51单片机串行通信原理

51单片机串行通信原理

• 计算机通信
• • 串行通信
  • • 异步通信
    • 同步通信
    • 数据传送速率
    • 传输方向
• 单片机串行口
• • 串行口特殊功能寄存器
  • • 串行口控制寄存器SCON
    • 电源控制寄存器PCON
  • 波特率的设定与计算
• PC与多个单片机通信
• 串口如何使用

计算机通信

计算机通信：计算机与外部设备或计算机之间的信息交换。基本的通信方式有两种。

1. 并行通信：将传送数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。优点：控制简单，传输速度快。缺点：由于传输线较多，长距离传送成本高且接收方的各位同时接受困难。
2. 串行通信：所传送的数据各位按顺序一位一位地发送或接收。优点：传输线少，成本低。缺点：控制复杂。

串行通信

异步通信

通信的发送与接收设备使用自己的时钟控制数据的发送和接收过程（两个时钟尽可能一致）。
数据或字符是一帧一帧地传送的。先用一个起始位0表示字符的开始，然后是8位数据，规定低位在前，高位在后。其后是奇偶校验位，此位通过对数据奇偶性的检查，可用于判别字符传送的正确性（可省略）。最后是停止位，用以表示字符的结束。

同步通信

发送方时钟对接收方时钟的完全控制，保持位同步关系也保持字符同步关系。

数据传送速率

波特率： 每秒钟传送二进制代码的位数
单位：位/秒，bps
传输距离随传输速率增加而减少。
调制解调器：由于距离太远时，要先采用调制器把数字信号转换位模拟信号，并加以放大在传送。在接收时，在用解调器把模拟信号转换成数字信号在送入计算机接口。

传输方向

单工：数据传输仅能沿一个方向
半双工：数据传输可以沿两个方向，但要分时进行。
全双工：数据可以同时进行双向输出

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单片机串行口

内部硬件结构：两个物理上独立的接受、发送缓冲器SBUF。发送缓冲器只能写入不能读出。接收缓冲器只能读出不能写入。

串行口特殊功能寄存器

串行口控制寄存器SCON

符号	字节地址	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	复位值
SCON	98H	SM0/FE	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI	0000 0000

1. RI：接收中断标志位。在方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬件自动置1。在其他方式中，串行接收到停止位时，该位置1。RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断，要求CPU从接收SBUF取走数据。RI必须用软件清0。
2. TI：发送中断标志位。。在方式0时，发送完第8位数据时，TI由硬件自动置1。在其他方式中，串行发送停止位的开始时，该位置1。TI=1，表示一帧数据发送完毕，并申请中断，在 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必须用软件清0。
3. RB8：接收的第9位数据。在方式1时，若SM2=0，RB8接收到的停止位。在方式0中。不使用RB8.
4. TB8：发送的第9位数据。其值由软件置1或清0。在双机串行通信时，一般作为奇偶校验位使用；在多级串行通信中用来表示主机发送的是地址帧还是数据帧，TB9=1为地址帧，TB8=0为数据帧。在方式0和方式1中，不使用TB8。
5. REN：允许串行接受位。由软件置1或清0。REN=1，允许串行口接收数据；REN=0，禁止串行口接收数据。
6. SM2：多机通信控制位。在方式2和方式3时进行。如果SM2=1，则只有当接收到的第九位数据（REB）为1时，才使RI置1，产生中断请求，并将接收到的前8位数据送入SBUF，当接收到的第九位数据位0时，则将接收到的前8位数据丢弃；如果SM2=0，则将前8位数据送入SBUF中，并使RI置1。
7. SM0/SM1：方式选择位

SM0	SM1	工作方式	功能	说明	波特率
0	0	方式0	8位同步移位寄存器	常用于扩展I/O口	fosc/12
0	1	方式1	10位URAT	8位数据、起始位、结束位	可变（由定时器控制）
1	0	方式2	11位URAT	8位数据、起始位0、结束位1和奇偶校验位	fosc/32或fosc/64
1	1	方式3	11位URAT	8位数据、起始位0、结束位1和奇偶校验位	可变（由定时器控制）

f_osc=晶振的频率。
URAT=异步通信寄存器

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电源控制寄存器PCON

符号	字节地址	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	位名称	复位值
PCON	87H	SMOD	SMOD0		POF	GF1	GF0	PD	IDL	0xx1 0000

仅SMOD、SMOD0两位与串口有关

1. SMOD0：帧错位检测有效控制位。当SMOD0=1时，SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE（帧错误检测）功能。当SMOD0=0时，SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能。
2. SMOD：波特率选择位。（波特率倍增位）：在方式2时，SMOD=1要比SMOD=0时的波特率加倍。

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波特率的设定与计算

3. 方式0
   $$波特率=\frac{f_{osc}}{12}$$
4. 方式2
   $$波特率=\frac{2^{SMOD}}{64}\times f_{osc}$$
   串行口工作在方式2时，波特率仅与SMOD位的值有关。
5. 方式1和方式三
   $$波特率=\frac{2^{SMOD}}{32}\times 定时器T1的溢出率$$
   T1常设置为方式2定时，即8位重装入方式，并且不允许T1中断。可以避免软件重装初值带来的定时误差。
   $$定时器1的溢出率=\frac{1}{溢出周期}=\frac{1}{(256-X)\times T_{cy}}=\frac{f_{osc}}{12\times (256-X)}$$
   式中T_cy为系统机器周期；X为初值

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PC与多个单片机通信

1. 采用RS-232标准总线通信
2. 采用RS-422标准总线通信

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串口如何使用

串行口工作之前，应对其初始化

1. 确定T1的工作方式（TMOD）；
2. 计算T1的初值，装载TH1,TL1；
3. 启动T1（TCON中的TR1位）
4. 确定串行口控制（SCON）
   中断设置（IE,IP寄存器）