串行通信及其接口.ppt

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1、单片机应用技术,主讲教师：苏晓龙,全校公共选修课,计算机学院信息科学系,办公室：计A315-1,答疑地点：计A315-1,E-mail：,第7章 串行通信及其接口,7.1串行通信的基本概念7.2 MCS-51的串行口7.3 串行口的控制7.4 串行口的应用,7.1 串行通信的基本概念,返回本章首页,计算机与外部的信息交换称为通信,基本的通信方式有两种:并行通信(parallel communication)和串行通信(serial communication)。,并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收。串行通信：所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收。,并行通信:速度快,但成本高,传输距

2、离受限;串行通信:通信线少,传输距离远,但速度较慢,7.1 串行通信的基本概念,返回本章首页,图7.1 并行通信与串行通信(a)并行通信；(b)串行通信,7.1 串行通信的基本概念,一、串行通信按数据流传输方向分,1、单工(Simplex)两个传输站点之间一方只能发送,另一方只能接收,2、半双工(Half Duplex),两个传输站点之间任何一方都能发送数据，但由于设备之间只有一条通信线路，在同一时刻只能在一个方向上传输数据，如对讲机。,串行通信的基本概念,一、串行通信按数据流传输方向分,两个传输站点之间双方使用不同的通信线路,同时发送和接收数据.如电话。,3、全双工(Full Duplex)

3、,串行通信的基本概念,二、串行通信的两种基本工作方式,异步方式、同步方式。,所有串行通信都需要一个时钟信号来作为数据的定时参考。发送器和接收器用时钟来决定何时发送和读取每一位数据。,根据采用统一时钟还是本地局部时钟，分为同步传输和异步传输两种。,同步传输用一个时钟确定一个数据位。异步传输用多个时钟确定一个数据位。,串行通信的基本概念,二、串行通信的两种基本工作方式,不发送数据时，传输线呈现高电平(MARK状态)。,1、异步方式(Asynchronous),采用不同的编码方案,发送字符可为5,6,7,或8位;,采用奇校验,保证“1”的个数为奇数；采用偶校验,保证1的个数为偶数;,异步串行通信数据

4、格式:,串行通信的基本概念,二、串行通信的两种基本工作方式,1、异步方式(Asynchronous),例:发送一个由8位数据位构成的字符45H，奇校 验、1位停止位。,停止位可以是1,1.5或2位。,异步传输先发送低位(LSB),异步传输的时钟定时方法:,数据(61H),1,0,0,0,1,1,停止位,发送方利用内部时钟来决定什么时候发送每个位,接收方检测开始信号的下降沿，然后利用它的内部时钟从每一位的中间接收该位,0,0,起始位,LSB,MSB,串行通信的基本概念,串行通信的基本概念,不发送数据时，传输线呈现高电平(MARK状态)。,同步字符可以为1个或2个。,根据双方约定，接收方监测到同步

5、字符后，接收被发送的字符流；将接收到的字符转换成并行数据。,内同步、外同步。,同步传输的时钟定时方法:,数据（61H）,1位,1,1,0,0,0,0,1,先发送高位(MSB),发送方在时钟信号的下降沿发送字节,接收方在时钟信号的上升沿接收字节,时钟,串行通信的基本概念,0,同步通信的帧格式：同步传输需要定义一个帧的开始和结束。通常用1个同步字符(标志符)来表示。,串行通信的基本概念,三、串行传送速率,在串行通信中，常用波特率来表示数据传输的速率。,波特率：每秒传送的二进制位数。,单位：波特 Bd,如串行通信规定：一个串行字符包括1个起始位，7个数据位，1个奇偶校验位和1个停止位，共10个数据位

6、构成，每秒传送120个字符，则波特率为：10位/字符120字符/秒=1200位/秒 传送每一位占用的时间为：1秒/1200=0.833毫秒,波特率因子：发送/接收时钟与波特率之比。,7.2 MCS-51的串行口,7.2.1 串行口的结构7.2.2 串行口的工作方式7.2.3 波特率的计算,返回本章首页,MCS-51有一个可编程的全双工串行通信接口，可作为通用异步接收/发送器(UART-Universal Asychronous Receiver/Transmitter)，也可作为同步移位寄存器。其帧格式可为8位、10位、11位，并可设置多种不同的波特率。它通过引脚RXD和TXD与外界进行通信。

