單片機原理及應用課件：第7章 通信

內(nèi)容提要

通信的基本概念串行通信

串行口結(jié)構(gòu)及工作原理串行通信編程舉例

多機通信原理及系統(tǒng)設計RS-232-C接口標準

RS-485接口

7.1通信的基本概念7.1.1通信的意義

1.學習通信技術(shù)的意義 通信是當代計算機應用的核心。網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫是計算機兩大支柱。通信是網(wǎng)絡研究的目的；網(wǎng)絡是通信架構(gòu)

通信思想的起源：由單個計算機構(gòu)成的封閉系統(tǒng)有很大的局限性：能力不足、系統(tǒng)復雜、實時性差、系統(tǒng)封閉，不易于產(chǎn)品兼容；信息不能被共享，重復而造成浪費等等?；谏鲜鲈颍嘤嬎銠C系統(tǒng)出現(xiàn)。

7.1.2通信的定義及數(shù)據(jù)的傳輸

（1）通信的定義 廣義上說，兩個以上智能體之間的信息交換的過程就是“通信”。強調(diào)“智能”的原因是通信的實體必須能理解通信內(nèi)容的含義。

（2）信息傳送的方式 計算機通信從信息傳送方式可分為并行和串行通信

1）并行通信

兩通信設備一次交換多個bit的數(shù)據(jù)的通信方式。其傳輸?shù)乃俾视妹棵腌妭魉偷淖止?jié)數(shù)來表示（b/s）。其特點是通信速率高，缺點是通信線路多，因為每一bit的數(shù)據(jù)都要有一條數(shù)據(jù)線與之對應，不適用于遠程通信，如圖7-1所示。并行傳輸?shù)囊粋€例子是并行接口打印機。

2）串行通信

兩通信設備一次交換一個bit的數(shù)據(jù)的通信方式，即字符數(shù)據(jù)（碼字）是逐位（碼元）傳送的，一個字符由若干位組成。

特點是通信速率較低，但通信線路少，經(jīng)濟，可靠，適用于遠程通信。如圖7-2所示。注：串行通信不一定需要統(tǒng)一雙方的電位，也不一定需要控制或聯(lián)絡線。電話網(wǎng)是串行通信系統(tǒng)的一個典型例子。

3通信工作方式

1）單工方式

數(shù)據(jù)只能從一方傳向另一方，而不能往反方向傳輸，如圖7-2所示，數(shù)據(jù)只能從A到B，這是根據(jù)應用的特點，簡化了通信雙方的軟、硬件造成的。單向傳輸設備，如并行接口打印機，單工就能勝任。

2）半雙工方式

允許數(shù)據(jù)往兩方傳向傳輸，但只能交替進行，而不能同時進行的傳輸方式。如圖7-3所示。

3）全雙工方式

數(shù)據(jù)可同時往兩方向傳輸?shù)膫鬏敺绞健Ｈ鐖D7-4所示。注：在多數(shù)情況下，單工、半雙工、全雙工都是對串行通信而言的，若將其推廣到并行通信。

圖7-3的電路是半雙工的。電話是全雙工的典型例子，但在實際通信時，我們往往用半雙工方式，否則，誰也得不到有用的信息。 本章只討論串行通信，即下面的討論，對象默認為串行通信。4．信道及信號的調(diào)制和解調(diào)

1）信道 信道的狹義定義指信號的傳輸介質(zhì)；廣義定義為：傳輸介質(zhì)加變換設備如調(diào)制解調(diào)器（Modem）、基帶放大器等。計算機通信系統(tǒng)中采用有線和無線兩種信道。

2）傳輸介質(zhì) 有線傳輸介質(zhì)主要包括明線、同軸電纜、雙絞線、光纖等。 無線傳輸以大氣、水或太空等為介質(zhì)。5計算機通信常用的幾種信道

1）基帶傳輸信道 指計算機之間通過實線連接的數(shù)據(jù)傳輸通道。其特點是，信號不經(jīng)過任何變換，但通常要對信號進行放大。典型的基帶傳輸信道如兩臺計算機通過RS-232-C接口的互聯(lián)。

2）載波傳輸信道

計算機之間進行遠距離通信時，基帶傳輸不僅會降低通信質(zhì)量和速率，通信成本也會隨之增大。因此發(fā)送時先用調(diào)制器將數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號再輸送到電話網(wǎng)上，接收時通過解調(diào)器將模擬信號變換為數(shù)字信號，再被計算機接收。 在通信的每一方均需要一個調(diào)制器和解調(diào)器，將他兩合在一個裝置中，就稱為調(diào)制解調(diào)器MODEM。

圖7-5是調(diào)制解調(diào)過程的示意圖。調(diào)制解調(diào)被用于遠距離數(shù)據(jù)通信，因此把他叫做數(shù)據(jù)通信設備DCE或數(shù)傳機（DATASET）。 調(diào)制解調(diào)器類型較多，有振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。FSK具有較好的抗干擾性，應用最多。波特率可達1200（baud）以上，如HT2012。7.2串行通信7.2.1串行通信協(xié)議 通信系統(tǒng)是開放的。為使通信順利進行，由通信雙方就如何交換信息所建立進來的一套規(guī)定，稱為通信控制規(guī)程，網(wǎng)絡術(shù)語中稱為協(xié)議。 另外，為統(tǒng)一接口和連接，規(guī)程中還有關(guān)于信號線功能、電氣特性、機械特性等明確的規(guī)定，稱之為接口標準。如RS-232C、RS-485接口標準等。

通信協(xié)議和接口標準是串行通信的應用指南。

通信協(xié)議也有開放協(xié)議和不開放協(xié)議之分。開放協(xié)議就是公開的、普遍認可（不被認可，開放也沒用）、完善的協(xié)議。開放協(xié)議使各廠商的產(chǎn)品可以互換，有利于用戶和產(chǎn)品市場競爭。如TCP/IP協(xié)議、CANBUS協(xié)議、Lonworks協(xié)議等。通信協(xié)議中除公共標準外，還有可根據(jù)實際應用需要制定的擴展協(xié)議部分，稱為應用通信協(xié)議。7.2.2串行通信的方式

