51手記之標準51(四)

1.串行通信基本方式：異步通信和同步通信

1).異步通信方式——以“字符”為單位進行傳送

用一幀表示一個字符,一個字符包括4個部分

起始位1位有效

數據位5--8位

奇偶校驗位1位

停止位1位、1位半、2位“1”有效

在異步通信時，通信雙方必須事先約定

①字符格式。雙方要事先約定數據位的位數、奇偶校驗形式及起始位和停止位的位數;

例如：用ASCⅡ碼通信，有效數據為7位，加一個奇偶校驗位、一個起始位和一個停止位共10位。當然停止位也可以大于1位。

②波特率（Baud rate）。波特率就是傳送速率，即每秒傳送的二進制位數。單位為bit/s或波特。

2).同步通信方式

異步通信由于要在每個數據前后附加起始位、停止位，每發送一個字符約有20%的附加數據，占用了傳輸時間，降低了傳送效率

同步通信則去掉每個數據的起始位和停止位，把要發送的數據按順序連接成一個數據塊，在數據塊的開頭附加1～2個同步字符，

在數據塊的末尾加差錯校驗字符。同步通信的數據格式如圖7-2所示。在數據塊內部，數據與數據之間沒有間隙。

要求：發送和接收雙方要保持完全同步，所以，要求發送和接收設備必須使用同一時鐘。

解決辦法：

對于近距離通信：采用在傳輸線中增加一根時鐘信號線來解決。

對于遠距離通信：通過解調器從數據流中提取同步信號，用鎖相技術實現收、發頻率完全相同的時鐘信號。

如上所述，異步通信技術較為簡單，應用范圍廣；同步通信傳輸速率高，適用于高速率、大容量的數據通信，但硬件復雜。

2.串行通信數據傳輸方式

單工方式：數據傳送是單向的，一端為發送另一端為接收，只需一條數據線。

半雙工方式：數據傳送是雙向的，A→B，B→A，同一時間只能做一個方向傳送，只需一條數據線。

全雙工方式：數據傳送是雙向的，A、B兩端可同時發送，又可同時接收，需兩根數據線。

MCS-51系列單片機有一個全雙工的串行口

1.串行口結構

組成：發送數據緩沖器：只能寫入，不能讀出

接收數據緩沖器：只能讀出，不能寫入

發送控制器

輸出控制門

接收控制器

輸入移位寄存器

兩個專用寄存器SCON：存放串行口的控制和狀態信息

PCON：改變串行通信波特率

發送緩沖器和接收緩沖器兩個用同一符號SBUF，地址99H，用指令判斷選哪個

MOV SBUF，A寫入；MOV A，SBUF讀出

2.工作方式

串行口有4種工作方式，由SCON中的SM0:SM1來定義。方式0時，SM2位(多機通訊控制位)必須為0。

1)方式0

發送數據緩沖器：只能寫入，不能讀出

同步移位寄存器輸入輸出方式，常用于外接移位寄存器，以擴展并行I/O口。

RXD引腳——串行輸入/輸出

TXD引腳——輸出同步移位脈沖

8位數據為一幀，不設起始位和停止位，先發送或接收最低位。

波特率固定為fosc/12。

①發送

當CPU執行一條將數據寫入發送緩沖器SBUF的指令時，產生一個正脈沖，串行口即把SBUF中的8位數據以fosc/12的固定波特率從RXD引腳串行輸出，低位在先, TXD引腳輸出同步移位脈沖，發送完8位數據置“1”中斷標志位TI。

②接收

方式0接收時，REN為串行口接收允許接收控制位，REN=0，禁止接收。REN=1，允許接收。當CPU向串行口的SCON寄存器寫入控制字(置為方式0，并置“1”REN位，同時RI=0)時，產生一個正脈沖，串行口即開始接收數據。

引腳RXD為數據輸入端，TXD為移位脈沖信號輸出端，接收器也以fosc/12的固定波特率采樣RXD引腳的數據信息，當接收到8位數據時置“1”中斷標志RI。表示一幀數據接收完畢，可進行下一幀數據的接收。

2)方式1

8位異步收發通信。用于數據的串行發送和接收。TXD腳和RXD腳分別用于發送和接收數據。

方式1收發一幀的數據為10位，1個起始位(0)，8個數據位，1個停止位(1)，先發送或接收最低位。

①發送

方式1輸出時，數據位由TXD端輸出，

當CPU執行一條數據寫發送緩沖器SBUF的指令，就啟動發送。圖中TX時鐘的頻率就是發送的波特率。發送開始時，內部發送控制信號變SEND*變為有效，將起始位向TXD輸出。