7、,7.2.1 串行口的结构,MCS-51内部有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存器。一个用于存放接收到的数据，另一个用于存放欲发送的数据，可同时发送和接收数据。两个缓冲器共用一个地址99H，通过对SBUF的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是对发送缓冲器进行操作。CPU在写SBUF时，就是修改发送缓冲器；读SBUF，就是读接收缓冲器的内容。接收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收发信号线RXD(P3.0)、TXD(P3.1)来实现的，因此可以同时发送、接收数据。串行口的结构如图7.3所示。,7.2.1 串行口的结构,图7.3 串行口结构示意图,7.2.1 串行

8、口的结构,7.2.1 串行口的结构,1串行口控制寄存器SCON,图7-6 SCON格式,该寄存器的字节地址为98H，可位寻址。SCON格式如图7-6所示。,其各位的含义如下：,SM0、SM1串行口4种工作方式的选择位。串行口的4种工作方式如表7.1所示。,表8.1 串行口的4种工作方式,1串行口控制寄存器SCON,SM2多机通信控制位，用于方式2或方式3中。,1串行口控制寄存器SCON,当串行口以方式2或方式3接收时，如果SM2=1，只有当接收到的第9位数据(RB8)为“1”时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并将RI置“1”，产生中断请求；当接收到的第9位数据(RB8)为“0”时，则将接

9、收到的前8位数据丢弃。如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入SBUF中，并将RI置“1”，产生中断请求。在方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活RI。在方式0时，SM2必须为0。,REN 允许串行接收位，由软件置“1”或清“0”。REN=1时，允许串行口接收数据；REN=0时，禁止串行口接收数据。,1串行口控制寄存器SCON,TB8 发送的第9位数据。方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验位使用，也可作为地址帧或数据帧的标志。其中，TB8=1为地址帧，TB8=0为数据帧。,RB8 接收到的第9位数据。方式2和方式3时，RB8存

10、放接收到的第9位数据。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。,TI 发送中断标志位。发送中，TI必须保持零电平。方式0时，串行发送第8位数据结束时由硬件置“1”。其它工作方式，串行口发送停止位的开始时置“1”。TI=1，表示一帧数据发送结束，可供软件查询，也可申请中断。CPU响应中断后，在中断服务程序中向SBUF写入要发送的下一帧数据，TI必须由软件再清“0”。,1串行口控制寄存器SCON,RI 接收中断标志位。接收中RI必须保持零电平。方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件置1。其它工作方式，串行口接收到停止位时，该位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收

11、完毕，并申请中断,要求CPU从接收SBUF取走数据。该位的状态也可供软件查询。如果再接收，RI必须由软件再清“0”。,2特殊功能寄存器PCON,图7-7 PCON格式,返回本节,其字节地址为87H，没有位寻址功能。PCON的格式如图7-7所示，其中与串行接口有关的只有D7位。,SMOD：波特率选择位。当SMOD=1时，比SMOD=0时的波特率加倍，因此也称SMOD位为波特率倍增位。,7.2.2 串行口的工作方式,串行口工作方式,方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口。8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。波特率固定为fosc/12。方式

12、0发送 当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先，TXD引脚输出同步移位脉冲，发送完8位数据后将中断标志位TI置“1”。时序如图7.8所示。,7.2.2 串行口的工作方式,1方式0,图7.8 方式0发、收时序,7.2.2 串行口的工作方式,方式0接收 方式0接收时，REN为串行口接收允许接收控制位，REN=0，禁止接收。方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件将TI或中断标志位RI置“1”，CPU响应中断。TI或RI标志位须由用户软件清“0”，

13、可采用如下指令：CLR TI；TI位清“0”CLR RI；RI位清“0”方式0时，SM2位(多机通信控制位)必须为0。,7.2.2 串行口的工作方式,2 方式1,7.2.2 串行口的工作方式,方式1用于数据的串行发送和接收。TXD脚和RXD脚分别用于发送和接收数据。,方式1收、发一帧的数据为10位，1位起始位(0)，8位数据位，1位停止位(1)，先发送或接收最低位。,波特率由下式确定：方式1波特率=(2SMOD/32)定时器T1的溢出率,SMOD为PCON寄存器的最高位的值(0或1)。,方式1发送 方式1输出时，数据位由TXD端输出。当CPU执行一条数据写发送缓冲器SBUF的指令时，就启动发送

