51手記之標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行傳送

用一幀表示一個(gè)字符,一個(gè)字符包括4個(gè)部分

起始位1位有效

數(shù)據(jù)位5--8位

奇偶校驗(yàn)位1位

停止位1位、1位半、2位“1”有效

在異步通信時(shí)，通信雙方必須事先約定

①字符格式。雙方要事先約定數(shù)據(jù)位的位數(shù)、奇偶校驗(yàn)形式及起始位和停止位的位數(shù);

例如：用ASCⅡ碼通信，有效數(shù)據(jù)為7位，加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位、一個(gè)起始位和一個(gè)停止位共10位。當(dāng)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(jìn)制位數(shù)。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(gè)數(shù)據(jù)前后附加起始位、停止位，每發(fā)送一個(gè)字符約有20%的附加數(shù)據(jù)，占用了傳輸時(shí)間，降低了傳送效率

同步通信則去掉每個(gè)數(shù)據(jù)的起始位和停止位，把要發(fā)送的數(shù)據(jù)按順序連接成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)塊的開頭附加1～2個(gè)同步字符，

在數(shù)據(jù)塊的末尾加差錯(cuò)校驗(yàn)字符。同步通信的數(shù)據(jù)格式如圖7-2所示。在數(shù)據(jù)塊內(nèi)部，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間沒有間隙。

要求：發(fā)送和接收雙方要保持完全同步，所以，要求發(fā)送和接收設(shè)備必須使用同一時(shí)鐘。

解決辦法：

對(duì)于近距離通信：采用在傳輸線中增加一根時(shí)鐘信號(hào)線來解決。

對(duì)于遠(yuǎn)距離通信：通過解調(diào)器從數(shù)據(jù)流中提取同步信號(hào)，用鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)收、發(fā)頻率完全相同的時(shí)鐘信號(hào)。

如上所述，異步通信技術(shù)較為簡單，應(yīng)用范圍廣；同步通信傳輸速率高，適用于高速率、大容量的數(shù)據(jù)通信，但硬件復(fù)雜。

2.串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式

單工方式：數(shù)據(jù)傳送是單向的，一端為發(fā)送另一端為接收，只需一條數(shù)據(jù)線。

半雙工方式：數(shù)據(jù)傳送是雙向的，A→B，B→A，同一時(shí)間只能做一個(gè)方向傳送，只需一條數(shù)據(jù)線。

全雙工方式：數(shù)據(jù)傳送是雙向的，A、B兩端可同時(shí)發(fā)送，又可同時(shí)接收，需兩根數(shù)據(jù)線。

MCS-51系列單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口

1.串行口結(jié)構(gòu)

組成：發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器：只能寫入，不能讀出

接收數(shù)據(jù)緩沖器：只能讀出，不能寫入

發(fā)送控制器

輸出控制門

接收控制器

輸入移位寄存器

兩個(gè)專用寄存器SCON：存放串行口的控制和狀態(tài)信息

PCON：改變串行通信波特率

發(fā)送緩沖器和接收緩沖器兩個(gè)用同一符號(hào)SBUF，地址99H，用指令判斷選哪個(gè)

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(shí)，SM2位(多機(jī)通訊控制位)必須為0。

1)方式0

發(fā)送數(shù)據(jù)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(kuò)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(shù)據(jù)為一幀，不設(shè)起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。

波特率固定為fosc/12。

①發(fā)送

當(dāng)CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，串行口即把SBUF中的8位數(shù)據(jù)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(fā)送完8位數(shù)據(jù)置“1”中斷標(biāo)志位TI。

②接收

方式0接收時(shí)，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(dāng)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(shí)RI=0)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，串行口即開始接收數(shù)據(jù)。

引腳RXD為數(shù)據(jù)輸入端，TXD為移位脈沖信號(hào)輸出端，接收器也以fosc/12的固定波特率采樣RXD引腳的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)接收到8位數(shù)據(jù)時(shí)置“1”中斷標(biāo)志RI。表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，可進(jìn)行下一幀數(shù)據(jù)的接收。

2)方式1

8位異步收發(fā)通信。用于數(shù)據(jù)的串行發(fā)送和接收。TXD腳和RXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

方式1收發(fā)一幀的數(shù)據(jù)為10位，1個(gè)起始位(0)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位(1)，先發(fā)送或接收最低位。

①發(fā)送

方式1輸出時(shí)，數(shù)據(jù)位由TXD端輸出，

當(dāng)CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫發(fā)送緩沖器SBUF的指令，就啟動(dòng)發(fā)送。圖中TX時(shí)鐘的頻率就是發(fā)送的波特率。發(fā)送開始時(shí)，內(nèi)部發(fā)送控制信號(hào)變SEND*變?yōu)橛行?，將起始位向TXD輸出。

此后，每經(jīng)過一個(gè)TX時(shí)鐘周期，便產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖，并由TXD輸出一個(gè)數(shù)據(jù)位。8位數(shù)據(jù)位全部發(fā)送完畢后，置“1”中斷標(biāo)志位TI，然后SEND*信號(hào)失效。

