51手记之标准51(四)

1.串行通信基本方式：异步通信和同步通信

1).异步通信方式——以“字符”为单位进行传送

        用一帧表示一个字符,一个字符包括4个部分

        起始位   1位  有效 

        数据位   5--8位

        奇偶校验位   1位

        停止位 1位、1位半、2位  “1”有效

    在异步通信时，通信双方必须事先约定

        ①字符格式。 双方要事先约定数据位的位数、奇偶校验形式及起始位和停止位的位数;

 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。

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，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7-2所示。在数据块内部，数据与数据之间没有间隙。

        要求：发送和接收双方要保持完全同步，所以，要求发送和接收设备必须使用同一时钟。

        解决办法：

        对于近距离通信：采用在传输线中增加一根时钟信号线来解决。

        对于远距离通信：通过解调器从数据流中提取同步信号，用锁相技术实现收、发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。

2.串行通信数据传输方式

        单工方式：数据传送是单向的，一端为发送另一端为接收，只需一条数据线。

        半双工方式：数据传送是双向的，A→B，B→A，同一时间只能做一个方向传送，只需一条数据线。

        全双工方式：数据传送是双向的，A、B两端可同时发送，又可同时接收，需两根数据线。

MCS-51系列单片机有一个全双工的串行口

1.串行口结构

        组成：发送数据缓冲器：只能写入，不能读出

        接收数据缓冲器：只能读出，不能写入

        发送控制器

        输出控制门

        接收控制器

        输入移位寄存器

        两个专用寄存器 SCON：存放串行口的控制和状态信息

        PCON：改变串行通信波特率

        发送缓冲器和接收缓冲器两个用同一符号SBUF，地址99H，用指令判断选哪个

        MOV SBUF，A  写入；MOV A，SBUF 读出

2.工作方式

        串行口有4种工作方式，由SCON中的SM0:SM1来定义。方式0时，SM2位(多机通讯控制位) 必须为0。

1)方式0

        发送数据缓冲器：只能写入，不能读出

        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。

        RXD引脚——串行输入/输出

       TXD引脚——输出同步移位脉冲

       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。

①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位数据置“1”中断标志位TI。

②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。 REN=1，允许接收。当CPU向串行口的SCON寄存器写入控制字(置为方式0，并置“1”REN位，同时RI=0) 时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。

        引脚RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器也以fosc/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当接收到8位数据时置“1”中断标志RI。表示一帧数据接收完毕，可进行下一帧数据的接收。

2)方式1

        8位异步收发通信。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个起始位(0) ，8个数据位，1个停止位(1) ，先发送或接收最低位。

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，就启动发送。图中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SEND*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，置“1”中断标志位TI，然后SEND*信号失效。

②接收

        前提REN=1；数据从RXD(P3.0) 引脚输入。当检测到起始位的负跳变时，则开始接收。

        定时控制信号有两种(如图所示)，一种是接收移位时钟(RX时钟)，它的频率和传送的波特率相同。另一种是位检测器采样脉冲，它的频率是RX时钟的16倍。也就是在1位数据期间，有16个采样脉冲，以波特率的16倍的速率采样RXD引脚状态，当采样到RXD端从1到0的跳变时就启动检测器，采用三中取二的原则，接收的值是3次连续采样(第7、8、9个脉冲时采样) 取其中两次相同的值，以确认是否是真正的起始位(负跳变) 的开始。

        当一帧数据接收完毕以后，必须同时满足以下两个条件，这次接收才真正完成。

        a.RI=0，即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已被响应，SBUF中的数据已被取走，说明“接收SBUF”已空。

        b.SM2=0或收到的停止位=1(方式1时，停止位已进入RB8)，则收到的数据装入SBUF和RB8(RB8装入停止位) ，且置“1”中断标志RI。

        若这两个条件不同时满足，收到的数据不能装入SBUF，该帧数据将丢失。

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

3)方式2

        9位异步通信接口。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波特率=(2SMOD/64)×fosc

①发送

        发送前，先根据通讯协议由软件设置TB8(例如，双机通讯时的奇偶校验位或多机通讯时的地址/数据的标志位)。

②接收

        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。在接收器完第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。

        a.RI=0，意味着接收缓冲器为空。

        b.SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1时。

        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RB8，并置“1”RI。若不满足这两个条件，接收的信息将被丢弃。

4)方式3

        方式3为波特率可变的9位异步通讯方式，除波特率外，方式3和方式2相同。

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

3.多机通信

        串行口用于多机通信时必须使用方式2或方式3。

        由单片机构成的多机系统，常采用总线型主从式结构：在多个单片机组成的系统中，只有一个是主机，其余是从机，主机发送的信息可被各从机接收，而各从机发送的信息只有主机接收，从机与从机之间不能互相直接通信。

        主机的RXD与所有从机的TXD端相连，TXD与所有从机的RXD端相连。

        多机通信的实现，主要靠主、从机正确地设置与判断多机通信控制位SM2和发送、接收的第9位数据（TB8或RB8）。

1)多机通信原理

        串行口控制寄存器SCON中的SM2位就是满足这一条件而设置的多机通讯控制位。

        在串行口以方式2(或方式3)接收时：

        若SM2=1，表示允许多机通讯，这时出现两种可能情况: 

         ①接收到的第9位数据为1时，数据才装入SBUF，并将中断标志RI置“1”，向CPU发出中断请求; 

        ②接收到的第9位数据为0时，则不产生中断标志，信息将抛弃。

        若SM2=0，则接收的第9位数据不论是0还是1，都产生RI=1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。

        当主机给从机发送信息时，要根据发送信息的性质来设置TB8，

        发送地址信号时，设置TB8=1，

        发送数据或命令时，设置TB8=0。

        当从机的SM2为1时，该从机只接收地址帧（RB8位为1），对数据帧（RB8位为0）不予理睬。

        而当SM2为0时，该从机接收所有发来的信息。

2)多机通信过程

        ①令所有从机的SM2位置1，使它们处于只接收地址帧的状态(即从机复位);

        ②主机发送一帧地址信息，其中包括8位地址，第9位（即TB8）为1，以表示发送的是地址；

        ③从机接收到地址帧后，各自中断CPU，把接收到的地址与其本机地址作比较；

        ④地址相符的从机对SM2清0，准备接收主机发来的数据/命令。地址不符的从机仍维持SM=1不变，对主机发来的数据帧不予理睬，直到主机发来新的地址帧；

        ⑤主机发送数据或控制信息（第9位为0）给被寻址的从机；

        ⑥被寻址的从机，因SM=0，可以接收主机发送过来的所有数据。当从机接收数据结束时，置位SM2，返回接收地址帧状态（复位状态）；

        ⑦当主机需改为与其他从机通信时，可再发出地址帧来呼叫其他从机。