14、。图7.9(a)TX时钟的频率就是发送的波特率。发送开始时，内部发送控制信号变为有效，将起始位向TXD输出。此后，每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完毕后，中断标志位TI置“1”。TI必须由用户清0，以便下一次发送。,2 方式1,7.2.2 串行口的工作方式,图7.9 方式1发、收时序(a)发送时序；(b)接收时序,方式1接收 接收数据的时序如图7.9(b)所示。当CPU采样到RXD端从1到0的跳变时(3次采样中至少2次有效)，开始接收数据。一帧数据接收完毕以后，必须同时满足以下两个条件，这次接收才真正有效，然后RI自动置1。(1)RI=0

15、。(2)SM2=0或收到的停止位=1。若这两个条件不满足，则收到的数据不能装入SBUF，该帧数据将丢失。中断标志RI必须由用户清0，以便下一次接收。通常情况下，串口以方式1工作时，SM2=0。,2 方式1,7.2.2 串行口的工作方式,3 方式2,7.2.2 串行口的工作方式,方式2为9位异步通信方式。每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位(先低位)，1位可程控的第9位数据和1位停止位。方式2的波特率由下式确定：方式2波特率=(2SMOD/64)fosc,方式2发送前，先根据通信协议由软件设置SCON中的TB8(例如，双机通信时的奇偶校验位或多机通信时的地址/数据的标志位)。方式2发送数

16、据波形如图7.10所示。,图7.10 方式2发送时序,方式2接收 SM0、SM1=10，且REN=1。数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测逻辑采样到RXD引脚从1到0的负跳变，并判断起始位有效后，便开始接收一帧信息。在接收完第9位数据后，需满足以下两个条件，才能将接收到的数据送入SBUF。(1)RI=0，意味着接收缓冲器为空。(2)SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1。,3 方式2,7.2.2 串行口的工作方式,当上述两个条件满足时，接收到的数据送入SBUF(接收缓冲器)，第9位数据送入SCON中的RB8，并将RI置“1”。若不满足这两个条件，则接收的信息将被丢弃。,串行口方式2

17、接收数据的时序波形如图7.11所示。由方式2的TI，RI也必须由用户清0，才能进行下一次的发送和接收。,3 方式2,7.2.2 串行口的工作方式,图7.11 方式2接收时序,4方式3,当SM0SM1=11时，串行口工作在方式3。方式3为波特率可变的9位异步通信方式，除了波特率外，方式3和方式2相同。方式3的波特率由下式确定：方式3波特率=（2SMOD/32）定时器T1的溢出率,返回本节,方式3发送和接收数据的时序波形见方式2的图(图7.10和图7.11)。,7.2.3 波特率的计算,表7-2 波特率计算公式,方式0和方式2的波特率是固定的；方式1和方式3的波特率可由定时器T1的溢出率来确定。,

18、7.2.3 波特率的计算,(1)方式0时，波特率固定为时钟频率fosc的1/12，且不受SMOD位的值的影响。若fosc=12 MHz，则波特率为fosc/12，即1 Mb/s。,(2)方式2时，波特率与SMOD位的值有关。方式2波特率=(2SMOD/64)fosc,若fosc=12 MHz，则当SMOD=0时，波特率=187.5 kb/s；当SMOD=1时，波特率=375 kb/s。,(3)串行口工作在方式1或方式3时，常用定时器T1作为波特率发生器，其波特率为：波特率=(2SMOD/64)T1的溢出率,7.2.3 波特率的计算,实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时(自动装初值)，这种方

19、式不仅操作方便，也可避免因软件重装初值而带来的定时误差。,实际使用时，经常根据已知波特率和时钟频率来计算T1的初值。为避免繁杂的初值计算，常用的波特率和初值间的关系列成表7.3，以供查用。,表7.3 定时器T1产生的常用波特率,7.2.3 波特率的计算,表7.3中有两点需要注意：,7.2.3 波特率的计算,时钟振荡频率为12 MHz或6 MHz时，表中初值和相应的波特率之间有一定误差。,例如，FDH的对应的理论值是10416波特(时钟6 MHz)，与9600波特相差816波特。消除误差可以通过调整时钟振荡频率fosc来实现。例如采用的时钟振荡频率为11.0592 MHz。,如果串行通信选用很低