此后，每經過一個TX時鐘周期，便產生一個移位脈沖，并由TXD輸出一個數據位。8位數據位全部發送完畢后，置“1”中斷標志位TI，然后SEND*信號失效。

②接收

前提REN=1；數據從RXD(P3.0)引腳輸入。當檢測到起始位的負跳變時，則開始接收。

定時控制信號有兩種(如圖所示)，一種是接收移位時鐘(RX時鐘)，它的頻率和傳送的波特率相同。另一種是位檢測器采樣脈沖，它的頻率是RX時鐘的16倍。也就是在1位數據期間，有16個采樣脈沖，以波特率的16倍的速率采樣RXD引腳狀態，當采樣到RXD端從1到0的跳變時就啟動檢測器，采用三中取二的原則，接收的值是3次連續采樣(第7、8、9個脈沖時采樣)取其中兩次相同的值，以確認是否是真正的起始位(負跳變)的開始。

當一幀數據接收完畢以后，必須同時滿足以下兩個條件，這次接收才真正完成。

a.RI=0，即上一幀數據接收完成時，RI=1發出的中斷請求已被響應，SBUF中的數據已被取走，說明“接收SBUF”已空。

b.SM2=0或收到的停止位=1(方式1時，停止位已進入RB8)，則收到的數據裝入SBUF和RB8(RB8裝入停止位)，且置“1”中斷標志RI。

若這兩個條件不同時滿足，收到的數據不能裝入SBUF，該幀數據將丟失。

方式1波特率=(2SMOD/32)×定時器T1的溢出率=(2SMOD/32)/(256-TL1)

3)方式2

9位異步通信接口。每幀數據均為11位，1位起始位0，8位數據位(先低位)，1位可程控的第9位數據和1位停止位。

方式2波特率=(2SMOD/64)×fosc

①發送

發送前，先根據通訊協議由軟件設置TB8(例如，雙機通訊時的奇偶校驗位或多機通訊時的地址/數據的標志位)。

②接收

REN=1。數據由RXD端輸入，接收11位信息。當位檢測邏輯采樣到RXD引腳從1到0的負跳變，并判斷起始位有效后，便開始接收一幀信息。在接收器完第9位數據后，需滿足以下兩個條件，才能將接收到的數據送入SBUF。

a.RI=0，意味著接收緩沖器為空。

b.SM2=0或接收到的第9位數據位RB8=1時。

當上述兩個條件滿足時，接收到的數據送入SBUF(接收緩沖器)，第9位數據送入RB8，并置“1”RI。若不滿足這兩個條件，接收的信息將被丟棄。

4)方式3

方式3為波特率可變的9位異步通訊方式，除波特率外，方式3和方式2相同。

方式3波特率=(2SMOD/32)×定時器T1的溢出率=(2SMOD/32)/(256-TL1)

3.多機通信

串行口用于多機通信時必須使用方式2或方式3。

由單片機構成的多機系統，常采用總線型主從式結構：在多個單片機組成的系統中，只有一個是主機，其余是從機，主機發送的信息可被各從機接收，而各從機發送的信息只有主機接收，從機與從機之間不能互相直接通信。

主機的RXD與所有從機的TXD端相連，TXD與所有從機的RXD端相連。

多機通信的實現，主要靠主、從機正確地設置與判斷多機通信控制位SM2和發送、接收的第9位數據（TB8或RB8）。

1)多機通信原理

串行口控制寄存器SCON中的SM2位就是滿足這一條件而設置的多機通訊控制位。

在串行口以方式2(或方式3)接收時：

若SM2=1，表示允許多機通訊，這時出現兩種可能情況:

①接收到的第9位數據為1時，數據才裝入SBUF，并將中斷標志RI置“1”，向CPU發出中斷請求;

②接收到的第9位數據為0時，則不產生中斷標志，信息將拋棄。

若SM2=0，則接收的第9位數據不論是0還是1，都產生RI=1中斷標志，接收到的數據裝入SBUF中。

當主機給從機發送信息時，要根據發送信息的性質來設置TB8，

發送地址信號時，設置TB8=1，

發送數據或命令時，設置TB8=0。

當從機的SM2為1時，該從機只接收地址幀（RB8位為1），對數據幀（RB8位為0）不予理睬。

而當SM2為0時，該從機接收所有發來的信息。

2)多機通信過程

①令所有從機的SM2位置1，使它們處于只接收地址幀的狀態(即從機復位);

②主機發送一幀地址信息，其中包括8位地址，第9位（即TB8）為1，以表示發送的是地址；

③從機接收到地址幀后，各自中斷CPU，把接收到的地址與其本機地址作比較；

④地址相符的從機對SM2清0，準備接收主機發來的數據/命令。地址不符的從機仍維持SM=1不變，對主機發來的數據幀不予理睬，直到主機發來新的地址幀；

⑤主機發送數據或控制信息（第9位為0）給被尋址的從機；

⑥被尋址的從機，因SM=0，可以接收主機發送過來的所有數據。當從機接收數據結束時，置位SM2，返回接收地址幀狀態（復位狀態）；

⑦當主機需改為與其他從機通信時，可再發出地址幀來呼叫其他從機。