1.同步方式 是一種連續(xù)傳輸若干字符的串行通信方式。通信時，收發(fā)雙方的碼字（字符或字節(jié)）和碼元（位）有嚴格的時序關(guān)系。如圖7-6所示 在圖7-6中，碼字中的各個碼元之間的同步稱為位同步；碼字之間的同步稱為群同步。 單片機常用的同步通信有I2C、SPI等。

2異步方式

異步通信時收發(fā)雙方在碼元和碼字上都不存在嚴格的時序關(guān)系。其特點是：字符（碼字）是一幀一幀的傳送，每一幀的傳送由起始位開始，以停止位結(jié)束。接收方通過對起始位和停止位的檢測與發(fā)送方同步，因此也稱為起止式異步通信。如圖7-7所示。 與同步通信不同，異步通信中，發(fā)送方和接收方有各自的時鐘，一幀傳輸一個字符。每幀由起始位（規(guī)定為邏輯0）、數(shù)據(jù)位（5～8位）、奇偶校驗位、停止位（規(guī)定為）組成，起止位的作用是使通信雙方同步。

（3）同步通信與異步通信方式的比較 串行通信的兩種方式相異之處列于表7-1中

4．異步串行通信中必須遵循的規(guī)定

1）字符格式的規(guī)定 通信雙方傳輸字符的格式要按規(guī)定寫。在異步傳輸方式中，字符的位數(shù)、停止位的位數(shù)（1位，1.5位，2位），是否使用奇、偶校驗位等命令，要通過對通信控制器寫操作完成設置。

2）傳輸速率必須相同 傳輸速率可用以下兩個單位來度量。 比特率：通信線路上每秒傳輸?shù)淖址奈粩?shù)，單位bit/s。 波特率（Baudrate）：通信線路上每秒傳輸波形的個數(shù)，單位為Baud（波特）。 （7-1式）

式（7-1）表示比特率總是大于或等于波特率。PC和51機的通信波形，只有高、低電平兩種碼元，n=1，L=2，比特率等于波特率。

傳輸速率的另一種表示叫位周期，它是波特率的倒數(shù)。 波特率是表明傳輸速度的標準，國際上規(guī)定的一個標準的波特率系列是：110，300，600，1200，1800，2400，4800，9600，19200。異步通信允許發(fā)送方和接收方的時鐘誤差或波特率誤差在2％～3％

7.2.3通信控制器 計算機與外設的通信，使用一個類似于郵箱或秘書的器件，幫助CPU管理通信事務。該器件稱為通信控制器。獨立完成與外設的數(shù)據(jù)通信管理工作，并在接收到有效數(shù)據(jù)或在數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，通知CPU進行處理。 通信控制器一般有幾個主要功能： （1）將待發(fā)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為協(xié)議規(guī)定的格式發(fā)送出去。 （2）在收到數(shù)據(jù)幀后，將信息翻譯、復原為原始數(shù)據(jù)，并通知CPU讀取信息。 （3）能有條件地屏蔽某些特定的信息，使CPU安心工作，不受干擾。7.3串行口結(jié)構(gòu)及工作原理

51機內(nèi)置的通用異步接收/發(fā)送器UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）電路，是實現(xiàn)串行通信的通信控制器?？刂破魇侨p工的，其結(jié)構(gòu)如圖7-8所示。

51機波特率發(fā)生器的源是單片機定時器T1或T2，T0沒有此功能，請記住。 在接口標準方面，51機的通信控制器與RS-232C的接口標準（兼容），只是51機是以Vcc為高電平基準的TTL電平。高電平代表邏輯“1”，地電平代表邏輯“0”，51機的TTL電平信號，可通過一個TTL-232轉(zhuǎn)換器（如MAX232），即可轉(zhuǎn)換為標準RS-232C信號，與RS-232C接口標準的系統(tǒng)進行通信了。

異步通信是本章討論的內(nèi)容。7.3.1串行口的工作方式

1.串行口的控制寄存器SCON SCON用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，地址98H。復位值為0。格式如表7-2所示。各位意義如下：

SM0/FE，SM1：工作方式選擇位。51共有4種工作方式，每種方式的基本功能例于表7-3中。

SM2：多機通信控制位。在方式2和方式3中，如SM2=1，則接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為0時不啟動接收中斷標志RI（即保持RI=0不變），并且將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄；只有在RB8為1時，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI，發(fā)出中斷請求。當SM2=0時，則不論RB8為0或1，都可有效接收數(shù)據(jù)，并置中斷請求位RI。工作于方式0、1時，SM2須清0。

REN：允許串行接收控制位。REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收。該位由軟件置位或復位。

TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位8（第9位數(shù)據(jù)）。在方式2和方式3時，TB8為所要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，可利用TB8位的狀態(tài)，表示發(fā)送數(shù)據(jù)的類型，如命令或數(shù)據(jù)等；在雙機通信時，也作為奇偶校驗位使用。該位由軟件置位或復位。

RB8：接收數(shù)據(jù)位8（第9位數(shù)據(jù)）。含義與TB8對應，由通信雙方在協(xié)議中定義它們的意義。

TI：發(fā)送中斷標志位。方式0下，在發(fā)送數(shù)據(jù)的第8位后被置位；在其它方式下發(fā)送停止位后被置位。該標志位需軟件清0。

RI：接收中斷標志位。方式0下，當接收到數(shù)據(jù)的第8位后，由硬件使RI置位；在其它方式下，接收到停止位后被置位。該標志位需軟件清0。

TI、RI這兩個標志位也可供查詢使用。無論CPU響應中斷與否，對通信中每一幀產(chǎn)生的請求標志TI、RI，均必須用指令清零，否則，通信將不再進行。這是51通信控制器的特點，是為了通信的可靠性而設計的。