20、的波特率，例如，波特率选为55，可将定时器T1设置为方式1定时。但在这种情况下，T1溢出时，需要在中断服务程序中重新装入初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的方法加以调整。,例：若51单片机的时钟振荡频率为11.0592 MHz，选用T1为方式2定时作为波特率发生器，波特率为2400 b/s，求初值。结果可直接从表7.3中查到，为F4H。这里因时钟振荡频率选为11.0592 MHz，计算过程中无余数，可使初值为整数，从而产生精确的波特率。,7.2.3 波特率的计算,4.波特率的自动检测 在分布式多波特率通信系统中，常常要求从设备在软件上能做到波特率随主设备自动

21、调整，使系统适应性更强，智能化程度更高。当然，一般情况下，波特率自动检测的范围仅限于标准波特率。,7.2.3 波特率的计算,常用实现波特率自动检测的方法有3种：(1)从设备启动通信程序后，逐一选择标准波特率，向主设备发送某个事先约定的握手代码，直到收到主设备发回的确认码，即可判定通信波特率。(2)利用串行异步通信每一帧起始位为低电平、停止位为高电平，用定时器记录每帧长度，从而判定系统通信波特率。(3)利用主设备发送某一特殊码型，从设备收到的码值会随主设备的波特率不同而不同，当从机收到约定的特殊码型时，便可确认系统的通信波特率。,7.2.3 波特率的计算,7.3 串行口的控制,7.3.1 主从机

22、间的通信7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,返回本章首页,7.3.1 主从机间的通信,1双机串行异步通信,利用串行口可以实现两台机器间的全双工通信。如图7.12所示。,设甲乙两台机器按全双工方式收发ASCII码字符，数据位为8位，其中最高一位用来作奇偶校验位，采用偶校验方式，要求传送的波特率为1200 b/s。假设发送缓冲区OUTBUF首址为片内RAM 60H，接收缓冲区INBUF首址为RAM 70H，时钟频率fosc=6 MHz，试编写有关的通信程序。,图7.12 双机通信系统,1)确定通信方式根据系统要求，通信双方要相互约定：7位ASCII码加1位校验位共8位数据，故可采用串行口

23、方式1进行通信。51单片机的奇偶校验位P是当累加器A中“1”的个数为奇数时P=1，为偶数时P=0。直接把P的值放入ASCII码的最高位(奇偶校验位)，即为偶校验方式。,7.3.1 主从机间的通信,1双机串行异步通信,2)计算定时器T1的计数初值对于串行口方式1，波特率由定时器T1的溢出率和SMOD决定，定时器T1采用工作方式2，可以避免计数溢出后用软件重装定时初值。取SMOD=0，按式(5.4)可求得计数初值X 为,7.3.1 主从机间的通信,1双机串行异步通信,也可以通过查表7.3确定X=F3H。,3)确定相关寄存器参数(1)串行口控制寄存器SCON。,SM0、SM1=01时为方式1，在SM

24、2=0和REN=1条件下，允许接收数据，其余各位均取0，则SCON)=01010000B=50H。,(2)电源控制寄存器PCON。,7.3.1 主从机间的通信,1双机串行异步通信,由于SMOD=0，因此(PCON)=00H(同系统复位以后的状态，可不赋值)。,(3)确定定时器方式寄存器TMOD。,3)确定相关寄存器参数,1双机串行异步通信,由于只用T1，且为定时方式2，因此(TMOD)=00100000B=20H。请注意：串行通信端口的接收中断RI、发送中断TI共用一个中断向量(0023H)，因此，串行口中断请求后，中断服务程序首先要判断是RI、TI当中的哪个请求中断。,4)编写有关的通信程序

25、 主程序：ORG 0000H LJMP MAINORG 0023H；串行中断入口LJMP SINOUT,1双机串行异步通信,ORG 0030H MAIN：MOV TMOD，20H；定时器T1设为方式2 MOV TL1，0F3H；装入定时器初值MOV TH1，0F3H；8位重装值SETB TR1；启动定时器T1MOV SCON，50H；串行口设为方MOV R0，60H；OUTBUF首址MOV R1，70H；INBUF首址SETB EA；开中断 SETB ES；允许串行口中断 LCALL SOUT；先发送1个字符 LJMP$；等待中断,4)编写有关的通信程序,1双机串行异步通信,；中断服务程序SI

