第九章 串行通信技术

计算机与外界的信息传输被称为通信，基本通信方式有并行通信和串行通信两种。
8051单片机具有一个全双工的异步串行通信接口，可以同时发送数据和接收数据。

并行通信方式指数据的各个二进制位在不同的数据线上同时传输。适用于近距离传输。

优点：

1. 传输速度快

2. 效率高

缺点：

1. 所需数据线多

2. 成本高

3. 抗干扰能力差

串行通信指将数据拆分成多个二进制位，逐一地在同一条数据线上输出。适用于远距离传输

优点：

1. 所需数据线少

2. 硬件电路简单

3. 抗干扰能力强

缺点：

1. 传输速度慢

2. 效率较低

9.1 串行通信概述

1. 同步通信和异步通信

串行通信有同步通信和异步通信两种基本的通信方式。

（1）同步通信

同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，待发送地的若干个字符构成一个数据块，在该数据块前添加一两个同步字符，在末尾添加校验信息。

（2）异步通信

异步通信中，每个字符被封装成帧，以帧的形式发送。每一帧由四个部分构成，分别由起始位，数据位，校验位和停止位。

2. 串行通信的方向

根据数据传送方向，串行通信可以分为三个种类，分别是单工、半双工和全双工。

• 单工：通信双方一方固定为发送方，另一方固定为接收方，数据只能是单行传送。

• 半双工： 通信双方只使用一根数据线，每一方都有发送器和接收器，可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时接收或发送数据，只能交替进行。

• 全双工：通信双方使用两根数据线，分别用于不同方向的数据传输，通信双方能够同时收发数据。

3. 波特率

波特率是数据传输效率，指每秒钟传送二进制位的个数，单位为bit/s、

波特率越高，串口数据传输速度越快。

9.2 串行通信接口的结构

数据发送缓冲器SBUF和数据接收缓冲器SBUF共有同一个地址0x99，数据发送SBUF只能发送不能读入，数据接收SBUF只能读出不能写入。

在串行口发送数据时，CPU将待发送的数据写入到发送SBUF中便启动一次发送过程，该数据被封装成帧一位一位地送到发送引脚TXD上。接收的数据被一位一位的从接收引脚RXD上接入到数据移位寄存器中，一帧接收完毕后再被自动送入到接收SBUF中，CPU读取接收SBUF，便完成了一次串口接收过程。

9.3 串行通信接口的控制

1. 串行控制寄存器SCON

它用于控制串行通信的方式选择、接收和发送，指示串口的状态。SCON既可以字节寻址，也可以位寻址。

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI
9FH	9EH	9DH	9CH	9BH	9AH	99H	98H

• SM0, SM1：串行口工作方式控制位。

• SM0	SM1	工作方式	功能	波特率
  0	0	方式0	8位同步移位寄存器	晶振频率/12
  0	1	方式1	10位UART	可变
  1	0	方式2	11位UART	晶振频率/64或晶振频率/32
  1	1	方式3	11位UART	可变

• 工作方式0：串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。

• 工作方式1：方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据的发送引脚，RXD是数据的接受引脚。传送一帧数据的格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位。

• 方式2或方式3：方式2或方式3时，为11位数据的异步通信口，TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。起始位1位、数据位9位（含附加的第九位，发送时为SCON中的TB8，接收时为SCON中的RB8）、停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/32或1/64。方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。

• SM2：多机通信控制位。

多机通信是工作于方式2和方式3，即SM2主要用于方式2和方式3。当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据（RB8）为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接收到的数据放弃。当SM2=0时，就不管第9位数据是0还是1，都会将数据送入SBUF，并发出中断申请。

• REN：允许接受位。

REN=1：允许接收
REN=0：禁止接收

• TB8：发送数据位8.

在方式2和方式3中，TB8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。

• RB8：接收数据位8（一般配置为0）。

在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。

• TI：发送中断标志位。

可寻址标志位。方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式下，在发送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。

• RI：接收中断标志位。

可寻址标志位。接收完第8位数据后，该位由硬件置位，在其他工作方式下，该位由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。

在配置串口初始化程序的时候，我们一般只用配置高四位，如果我们选择工作方式1，那么就是SCON=0X50；（SM0=0，SM1=1，SM2=0，REN=1）

2. 电源管理寄存器PCON

字节地址0x87，不可以位寻址，单片机复位时PCON全清零。

PCON	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0x87	SMOD	-	-	-	-	-	-	-

PCON中与串口通信有关的是最高位D7，用于设置串行口波特率是否加倍

• 当SMOD=1时，方式1、2、3的波特率加倍；

• 当SMOD=0时，方式1、2、3波特率不变。

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