②接收

前提REN=1；數(shù)據(jù)從RXD(P3.0)引腳輸入。當(dāng)檢測到起始位的負(fù)跳變時(shí)，則開始接收。

定時(shí)控制信號(hào)有兩種(如圖所示)，一種是接收移位時(shí)鐘(RX時(shí)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(shí)鐘的16倍。也就是在1位數(shù)據(jù)期間，有16個(gè)采樣脈沖，以波特率的16倍的速率采樣RXD引腳狀態(tài)，當(dāng)采樣到RXD端從1到0的跳變時(shí)就啟動(dòng)檢測器，采用三中取二的原則，接收的值是3次連續(xù)采樣(第7、8、9個(gè)脈沖時(shí)采樣)取其中兩次相同的值，以確認(rèn)是否是真正的起始位(負(fù)跳變)的開始。

當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢以后，必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件，這次接收才真正完成。

a.RI=0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，RI=1發(fā)出的中斷請(qǐng)求已被響應(yīng)，SBUF中的數(shù)據(jù)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(shí)，停止位已進(jìn)入RB8)，則收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8(RB8裝入停止位)，且置“1”中斷標(biāo)志RI。

若這兩個(gè)條件不同時(shí)滿足，收到的數(shù)據(jù)不能裝入SBUF，該幀數(shù)據(jù)將丟失。

方式1波特率=(2SMOD/32)×定時(shí)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(shù)據(jù)均為11位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位(先低位)，1位可程控的第9位數(shù)據(jù)和1位停止位。

方式2波特率=(2SMOD/64)×fosc

①發(fā)送

發(fā)送前，先根據(jù)通訊協(xié)議由軟件設(shè)置TB8(例如，雙機(jī)通訊時(shí)的奇偶校驗(yàn)位或多機(jī)通訊時(shí)的地址/數(shù)據(jù)的標(biāo)志位)。

②接收

REN=1。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當(dāng)位檢測邏輯采樣到RXD引腳從1到0的負(fù)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(shù)據(jù)后，需滿足以下兩個(gè)條件，才能將接收到的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位RB8=1時(shí)。

當(dāng)上述兩個(gè)條件滿足時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF(接收緩沖器)，第9位數(shù)據(jù)送入RB8，并置“1”RI。若不滿足這兩個(gè)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(shí)器T1的溢出率=(2SMOD/32)/(256-TL1)

3.多機(jī)通信

串行口用于多機(jī)通信時(shí)必須使用方式2或方式3。

由單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)系統(tǒng)，常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)：在多個(gè)單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，只有一個(gè)是主機(jī)，其余是從機(jī)，主機(jī)發(fā)送的信息可被各從機(jī)接收，而各從機(jī)發(fā)送的信息只有主機(jī)接收，從機(jī)與從機(jī)之間不能互相直接通信。

主機(jī)的RXD與所有從機(jī)的TXD端相連，TXD與所有從機(jī)的RXD端相連。

多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)，主要靠主、從機(jī)正確地設(shè)置與判斷多機(jī)通信控制位SM2和發(fā)送、接收的第9位數(shù)據(jù)（TB8或RB8）。

1)多機(jī)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(shè)置的多機(jī)通訊控制位。

在串行口以方式2(或方式3)接收時(shí)：

若SM2=1，表示允許多機(jī)通訊，這時(shí)出現(xiàn)兩種可能情況:

①接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，并將中斷標(biāo)志RI置“1”，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求;

②接收到的第9位數(shù)據(jù)為0時(shí)，則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志，信息將拋棄。

若SM2=0，則接收的第9位數(shù)據(jù)不論是0還是1，都產(chǎn)生RI=1中斷標(biāo)志，接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF中。

當(dāng)主機(jī)給從機(jī)發(fā)送信息時(shí)，要根據(jù)發(fā)送信息的性質(zhì)來設(shè)置TB8，

發(fā)送地址信號(hào)時(shí)，設(shè)置TB8=1，

發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時(shí)，設(shè)置TB8=0。

當(dāng)從機(jī)的SM2為1時(shí)，該從機(jī)只接收地址幀（RB8位為1），對(duì)數(shù)據(jù)幀（RB8位為0）不予理睬。

而當(dāng)SM2為0時(shí)，該從機(jī)接收所有發(fā)來的信息。

2)多機(jī)通信過程

①令所有從機(jī)的SM2位置1，使它們處于只接收地址幀的狀態(tài)(即從機(jī)復(fù)位);

②主機(jī)發(fā)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(fā)送的是地址；

③從機(jī)接收到地址幀后，各自中斷CPU，把接收到的地址與其本機(jī)地址作比較；

④地址相符的從機(jī)對(duì)SM2清0，準(zhǔn)備接收主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)/命令。地址不符的從機(jī)仍維持SM=1不變，對(duì)主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬，直到主機(jī)發(fā)來新的地址幀；

⑤主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息（第9位為0）給被尋址的從機(jī)；

⑥被尋址的從機(jī)，因SM=0，可以接收主機(jī)發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)。當(dāng)從機(jī)接收數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，置位SM2，返回接收地址幀狀態(tài)（復(fù)位狀態(tài)）；

⑦當(dāng)主機(jī)需改為與其他從機(jī)通信時(shí)，可再發(fā)出地址幀來呼叫其他從機(jī)。