26、NOUT:JNB RI，SEND；若不是接收，则转向;发送 LCALL SIN；若是接收，则调用接;收子程序RETI；中断返回SEND:LCALL SOUT；若是发送，则调用发;送子程序 RETI；中断返回；发送子程序,4)编写有关的通信程序,1双机串行异步通信,；发送子程序 SOUT:MOV A，R0；取发送数据到A MOV C，P；偶校验位赋予C MOV ACC.7，C；送入ASCII码最高；位中 INC R0；修改发送数据指针 MOV SBUF，A；发送数据 CLR TI；清发送中断标志 RET；子程序返回,4)编写有关的通信程序,1双机串行异步通信,；接收子程序SIN:MOV A，SU

27、BF；读入接收缓冲区内容 JNB P，EXIT；若P=0，则接收正确 ERROR：；若P=1，则接收错误；出错处理EXIT：ANL A，7FH；删去校验位 MOV R1，A；存入接收缓冲区 INC R1；修改接收缓冲区指针 CLR RI；清接收中断标志 RET；子程序返回,4)编写有关的通信程序,1双机串行异步通信,图7-16 两台8751互传数据,1双机串行异步通信,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,51系列单片机的多机通信通常采用主从式多机通信方式。在主从式多机系统中，有一台主机，多台从机，利用这种方式可以构成各种分布式控制系统，其系统结构如图7.17所示。其中，n个从机各有

28、惟一的一个地址码，地址码是识别从机身份的标志。主机发出的信息可以传送到各个从机或传送到某个指定的从机，而从机发出的信息只能被主机接收。,图7.17 主从式多机通信系统,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,多机通信中，要保证主机与从机间进行可靠的通信，通信接口必须具有从机身份的识别功能。串行口控制寄存器SCON中的SM2位就是为满足这一要求而设置的多机通信控制位。,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,串行口以方式2或方式3实现多机通信，主机发出的信息有两类，一类为地址信息，用来确定需要和主机通信的从机，其特征是主机串行传送的第9位信息TB8为1，即主机令TB8=1呼叫从机

29、；另一类是数据信息，特征是串行传送的第9位信息TB8为0，实现主从间的数据传输。,对从机来说，也要利用SCON寄存器中的SM2位的控制功能来区分地址信息和数据信息。,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,在接收时，令RI=0，若SM2为1，则仅当接收到的第9位信息RB8为1时，接收到的一帧信息才有效，接收到的数据才装入SBUF，置位RI，请求CPU对主机发出的信息进行处理。若SM2为1，接收到的第9位信息RB8为0时，则接收到的一帧信息无效。,若从机令SM2为0，则接收到一个数据后，不管第9位信息RB8是0还是1，都将数据装入接收缓冲器SBUF，并置位中断标志RI，请求CPU处理。因

30、此，对于从机来说，在接收地址时，应使SM2=1，以便接收到主机发来的地址码，从而确定主机是否打算和从机通信。一经确认后，从机应使SM2=0，以便接收数据或识别下一个地址码。,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,主从式多机通信的一般过程如下：,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,(1)使所有从机的SM2位置1(此时，所有的从机处于监听状态)，以便接收主机发来的地址码。,(2)主机发出一帧地址信息，其中包括8位需要与之通信的从机地址码，第9位信息TB8为1。,(3)所有从机接收到地址帧后，各自将所接收到的地址与本机地址相比较，若与本机地址相同，则该从机便使SM2位清0以接收

31、主机随后发来的数据信息；对于地址不符合的从机，仍保持SM2=1的状态(仍处于监听状态)，对主机随后发来的数据不予理睬，直至主机发送一个新的地址帧。,(4)主机给已被寻址的从机发送控制指令和数据(数据帧的第9位为0)。,2.主从式多机通信,7.3.1 主从机间的通信,RS-232C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)于1962年制定的一种串行通信接口标准(1987年1月修改的RS-232C标准称为RS-232D，不过两者差别不大，因此仍可用旧标准)。RS-232C标准规定了在串行通信中数据终端设备(简称DTE，如个人计算机)和数据通信设备(简

32、称DCE，如调制解调器)间物理连接线路的机械、电气特性，以及通信格式和约定，该标准是异步串行通信中应用最广泛的总线标准。,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,1.RS-232C的引脚功能,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,完整的RS-232C接口由主信道、辅信道共22根连线组成，不过该标准对引脚的机械特性并未做严格规定，一般采用标准的25芯D型插座(通过25芯D型插头连接)，其接口信号名称及主要信号流向如图7-18(a)所示。尽管辅信道也可用于串行通信，但速率低，很少用。此外，当两个设备以异步方式通信时，也无需使用主信道中所有的联络信号，因此RS-232C接口也可以采用9