2電源控制寄存器PCON PCON是為CHMOS單片機的電能控制而設置的專用寄存器，單元地址為87H，不能按位尋址。復位狀態(tài)為：00X10000。對標準51來說，除最高位SMOD外，其它位無意義。PCON的格式如表7-4所示。

SMOD（PCON.7）：串行口控制用的波持率倍增位。SMOD=1，方式1、2、3的波特率是SMOD=0時的2倍，因此稱SMOD為波持率倍增位。 注：SCON的FE，PCON的SMOD0功能少用，為清楚起見，本書將不再討論，在用到時可查閱相關(guān)資料。7.3.2串行口工作方式 串行口有4種工作方式，他們由SCON中的SM0、SM1來定義的，見表7-3。

（1）方式0（此部分根據(jù)進度選講） 串行口工作方式0，為移位寄存器I/O方式。發(fā)送狀態(tài)下，串行口相當于“并入串出”，而在接收狀態(tài)下，則相當于“串入并出”的移位寄存器。其接口對象是具有移位寄存器結(jié)構(gòu)的邏輯器件，用于串行I/O擴展。

（1）方式0輸出：8位數(shù)據(jù)b0～b7依次從RXD引腳輸出，TXD輸出（移位）同步脈沖，輸出脈沖頻率固定為系統(tǒng)時鐘頻率fosc的12分頻，不可改變。當8位數(shù)據(jù)輸出完后，中斷請求標志TI被置1。

（2）方式0輸入：8位數(shù)據(jù)b0～b7依次從RXD引腳輸入，TXD輸出同步脈沖，波特率=fosc/12，不可改變。當8位數(shù)據(jù)被接收后，中斷請求標志RI被置1。

2.方式1、2、3

當設置SCON中的SM0、SM1為01、10、11時，串行口工作在方式1、2、3。串口均為異步串行通信口，其中TXD是發(fā)送端，RXD是接收端。 發(fā)送或接收幀信息包括1位起始位（固定為0）、8（方式1）或9位（方式2、3）串行數(shù)據(jù)（低位在前，高位在后）和一位停止位（固定為1）共10或11位。

方式1、3的波特率是可變的。波特率與定時器T1或T2的溢出率、SMOD位有關(guān)。注意：51機的T0不能作為波特率發(fā)生器用。 方式1、方式3波特率與定時器T1溢出率、SMOD位關(guān)系如下： （7-2）方式2的波特率固定為： （7-3）

7-3式中SMOD是PCON的SMOD位。當SMOD位為1時，波特率是SMOD為0時的兩倍。因此，PCON寄存器中的SMOD位被稱為波特率倍增位。對方式1、2、3都成立。 如前所述，波特率（這里等同于比特率）是每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)。在異步串行數(shù)據(jù)傳輸時，雙方的同步是靠波特率（各自的時鐘）實現(xiàn)的。

7.3.3異步串行口通信的過程

1.方式1的發(fā)送 在TI為0情況下（表示串行口發(fā)送控制電路處于空閑狀態(tài)），任何寫緩沖器SBUF指令（如MOVSBUF，A）均會觸發(fā)串行發(fā)送過程：51串行口自動在8個數(shù)據(jù)位的前、后分別插入一個起始位和一個停止位，構(gòu)成10位信息幀。當8位數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后（即開始發(fā)送停止位）時，串行口自動將發(fā)送中斷標志TI置1。在中斷處于開放狀態(tài)下，TI有效時，將導致串行中斷。

2.方式1的接收過程 在接收中斷標志RI為0（串行接收緩沖寄存器SBUF處于空閑）情況下，當REN位為1時，串行口處于接收狀態(tài)。此時，串行口發(fā)現(xiàn)RXD引腳由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，便自動啟動接收過程。按設定波特率順序讀出數(shù)據(jù)位和停止位。

當接收完一幀信息后，便將接收到的內(nèi)容裝入串行數(shù)據(jù)輸入緩沖寄存器SBUF中，并置RI為1。因此RI可作為接收過程的查詢標志用。在串口中斷及總中斷處于開放狀態(tài)下，RI有效時將觸發(fā)串行中斷。 值得注意是CPU響應串行中斷后，不會自動清除RI或TI標志位，需要用指令如“CLR”等清除RI或TI標志。以便繼續(xù)進行串口的收/發(fā)工作。

3.方式2和方式3的幀數(shù)據(jù)格式與方式1的區(qū)別 串行口方式2與方式3都是9位異步串行通信口，唯一區(qū)別是方式2的波特率固定為時鐘頻率的32或64分頻，不可變。由于方式2的波特率與通用串行通信設備對不上，因此只用于51機之間的通信，方式2的波特率是所有方式中最高的。

方式3與方式1在波特率方面沒有區(qū)別。區(qū)別在于幀格式上：方式2、方式3是9位數(shù)據(jù)格式。一幀信息為11位，由一位起始位、9位串行數(shù)據(jù)、一位停止位。

發(fā)送方在方式2、方式3時，9位數(shù)據(jù)的構(gòu)成與寫入順序為：必須先將第9位寫入SCON的TB8位，再將8位數(shù)據(jù)寫入SBUF，注意：一但執(zhí)行寫SBUF命令，發(fā)送過程便被啟動，不可取消了。這就是為什么先寫第9位數(shù)據(jù)的原因。由于方式3波特率可變，因此，串行口方式3比方式2應用范圍更廣。

方式2、方式3中，接收的信息的第9位在SCON寄存器的RB8位中。8位數(shù)據(jù)仍在SBUF中。 方式2、方式3是多機通信方式，在應用時要留意多機通信控制位SM2的含義。7.4串行通信及編程舉例

