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1、第9章串行通信及80C51中的串行端口,9.1 串 行 通 信,9.1.1 概述 1串行通信的优点 在并行通信中，数据有多少位就需要有多少条传送线，而串行通信只需要一条传送线。故串行通信节省传送线，特别是长距离传送时，这个优点就更为突出。但是串行传送的速度慢，若并行传送所需的时间为T，则串行传送的时间至少为NT（其中N为位数）。,2同步通信与异步通信 在串行通信中，有两种最基本的通信方式。,（1）非同步（异步）通信ASYNC（asynchronous data communication）它用起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束。如图9-1所示。,图9-1 异步通信的格式,数据信号传送
2、速率 数据信号传送速率的规定，对于CPU与外界的通信是很重要的。,假如数据传送的速率是120字符/秒，而每一字符包含10个数据位，则每秒传送的二进制位数为 10120=1200位/秒=1200bit/s 则每一位的传送时间即为 Td=1/1200=0.833ms,波特率（Baud rate）,图9-2 信号传输率与波特率的关系,（2）同步传送 在异步传送中，每一个字符都要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，至少占用了1/5的时间，所以，在数据块传送时，为了提高速度，就去掉这些标志，在数据块开始处用同步字符来指示。如图9-3所示。,图9-3 同步字符,3数据传送方向 通常串行通信，数据在两
3、个站之间是双向传送的，A站可作为发送端，B站作为接收端，也可以将A站作为接收端，B站作为发送端，根据要求又可以分为半双工和完全双工两种。,（1）半双工（half duplex）半双工传送如图9-4所示。,图9-4 半双工示意图,（2）完全双工（full duplex）完全双工传送方式如图9-5所示，即两个站同时都能发送。,图9-5 完全双工示意图,4信号的调制和解调,图9-6 通信信号示意图,图9-7 电话线的频带图,图9-8 数字信号通过电话线传送产生的畸变,图9-9 调制与解调示意图,图9-10 FSK调制法原理图,5串行I/O的实现,6串行通信的校验方法（1）软件奇偶校验,9.1.2 串
4、行接口标准EIA RS-232C接口,图9-11 RS-232C的引脚图,图9-12 接收器和发送器的具体电路,图9-13 计算机与远方终端和当地终端连接示意图,9.1.3 串行通信组网方式,图9-14 常见的4种网络结构图,1双机通信方式2多机通信方式3多主机通信方式,图9-15 一点对多点多机通信方式,图9-16 多主机通信方式,9.2 80C51中的通用同步/异步收/发器USART模块,表9-1标准80C51的USARI串口支持的通信类型,9.2.2 USART模块相关的寄存器,续表,1串口控制寄存器SCON,表9-3串行口的工作方式,2电源控制寄存器PCON,9.2.3 USART模块
5、的电路结构,图9-17 串口结构方框示意图,（1）接收部分 包含接收控制器、接收缓冲器、接收移位寄存器和接收引脚等电路。,（2）发送部分 包含发送控制器、发送缓冲器、发送控制门和发送引脚等电路。,（3）公用部分 包含串口控制寄存器、波特率发生器、同步/异步切换开关MUX和中断相关电路等。,9.2.4 USART模块的工作原理 1方式l异步/双工/10位帧结构双机通信,图9-18 串行异步收/发器简化示意图,图9-19 方式1下USART的帧格式和时序图,图9-20 方式1发送时的时序,（2）接收过程,图9-21 方式1接收时序图,2方式2和方式3异步/双工/11位帧结构多机通信,图9-22 方
6、式2和方式3下USART的帧格式和时序图,（1）发送过程,图9-23 方式2、方式3发送时序,（2）接收过程,3方式0同步/主控/半双工/8位数据移位寄存器 工作于方式0之下的串行口被当作一个USRT接口，这时存在以下几点局限性：只能工作于半双工或单工方式；只能工作于主控方式；不能被用于80C51单片机之间的相互通信。,图9-24 串行同步主控发送器/接收器示意图,（1）发送过程,图9-25 串行同步主控发送时序图,（2）接收过程,图9-26 串行同步主控接收时序图,9.2.5 多机通信的实现原理 1多机通信的接线方式,图9-27 单工的多机通信连接示意图,图9-28 半双工的多机通信连接示意
7、图,图9-29 全双工的多机通信连接示意图,图9-30 利用RS-232的多机通信连接示意图,图9-31 利用调制解调器的多机通信连接示意图,图9-32 一主多从式多机通信连接示意图,2多机通信的实现方法,图9-33 多机通信状态转移图,3多机通信的操作步骤 一次主从式多机通信过程的具体操作步骤如下。初始化。启用地址筛选功能。寻址。接收地址帧。,对号。应答。正式开始通信。结束。,9.2.6 UART接口的扩充方法和设计技巧 1选择具有多个UART模块的单片机 2采用软件虚拟技术,9.2.7 波特率与波特率发生器 1波特率发生器的电路结构,图9-34 波特率发生器结构示意图,2波特率的设计方法
8、对于固定和半固定波特率几乎不需要设计，下面介绍的设计方法是针对由T1产生的可变波特率而言的。,C/,表9-4常用波特率及其设置方法,9.2.8 80C51 USART的应用举例 1两个8051做单工发送数据（1）功能说明（2）硬件：如图9-35所示。,图9-35 数据传送连接图,（3）程序：8051-T,（4）程序：8051-R接收,2一个8051（主）与两个8051（副）做串行多工发送数据（1）功能说明,主CPU为8051-A：P1接输入开关，P2接另一输入开关，P0接8个LED。副805l-B：P10P13接输入开关，P2接8个LED。副805l-C：P10P13接输入开关，P2接8个LE
9、D。,当主CPU 8051-A，P1的输入开关切换时，此数据会发送给副CPU 8051-B，并控制其P2口8个LED的亮灭。同理，当主CPU 8051-A，P2的输入开关切换时，则此数据会发送给副CPU 8051-C，并控制其P2口8个LED的亮灭。,当副CPU 8051-B，P1的输入开关切换时，此数据会发送给主CPU 8051-A并控制其P0口低4位的4个LED的亮灭。同理，当副CPU 8051-C，P1的输入开关切换时，则此数据会发送给主CPU 8051-A，并控制其P0口高4位的4个LED的亮灭。,（2）硬件，如图9-36所示。,图9-36 一主两副数据传送连接图,（3）程序：8051-A,（4）程序：8051-B,（5）8051-C,