33、芯D型插座(如微机系统中的串行口)，其接口信号名称及主要信号流向如图7-18(b)所示。,1.RS-232C的引脚功能,图7-18 RS-232C接口插座(a)(a)25芯D型插座RS-232C接口信号名称及主要信号流向；,1.RS-232C的引脚功能,图7-18 RS-232C接口插座(b)(b)9芯D型插座上的RS-232C接口信号名称及主要信号流向,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,2.RS-232C串行接口标准中主信道重要信号的含义：,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,RS-232C串行接口标准中主信道重要信号的含义如下：TXD：串行数据发送引脚，输出。RXD：

34、串行数据接收引脚，输入。DSR：数据设备(DCE)准备就绪信号，输入，主要用于接收联络。当DSR信号有效时，表明本地的数据设备(DCE)处于就绪状态。DTR：数据终端(DTE)准备就绪信号，输出，用于DTE向DCE发送联络。当DTR信号有效时，表示DTE可以接收来自DCE的数据。,2.RS-232C串行接口标准中主信道重要信号的含义：,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,RTS：发送请求，输出。当DTE需要向DCE发送数据时，向接收方(DCE)输出RTS信号。CTS：发送允许或清除发送，输入。作为“清除发送”信号使用时，由DCE输出，当CTS有效时，DTE将终止发送(如DCE忙或有重

35、要数据要回送DTE)；而作为“允许发送”信号使用时，情况刚好相反：当接收方接收到RTS信号后进入接收状态，接收方准备就绪后向请求发送方回送CTS信号，发送方检测到CTS有效后，启动发送过程。,3.电平转换,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,为保证数据的可靠传送，RS-232C标准规定发送数据线TXD和接收数据线RXD均采用EIA电平，即传送数字“1”时，传输线上的电平在3V15V之间；传送数字“0”时，传输线上的电平在315V之间。但单片机串行口采用正逻辑的TTL电平，这样就存在TTL电平与EIA电平之间的转换问题。,例如当单片机与PC机进行串行通信时，PC机的COM1或COM2口

36、发送引脚TXD信号是EIA电平，不能直接与单片机串行口接收端RXD引脚相连；同样单片机串行口发送端TXD引脚输出信号采用正逻辑的TTL电平，也不能直接与PC机串行口COM1或COM2的RXD端相连。,3.电平转换,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,RS-232C与TTL之间电平转换芯片主要有传输线发送器MC1488(把TTL电平转成EIA电平)、传输线接收器MC1489(把EIA电平转成TTL电平)、MAX232以及Sipex202/232系列RS-232电平转换专用芯片。,其中MAX232以及Sipex202/232系列芯片集成度高，单5V电源(内置了电压倍增电路及负电源电路)工

37、作，只需外接5个容量为0.11F的小电容即可完成两路RS-232与TTL电平之间的转换，是单片机应用系统中最常用的RS-232电平转换芯片。MAX232电平转换芯片的引脚如图7-19所示，内部结构及典型应用电路如图7-20所示。,图7-19 MAX232管脚图,3.电平转换,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,图7-20 MAX232芯片的典型应用电路,3.电平转换,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,MAX232的推荐工作条件见表7.4。,3.电平转换,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,表7.4 MAX232的推荐工作条件,MCS-51单片机利用MAX232与

38、PC机通信典型电路如图所示。,4.RS-232C的连接,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,4.RS-232C的连接,实际上，RS-232C接口联络信号没有严格定义，通过RS-232C接口标准通信的两个设备可能只使用其中的一部分联络信号，在极端情况下也可能不使用联络信号，只通过TXD、RXD和GND三根连线实现串行通信。此外，联络信号的含义和连接方式也可能因设备种类的不同而有差异。正因如此，通过RS-232C接口通信的设备可能遇到不兼容的问题。,7.3.2 RS-232C串行接口标准及应用,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,在“串入并出”芯片(如74LS164、74LS1

39、65、74HC595等)的配合下，通过串行口方式0可扩展MCS-51 芯片的输出口。当使用74LS164芯片扩展输出口时，MCS-51 芯片的RXD引脚接74LS164芯片的串行数据输入端，TXD引脚接74LS164芯片的移位脉冲输入端CLK，如图7-21(a)所示。74HC595芯片功能比74LS164更强，采用16引脚封装，提供串行数据输出端SDO，级联方便(将前一片的串行数据输出端SDO接下一片的串行数据输入端SDI即可)，当输出允许为高电平时，并行数据输出端QAQH为高组态。,7.4 串行接口的应用,图7-21 利用串行口方式0扩展输出口(a)通过74LS164“串入并出”芯片扩展输出

