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第八章 串行口与串行通信 8.1 串行通信概述 8.2 单片机的串行口 8.3 串行通信工作方式 8.4 串行口通信的应用举例 8.1 串行通信概述 8.1.1 同步通信和异步通信方式 8.1.2 波特率 8.1.3通信方向 8.1.1 同步通信和异步通信方式 通信方式有两种：并行通信和串行通信。通常根据信息传送的距离决定采用哪种通信方式。如果距离小于30米时，可采用并行通信方式；当距离大于30米时，则要采用串行通信方式。MCS-51系列单片机具有并行和串行两种通信方式。串行通信又有异步通信和同步通信两种。 8.1.1 同步通信和异步通信方式 1．同步通信 在同步通信中，开始传送数据前用同步字符来指示(常约定1-2个)，并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到通信告一段落。 插入的同步字符可以是单同步字符方式或双同步字符方式，然后是连续的数据块。同步字符可以由用户约定，也可以采用ASCII码中规定的SYN代码，即16H。 在同步传送时，要求用时钟来实现发送端和接收端之间的同步。为了保证接收正确，发送方除了传送数据外，还要把时钟信号同时传送出去。 同步传送的优点是可以提高传送速率，但硬件比较复杂。同步通信格式如图8-1所示。 8.1.1 同步通信和异步通信方式 8.1.1 同步通信和异步通信方式 2．异步通信 在异步通信中，数据是一帧一帧（包含一个字符代码或一字节数据）传送的，每一帧数据的格式如图8-2所示。 8.1.1 同步通信和异步通信方式 在帧格式中，一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。首先是一位起始位“0”，然后是5～8位数据（规定低位在前，高位在后）接下来是奇偶校验位，最后一位停止位“１”。起始位“0”用来通知接收设备准备接收数据，其后紧跟数据位，它可以是5位～8位，奇偶校验位可省略，停止位表示字符的结束，它一般是高电平“1”。两个字符间有空闲位的情况，空闲位为“1”。 8.1.2 波特率 波特率即数据传送的速率，表示每秒传送二进制代码的位数，它的单位是位/秒，又称波特。 假如数据传送速率是120字符/秒，每个字符由一个起始位、8个数据位和一个停止位组成，则数据的波特率为 10×120=1200位/秒=1200波特，数位的波特率为8×120=960位/秒=960波特。 异步通信的波特率在50到19200波特间，同步通信的波特率在56千波特或更高。 8.1.3通信方向 在串行通信中，若单片机的通信接口只能发送数据或只能接收数据，这种单方向传送的方式称为单工通信。若单片机的通信接口既能发送数据也能接收数据，且发送数据和接收数据可以同时进行，这种传送的方式称为全双工通信。如果接收数据和传送数据不能同时进行，只能分时接收数据和传送数据，称为半双工通信。 8.2 单片机的串行口 8.2.1 串行口结构与工作原理 8.2.2 串行口控制寄存器SCON 8.2.3 电源控制寄存器PCON 8.2.1 串行口结构与工作原理 单片机通过引脚P3.0（RXD串行数据接收端）和引脚P3.1 (TXD串行数据发送端)与外界进行串行通信，其内部结构如图8-3所示。 8.2.1 串行口结构与工作原理 专用寄存器SBUF是串行口缓冲寄存器，即是发送寄存器也是接收寄存器，占用同一个地址空间99H。发送缓冲器只能写入，不能读出，接收缓冲器只能读出，不能写入。接收器是双缓冲结构，以避免在接收到第二帧数据前，CPU还未取走前一帧数据，而造成两帧数据重叠的错误。对于发送器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误，一般不需要双缓冲器结构，以保持最大传送率。 串行口的发送和接收是通过对SBUF读写来实现的。通常向SBUF发出“写”命令，即指令“MOV SBUF，A”向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外界发送一帧数据，发送完成后，中断标志位TI置1。 8.2.1 串行口结构与工作原理 在满足串行口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下,置允许接收位REN（SCON.4）=1，串口就会启动接收一帧数据进入输入移位寄存器,并装载到接收SBUF中,同时使RI=1。发出读SBUF命令，执行命令“MOV A，SBUF”，即是由接收缓冲器SBUF取出信息，通过单片机内部总线送给CPU。 8.2.2 串行口控制寄存器SCON 单片机串行口开始工作，必须首先设置串口控制寄存器SCON。串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口的状态标志均由专用寄存器SCON控制。其地址为98H，可以通过位寻址来控制其每一位的状态，其格式如图8-4所示。 8.2.2 串行口控制寄存器SCON 各位具体设置如下。 1．RI（SCON.0） 接收中断标志位，RI置位表示