7.4.1雙機通信

雙機通信也稱為點對點通信。是通信中最基本的形式。顧名思義，雙機通信就是兩臺機的信息交換過程。

若兩片51機相距很近，可以不需任何調(diào)制與電平轉(zhuǎn)換而直接互聯(lián)，其通信電路如圖7-11所示。注意：圖中的地線是用于統(tǒng)一雙方的“0”參考電位的。 方式1、2、3都能進行雙機通信，但要注意：在點對點通信時，為避免復雜操作，雙方都要將SM2置“0”。

【例7-1】兩個51機進行最高速率通信。要求使用串口方式2，A機為發(fā)送方，不使用串口中斷；B機接收，使用串口中斷。設兩機的focs相同，發(fā)送方只將一個字節(jié)數(shù)據(jù)，如0AAH發(fā)向B機便結(jié)束。

分析：本例最基本的一個通信程序范例。編寫通信程序主要考慮是工作方式、focs等，以實現(xiàn)波特率匹配。此外，還要制定通信協(xié)議（信息識別方法、數(shù)據(jù)含義的解釋方法、通信數(shù)據(jù)的個數(shù)、一次通信過程的結(jié)束條件、要不要校驗、用什么校驗方式等）。

本例中硬件條件：方式2、focs相等；協(xié)議簡單：收/發(fā)一個數(shù)據(jù)，不要求校驗和解釋。

解根據(jù)題目要求，發(fā)送方參考程序如下：

ORG 0000H AJMP START ORG 0040HSTART： MOV SP，#5FH MOV SCON，#90H ；方式2，允許接收SM2=0 MOV PCON，#80H ；波特率加倍，最高速率

MOV SBUF，#0AAHWAIT2： JBC TI，STOP SJMP WAIT2STOP： SJMP STOP END#include<reg51.h> #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharidataR5;main(){ R5=0xaa; SCON=0x80; //方式2不允許接收，SM2=0 PCON=0x80; //PCON=80加速

SBUF=R5; while(TI!=1); TI=0; //等待發(fā)送完成

while(1);}

接收方參考程序如下：

ORG 0000H AJMP START ORG 0023H LJMP SINT ；串行中斷入口

ORG 0040HSTART： MOV SCON，#90H ；方式2，允許接收SM2=0 MOV PCON，#80H ；波特率加倍

MOV IE，#90H ；串口及總中斷開放

CLR F0WAIT1： JBC F0，TRDATA ；F0由中斷服務程序置位

SJMP WAIT1 ；置位或清零TRDATA：CLR ES ；關(guān)串口中斷，此為甲機的程序

MOV A，SBUF SJMP $SINT： JBC TI,BACK CLR RI SETB F0 ；置成功接收標志BACK: RETI ；中斷返回

END#include<reg51.h> #defineucharunsignedcharucharidataR5;bitgetdata;voidssio(void)interrupt4 //串口中斷服務程序

{ if(TI) {TI=0;return;} else { RI=0; getdata=1; } //置接收一幀數(shù)據(jù)標志}main(){ //SP=0x5f; //堆棧設置，可根據(jù)編程習慣取舍 getdata=0; SCON=0x90; //方式2允許接收，SM2=0 PCON=0x80; //PCON=0為波特率9600

ES=1; //允許串口中斷

EA=1; //開放總中斷

while(getdata==0); //等待數(shù)據(jù)幀到來

{ R5=SBUF; //保存數(shù)據(jù)

getdata=0; //數(shù)據(jù)收到，清除標志

}}7.4.2串行通信數(shù)據(jù)校驗方法之一：奇偶校驗 受串行通信的距離、通信速率、信息量、通信線路、環(huán)境條件等因素的影響，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤問題。 為保證通信的正確性，計算機中采用對通信數(shù)據(jù)的校對方法，確認數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。稱為校驗。

事實上，校驗是手段，糾錯是目的。 我們將這種利用數(shù)據(jù)的奇偶性查錯的方法稱為奇偶校驗法。這是本書討論的第一種校驗法。奇偶校驗的實現(xiàn)過程如下： （1）發(fā)送方每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時，先將待發(fā)數(shù)據(jù)的奇偶性作為第9位（附加位）寫入SCON的TB8位，再將數(shù)據(jù)寫入SBUF中，一個完整的數(shù)據(jù)幀發(fā)出。 （2）接收方每收到一幀信息，就將所收數(shù)據(jù)的奇偶性，與信息幀的第9位數(shù)據(jù)（在RB8中）進行比較，兩者相等則可確定此數(shù)據(jù)幀傳輸無誤，否則，傳輸錯誤。 （3）校驗結(jié)果，通信雙方應根據(jù)通信協(xié)議進行相應的處理，這里沒有通用方法。

使用奇偶校驗應注意的問題：

（1）51機只有在串口方式2、3時（9位數(shù)據(jù)）且SM2位必須為“0”

才有條件進行奇偶校驗；

（2）為測得數(shù)據(jù)的奇偶狀態(tài)，用MOVA，SUBF指令最方便；

（3）并不是所有的通信都要使用校驗，更不是都要用奇偶校驗，校驗與否通信雙方要在通信協(xié)議中確定。反映在習題中，要認真審題，要求校驗，才能寫校驗的程序部分，避免犯畫蛇添足的錯誤。

【例7-2】兩個51機進行雙機通信。要求使用串口方式2、奇偶校驗、使用工作寄存器組2。A機作為發(fā)送方，連續(xù)發(fā)送n個字節(jié)（片內(nèi)RAM足夠使用n<256），B機接收。設兩機的focs相同。只要校驗的結(jié)果

分析：本例是奇偶校驗應用問題。程序以例7-1為基礎(chǔ)，只需將奇偶校驗部分加進去即可。 本例的特點是奇偶校驗和多幀數(shù)據(jù)的收/發(fā)。另外還采用發(fā)送中斷編程，注意體會。至于工作寄存器組2只是附加的一個練習。

