又可同时接收。全双工方式需要两条数据线。 （a） 单工方式 (b) 半双工方式 (c) 全双工方式 图6-3 串行通信数据传送的3种方式 6．1．3 串并转换和串行接口 CPU通常是并行的输入/输出数据，但和某些外部设备或其他计算机交换信息时可采用串行通信方式。这就要求把从CPU来的并行数据转换为串行数据送给I/O设备，或者把I/O设备送来的串行数据转换为并