40、口；(b)通过74HC595“串入并出”芯片扩展输出口,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,当使用74HC595芯片扩展输出口时，MCS-51芯片的RXD引脚接74HC595芯片的串行数据输入端SDI，TXD引脚接74HC595芯片的串行移位脉冲输入端SRCLK，并行数据输出锁存脉冲RCLK可由CPU另一I/O引脚(如P1.7提供)，串行移位寄存器清除端可接高电平，如图7-21(b)所示。值得注意的是，74HC595串行移位脉冲SRCLK对边缘有严格要求，当CPU I/O引脚驱动能力不足时，需在CPU I/O引脚与74HC595芯片的SRCLK输入端之间加驱动器，如CD40106芯片

41、等；此外还必须注意通过74HC595“串入并出”芯片输出时，应先送b7位。,7.4 串行接口的应用,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,串行数据输出过程概括如下：在发送中断标志TI为0(即无效)的情况下，执行写串行数据输出缓冲器SBUF指令(如“MOV SBUF，A”)即可将SBUF寄存器中的内容由低位到高位依次输出到RXD引脚，同时TXD引脚输出移位脉冲，使外接的“串入并出”芯片逐一接收来自RXD引脚上的串行数据。当8位数据发送结束后，发送中断标志TI自动置1，输出数据(即SBUF寄存器内容)也就出现在74LS164芯片的并行输出端。这样在执行写SBUF寄存器操作后，可通过查询TI

42、标志来确定发送过程是否完成。当然，在中断处于开放状态下(串行中断允许ES为1，中断允许EA为1)，TI有效时，将产生串行中断请求。值得注意的是，CPU响应串行中断后不会自动清除TI，需要用“CLR TI”指令清除TI，以便输出新的串行数据。,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,参考程序如下：MOV SCON，#00000000B；定义串行口工作方；式，并清除发送中断TIMOV SUBF，A；输出串行数据LOOP：JNB TI，LOOP；等待一帧数据发送结束,在“并入串出”芯片(如74LS165、74HC597)的配合下，即可通过串行口方式0扩展MCS-51的输入引脚，其中MCS-51

43、的RXD引脚接74LS165芯片的串行数据输出端，TXD引脚接74LS165芯片的移位脉冲CLK，如图7-22所示。,图7-22 利用串行口方式0扩展输入口,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,串行数据输入过程概括如下：在REN位为1(允许接收)的情况下，通过执行“CLR RI”指令启动串行接收过程，即在移位脉冲(来自TXD引脚)作用下，74LS165芯片并行数据b0b7逐一移位到RXD引脚，并保存到CPU内的串行接收缓冲器内，当接收到b7位数据时，串行接收中断标志位RI为1，表明已接收了一帧数据，CPU读SBUF寄存器即可获得串行输入数据。这样在REN为1后，可通过查询RI标志来确

44、定接收过程是否结束。当然，在中断处于开放状态下(串行中断允许ES为1，中断允许EA为1)且RI有效时，将产生串行中断请求。值得注意的是，CPU响应串行中断后，不会自动清除RI，需要用“CLR RI”指令清除RI，以便接收新的数据。,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,在方式0中，串行口控制寄存器SCON内的TB8、RB8两位没有定义，可设为0，但SM2位必须为0；电源控制寄存器PCON中的波特率倍增位SMOD1位也没有定义，可以是任意值。,由于方式0不能自动插入及检测起始位、停止位，因此工作在方式0下的串行口不能作为串行通信口，只能用于扩展I/O口。,参考程序如下：MOV SCON，#00000000B；定义串行口工;作方式CLR P1.7；输出送数脉冲(允许;74LS165芯片接收并;锁存并行输入端数据)NOPSETB P1.7；延迟一个机器周期后，取消;送数负脉冲 SETB REN；允许接收CLR RI；清除接收中断标志RI，启动;接收串行LOOP：JNB RI，LOOP；等待一帧数据接收结束 MOV A，SBUF；读串行输入数据,1.应用方式0扩展MCS-51 芯片的输出口,7.4 串行接口的应用,