發(fā)送方參考程序如下：

ORG 0000H AJMP START

ORG 0023H LJMP SINT ；串行中斷入口

ORG 0040HSTART： MOV SP，#5FH

SETB PSW.4 ；工作區(qū)用2區(qū)

CLR PSW.3 ；非核心指令！

MOV R7，#n MOV R0，#addr0

CLR 01H 01H=單個數(shù)據(jù)發(fā)送成功

CLR F0 ；F0=1啟動發(fā)送

MOV SCON，#80H ；方式2，不允許接收SM2=0 MOV PCON，#80H ；波特率加速

MOV IE，#90H ；串口及總中斷WAIT1： JBC F0，TRDATA ；F0由過程設置

SJMP WAIT1 ；置位或清零TRDATA：MOV A，@R0 MOV C，P ；取奇偶位

MOV TB8，C ；裝入TB8作為第9位數(shù)據(jù) MOV SBUF，A INC R0WAIT2： JBC 01H，AGAIN SJMP WAIT2AGAIN： DJNZ R7，TRDATA ；R7為發(fā)送字節(jié)數(shù)

MOV R7，#n ；重復初值

MOV R0，#addr0 CLR ES ；禁止串口中斷

SETB REN ；現(xiàn)在才允許接收WAIT3： JBC RI，CON ；等待接收校驗結(jié)果

SJMP WAIT3 CON： SETB ES ；再次允許串口中斷

CLR REN ；再次禁止接收

MOV R5，SBUF ；將校驗結(jié)果存于R5

LJPM WAIT1SINT： CLR TI SETB 01H RETI END

接收方參考程序如下：

ORG 0000H AJMP START ORG 0023H LJMP SINT ；串行中斷入口

ORG 0040HSTART： MOV SP，#5FH

SETB PSW.4 ；

CLR PSW.3 ；工作區(qū)用2區(qū)

MOV R1，#ADDR1

MOV R6，#n CLR 01H ；01H=0通信成功，01H=1通信錯誤

CLR F0 ；F0=1表示數(shù)據(jù)組接收完成

MOV SCON，#90H；方式2，允許接收SM2=0

MOV PCON，#80H；波特率加倍

SETB ES SETB EA ；與MOV IE，#90H等價

…… ；CPU可進行其他工作

WAIT1： JBC F0，USEDATA ；數(shù)據(jù)組接收完成

SJMP WAIT1 ；

USEDATA： JNB 01H，OK ；轉(zhuǎn)通信正常

MOV A，#01H ；01H=1通信錯誤

SJMP SENDMESOK： CLR ASENDMES：CLR 01H ；清標志

CLR ES ；禁止發(fā)送中斷

MOV SBUF，A ；發(fā)送通信信息的共同入口WAIT2： JBC TI，OTHER SJMP WAIT2 ；OTHER： …… ；CPU進行的其它工作

MOV R1，#ADDR1 MOV R6，#n SJMP WAIT1SINT： CLR RI ；接收中斷服務程序

MOV A，SBUF MOV @R1，A INC R1 DEC R6 JNB P，NOOP

；P為0轉(zhuǎn)移

JNB RB8，ERR；P為1，RB8為0轉(zhuǎn)錯誤處理

SJMP CON1NOOP： JNB RB8，CON1 ERR： SETB 01H ；置出錯標志

CON1： CJNE R6，#00H，CONJ ；沒收完繼續(xù)

SETB F0 ；接收完成標志CONJ： RETI ；中斷返回

END注意學習本題的編程方法： （1）發(fā)送程序中奇偶校驗位的取法，傳遞方法。 （2）接收程序中在做奇偶校驗時轉(zhuǎn)移類指令的用法，程序結(jié)構(gòu)。 （3）接收程序中計數(shù)寄存器R6遞減方法。與發(fā)送程序的處理方法不同。7.4.3定時器T1溢出率的計算 串口方式1、3波特率可變，且與T1溢出率有關(guān)。串口方式1、3波特率的計算式如下：

（1）T1工作于方式0很少用，從略，可自學。

（2）T1工作于方式1

方式1為16位定時器，設T1的初值Z（16位）則T1的溢出率（m）為： （7-5）（7-4）

式中：NR為執(zhí)行T1溢出到恢復初值的中斷服務的周期數(shù)：NR=N1+N2

其中N1為CPU從響應中斷到轉(zhuǎn)入中斷服務程序所需的周期數(shù)，一般N1=5；N2為執(zhí)行為定時器重裝初值的周期數(shù)，取N2=4。所以：NR=9。

（3）T1工作于方式2

方式2為自動恢復初值的8位定時器，設T1的初值Z（8位），則T1的溢出率（m）為： （7-6） 因為T1方式2不需要中斷處理，所以NR=0。 通常，用于波特率發(fā)生器時，T1選用方式2較好。最重要的理由是它的自動重裝特性，省去中斷服務程序，節(jié)省了CPU的開銷。只有對于非常低的波特率，定時器方式2不能用時，才選用定時器T1方式1。

【例7-3】波特率計算方法與誤差分析。設串行口工作于方式1或方式3，波特率定為2400，T1工作于方式2系統(tǒng)fosc=6MHz。求T1的初值和波特率的誤差。 解：綜合（7-2）、（7-5）式，得 （7-7）

本例中：整理（7-7）式得

(7-8)

取SMOD=0得Z=249.49，由于Z只能取整數(shù)，若取Z=250時，波特率為

波特率相對誤差為 同理若取Z=249則：波特率為2232，相對誤差為誤差過大，不易使用。實踐表明：當兩個串行通信設備之間的波特率誤差超過2.5%時，串行通信將無法進行。

為此，取SMOD=1，計算得Z=242.98，取Z=243=F3H，波特率=2403.8，誤差為0.16%，可滿足精度要求。但誤差不能完全消除。

徹底消除波特率誤差的辦法，選擇單片機系統(tǒng)的fOSC，當其為1.8432整數(shù)或半整數(shù)頻率均可以消除波特率非整數(shù)誤差。11.0592MHz則為最常用的一種常用的頻率，因為11.0592是1.8432的6倍，且與標準51最高頻率（12MHz）最接近的一個。這樣標準設備及PC常用的波特率在51機上都可無誤差的產(chǎn)生出來。

為使用者提供方便。因此要學會波特率-定時器初值查表的方法。常用波特率列于表7-5中。

在學習串行通信時常見錯誤：混淆串行口工作方式和定時器工作方式。

【例7-4】兩臺51以串口方式1進行通信，約定波特率為9600。A機的focs為11.0592MHz，B機的focs為7.3728MHz，編寫A機為發(fā)送方，B機為接收方，只進行一個字節(jié)數(shù)據(jù)通信的程序。 解：本例的目的是學習在51機的開發(fā)系統(tǒng)下實現(xiàn)通信的編程與操作過程。

第一步：設兩機相距不遠，不需要任何形式的調(diào)制與電平轉(zhuǎn)換，直接用導線作為通信線路，如圖7-11所示

第二步：確定定時器工作方式，計算定時器初值。作為波特率發(fā)生器用，用T1方式2。初值的計算如下：

A機的初值Z直接從表7-5中查出，為FDH（SMOD=0）；B機的初值Z計算過程如下：將式（7-8）

中的2400改為9600并取SMOD=0得：

易知：取SMOD=1時，Z=256–4=252=FCH；在兩個可取的值中，應盡量取SMOD=0的，其波特率因子大。

第三步：編寫發(fā)送方參考程序如下：

ORG 0000H AJMP START ORG 0040HSTART： MOV SP，#5FH MOV TMOD，#20H ；T1方式2、定時

MOV TH1，#0FDH MOV TL1，#0FDH MOV SCON，#40H ；方式1，禁止接收SM2=0 MOV PCON，#00H ；波特率不加倍

SETB TR1 ；開啟波特率發(fā)生器

MOV SBUF，#0AAHWAIT： JBC TI，STOP SJMP WAITSTOP： SJMP STOP END

第四步：COPY發(fā)送程序，稍加修改得接收方參考程序如下：

ORG 0000H AJMP START ORG 0040HSTART： MOV SP，#5FH MOV TMOD，#20H ；T1方式2、定時

MOV TH1，#0FEH MOV TL1，#0FEH MOV SCON，#50H ；方式1，允許接收

MOV PCON，#00H ；波特率不加倍

SETB TR1 ；開啟波特率發(fā)生器WAIT： JBC RI，RECI SJMP WAITRECI： MOV A，SBUF SJMP $ END

第五步：分別在A、B兩臺開發(fā)機的PC機的編譯器上，對這兩個源程序進行編譯、連接，通過后，進入調(diào)試界面；

第六步：若上述調(diào)試成功，A、B方交換程序，反向收/發(fā)，多數(shù)是成功的。若不然，仿真器的芯片可能有損。 再此基礎(chǔ)上，將程序復雜化，如連續(xù)收/發(fā)多個字節(jié)試試，收益將會很大。

本章作業(yè)（建議） 習題7、7-1、7-2、7-3、7-4

7.4.4串行通信數(shù)據(jù)校驗方法之二：累加和校驗 累加和校驗以組為單位進行，效率高

累加和校驗的原理和工作過程如下:

數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)送方在數(shù)據(jù)發(fā)送前先逐一對每個數(shù)據(jù)進行累加求和。累加和可以是任意位，但一般采用8位，存放累加和的寄存器稱為累加和寄存器。注意，在累加過程中溢出的部分自動丟棄，即累加和只保留和的低8位。在每組數(shù)據(jù)發(fā)送完后，發(fā)送方要接著將這組數(shù)據(jù)的累加發(fā)出去，以為接收方提供的校驗依據(jù)。

接收方對每個接收的數(shù)據(jù)，也進行一次累加，形成累加和。當一組數(shù)據(jù)接收完后，還要再接收一個由發(fā)送方發(fā)來的累加和數(shù)據(jù)幀。將這個累加和數(shù)據(jù)與本機產(chǎn)生的累加和進行比較。若兩者相等則可認為這組數(shù)據(jù)收、發(fā)正確，否則，收/發(fā)過程中至少存在一次錯誤。至于每組數(shù)據(jù)多少，根據(jù)雙方制定的通信協(xié)議確定。

對于校驗的結(jié)果，通信雙方根據(jù)通信協(xié)議進行相應的處理。這里沒有通用方法。

使用累加和校驗應注意的問題：

（1）累加和校驗不需要9位數(shù)據(jù)格式支持，即51機串口方式1、2、3都可進行累加和校驗。

（2）并不是所有的實際通信都要使用校驗，是否要進行數(shù)據(jù)校驗。要根據(jù)通信雙方的通信協(xié)議而定。

【例7-5】設通信雙方51機的fosc均為11.0592MHz，雙方約定：波特率9600，8位數(shù)據(jù)，采用累加和校驗。編寫程序?qū)崿F(xiàn)如下工作： 通信任務：A機發(fā)，B機收N個數(shù)據(jù)（N≤256）。發(fā)送/接收雙方的數(shù)據(jù)均在以0200H為首址的外部數(shù)據(jù)存儲器的連續(xù)單元中。 通信協(xié)議：A機在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先將數(shù)據(jù)塊長度發(fā)給B機，接著發(fā)N個數(shù)據(jù)給B機。當數(shù)據(jù)全部發(fā)送完后，A機接收B機發(fā)回的累加和并進行校驗，存儲校驗結(jié)論，等待主程序作決策，并結(jié)束本次通信過程。B機發(fā)送累加和后，立即結(jié)束本次通信過程。發(fā)送方程序清單：（考慮：NEQU0的意義？）

N EQU 0 ；發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)為256

ORG 0000H SJMP WORK ORG 0040H MOV SP，#6FH MOV TMOD，#20H；波特率設置

MOV TL1，#0FDH MOV TH1，#0FDH SETB TR1 ；啟動波特率發(fā)生器 MOV SCON，#50H；方式1，REN=1 MOV PCON，#00H；串口初始化

LCALL SEND SJMP $SEND： MOV DPTR，#0200H；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

MOV R6，#N ；數(shù)據(jù)長度

MOV R5，#00H ；累加和單元清0 MOV A，R6 MOV SBUF，A ；發(fā)送數(shù)據(jù)長度

ADD A，R5 MOV R5，A ；形成累加和并存儲

ML4： JBC TI，ML5 ；等待發(fā)完數(shù)據(jù)長度幀

SJMP ML4ML5： MOVX A，@DPTR；讀緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

MOV SBUF，A ；發(fā)送

ADD A，R5 ；形成累加和并存儲

MOV R5，A INC DPTR ；調(diào)整數(shù)據(jù)指針ML6： JBC TI，ML7 ；等待發(fā)完一字節(jié)

SJMP ML6ML7：DJNZ R6，ML5 ；發(fā)完否?

ML8：JBC RI，ML9 ；等待B機發(fā)累加和

SJMP ML8ML9：MOV A，SBUF ；得到B機的累加和

XRL A，R5 ；若A=0則通信成功

RET END其實Scom_data的值只要不等于i的初值就可以了！C語言的發(fā)送程序及匯編語言接收程序留給讀者完成。7.5多機通信原理及系統(tǒng)設計

1.多機通信的物理基礎(chǔ) 串行口方式2、3支持多機通信。對其控制集中SM2這個多機通信控制位的應用上。

SM2=1，則接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為0時，不啟動接收中斷標志RI（即保持RI=0），并且將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。RB8為1時，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI。

當SM2=0時，則不論第9位數(shù)據(jù)為0或1，只要串行口收到有效數(shù)據(jù)幀，置位RI，并將前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF中。 其中RB8是SCON的一個位，當串行口工作在方式2和方式3時，為接收到的第9位數(shù)據(jù)，即發(fā)送方發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。

RB8是（TB8）的對應數(shù)據(jù)位。注意：作為奇偶校驗位用，只是RB8的一個兼職工作，此時必須SM2=0。 SM2、RB8、TB8這三個控制位在收、發(fā)時所起的作用和相互關(guān)系，如表7-6所示。表7-6控制位SM2、RB8、TB8的功能及之間的關(guān)系2.

多機通信方式分類 多機通信分有主多機通信和多主通信兩種系統(tǒng)。 有主多機通信系統(tǒng)，也稱為主-從多機通信系統(tǒng)。 多主通信系統(tǒng)中，各計算機所處的地位相同，沒有主-從之分。系統(tǒng)中每臺計算機隨時都可以啟動一次通信過程。 主-從式多機通信系統(tǒng)構(gòu)成如圖7-12所示。

本書只討論主-從通信技術(shù)。2．多機通信的管理方式 多機通信分主-從多機通信和無主多機通信（也稱為多主通信）兩種方式。3.51機構(gòu)成的主-從系統(tǒng)通信的過程： （1）所有從機將SM2位置1，即從機處于監(jiān)聽狀態(tài)。 （2）主機先發(fā)出一幀廣播地址信息—8位地址，第9位為地址/數(shù)據(jù)信息標志位（TB8位為“1”或為“0”），該位為“1”表示為地址（命令）幀信息。 （3）從機收地址幀后，與本機的從地址比較，如地址相符，則將SM2位清0，同時將自己的從地址發(fā)回主機可選），以表示應答，并準備接收主機隨后發(fā)來的所有信息；其他與地址不符的從機保持SM2=1不變，退出通信，它們將不會收到主機隨后對指定從發(fā)出的數(shù)據(jù)，直到收到主機發(fā)出新的地址幀。 （4）主機收到從機的正確應答后（可選），進入本次通信過程。這里關(guān)鍵是主機要將TB8置為零（數(shù)據(jù)信息標志），這樣只有被選中的從機可接收到主機的信息，而組內(nèi)其他從機不受干擾，命令或數(shù)據(jù)全部發(fā)送完成后，即可結(jié)束本次通信過程。

（5）指定的從機接收命令或數(shù)據(jù)完成后，即可結(jié)束本次通信過程。注意：結(jié)束時，一定要置SM2再次置1，進入監(jiān)聽狀態(tài)。否則，該從機從此再不能接收到主機的呼叫，從而造成整個通信系統(tǒng)的崩潰。

（6）重復步驟1~5，進行下一次通信過程。4.防止通信進入陷阱

為保證通信的可靠性，可在每個通信過程中用往復應答來保證。當從機不應答時，可多次廣播呼叫。為防止系統(tǒng)進入等待死循環(huán)，通信可加限時控制，一旦通信超時，則應退出通信，返回主程序準備再次通信。7.5.3多機通信及編程舉例

【例7-7】主-從方式多機通信，設系統(tǒng)中所有51機fosc=11.0592MHz。要求：通信波特率9600。模擬通信內(nèi)容：每次通信主機先發(fā)一個字節(jié)的從機號（0~255），接著發(fā)一個字節(jié)的讀或?qū)懨睢Ｈ缰鳈C發(fā)寫命令，主機接著發(fā)第三個數(shù)據(jù)；如主機發(fā)讀命令，主機則接收從機發(fā)回的一字節(jié)數(shù)據(jù)，并返回主程序。

解只有方式2、3支持多機通信。但要求波特率9600，所以只能選用方式?

參考主機程序：

ORG 0000H SJMP START ORG 0040HSTART： MOV SP，#60H

MOV TMOD，#20H MOV TH1，#0FDH MOV TL1，#0FDH MOV PCON，#00H

MOV SCON，#0C0H

；方式3 SETB REN SETB TR1 SETB TB8 ；準備發(fā)(地址)命令

MOV SBUF，B ；被呼叫的從機號存于B中WAIT1： JBC TI，CON1；等待發(fā)送完成

SJMP WAIT1CON1： CLR TB8

；發(fā)送命令

MOV A，R5 ；命令存于R5中，00H為寫01H為讀

MOV SBUF，AWAIT2： JBC TI，CON2 SJMP WAIT2CON2： CJNE A，#00H，READ；轉(zhuǎn)讀命令處理

MOV A，R6；要發(fā)送的數(shù)據(jù)存于R6中

MOV SBUF，AWAIT3： JBC TI，CON3 SJMP WAIT3CON3： SJMP STOPREAD： JBC RI，STOP1 SJMP READ STOP1： MOV R7，SBUF；接收從機的數(shù)據(jù)存于R7中STOP： SJMP STOP END

從機參考程序：

ORG 0000H SJMP START

ORG 0023H LJMP SCOM ORG 0050HSTART： MOV SP，#60H MOV R0，#01H；R0為從機號，設為1號

CLR F0

MOV TMOD，#20H MOV TH1，#0FDH MOV TL1，#0FDH MOV PCON，#00H

MOV SCON，#0E0H

；方式3，SM2=1(地址) SETB REN SETB ES SETB TR1 SETB EACHECK： JBC F0，STOP SJMP CHECKSTOP： SJMP CHECK ；調(diào)試程序用，再通信多次SCOM： CLR RI CLR ES MOV A，SBUF CLR C SUBB A，R0 JNZ CON4 ；不是本機，退出中斷

CLR SM2

；是本機，準備接收命令WAIT2： JBC RI，CON2 SJMP WAIT2CON2： MOV A，SBUF JNZ READ ；不是寫命令，轉(zhuǎn)讀處理WAIT3： JBC RI，CON3 SJMP WAIT3CON3： MOV R1，SBUF；（R1）為主機發(fā)給從機的內(nèi)容

SJMP CON5READ： MOV SBUF，R1 WAIT5： JBC TI，CON5 SJMP WAIT5CON5： SETB F0CON4： SETB ES SETB SM2 RETI END

7.6RS-232-C接口標準

1RS-232-C接口標準

DB9型RS-232-C串行接口連接器如圖7-13所示。各信號含義如下： （1）地線GND

（2）收/發(fā)數(shù)據(jù)端

RXD：串行數(shù)據(jù)接收，輸入，空閑時為負電位（邏輯“1”）；

TXD：串行數(shù)據(jù)發(fā)送，輸出空閑時為負電位（邏輯“1”）；

（3）聯(lián)絡（控制）信號

RTS：發(fā)送請求，輸出。

CTS：清除發(fā)送，輸入。

DTR：數(shù)據(jù)終端(DTE)就緒信號，輸出。

DSR：數(shù)據(jù)設備(DCE)準備就緒信號，輸入。

（4）調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)信號

RI：振玲指示。輸出

CD:載波檢測，輸入。

RI、CD兩信號是專為電話網(wǎng)設計的，只有利用調(diào)制解調(diào)器進行遠程通信時才需要。2RS-232-C邏輯電平 在RS-232-C標準中，為保證數(shù)據(jù)可靠傳送，均采用EIA電平。規(guī)定用-3～-15V表示邏輯1，+3～+15V表示邏輯0。-3V~+3V為過渡區(qū)，他保證即使信號線受到干擾，其信號的邏輯也不易發(fā)生變化。 此外，RS-232-C標準還規(guī)定發(fā)送端與接收端之間必須保證2V的噪聲容限。

噪聲容限定義：指發(fā)送端必須達到的邏輯電平的絕對值的下限與接收端識別輸入邏輯所需絕對值下限之差。 RS-232-C接收下限為|-3|V，噪聲容限為2V，則發(fā)送端下限絕對值為3V+2V=5V。也就是說在發(fā)送端下限絕對值為3V+2V=5V。即在發(fā)送端+5V~+15V表示邏輯0；-5V~-15V表示邏輯1。4RS-232-C設備與TTL/CMOS器件接口-電平轉(zhuǎn)換

PC機的標準RS-232-C電氣接口。采用EIA電平。在需要單片機與PC機或其他帶有RS-232-C接口設備進行通信時，由于單片機串行口采用正邏輯的TTL電平，兩者在電平幅度和邏輯意義上都不兼容，但幀格式在邏輯上完全相同，有互通條件。要實現(xiàn)TTL電平與EIA電平系統(tǒng)的通信，只需在它們之間加電平轉(zhuǎn)換（翻譯）環(huán)節(jié)。 RS-232-C與TTL之間電平轉(zhuǎn)換常用MAX232系列專用芯片。 該系列芯片內(nèi)置了電壓倍增電路及負電源電路，所以集成度高，使用單+5V電源工作，只需外接5個容量為0.1～1μF的電容即可提供兩路RS-232-C與TTL電平之間轉(zhuǎn)換。由于以上的優(yōu)秀品質(zhì)，被廣泛應用。該系列中典型芯片MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及典型應用如圖2-15所示。

從硬件上說，由于圖7-15在傳輸線上加了電平轉(zhuǎn)換器，從而實現(xiàn)了通信雙方的電平匹配。而幀格式?jīng)]有任何改變。這樣，能在圖7-11（直接用電線聯(lián)接的通信雙方）上實現(xiàn)通信功能的程序，不需做任何修改，可直接應用于圖7-15系統(tǒng)上。將圖7-15中的電平轉(zhuǎn)換部分看成一個黑盒子或通信電路的一部分，轉(zhuǎn)換電路的作用有點像處于兩個不同語言人之間的翻譯。

無論是單片機與單片、PC機與PC機，還是單片機與PC機的通信，波特率和幀格式一致是必須要保證的。

5．USB轉(zhuǎn)串口電路

USB接口的出現(xiàn)，計算機上的232串口逐漸被USB接口取代，新型筆記本已沒有RS-232-C的接口了。但RS-232-C已被工程人