單片機串口通信知識詳解

串口通訊(Serial Communication)是一種設(shè)備間非常常用的串行通訊方式，因為它簡單便捷，因此大部分電子設(shè)備都支持該通訊方式，其通訊協(xié)議可分層為協(xié)議層和物理層。

1、串行通信概念

串行通信：將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個傳送，示意圖如下

1.1、通訊特點

傳輸線少、長距離傳輸時成本低，且可以利用電話線網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳輸控制比并行通信復(fù)雜。

1.2、異步通信和同步通信

異步通信：發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備使用自己各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時鐘盡可能一致。

異步通信是以字符為單位進行傳輸，字符與字符之間的間隙是任意的，但是每個字符之間的詩是以固定的“位間隙”的整數(shù)倍的關(guān)系。

同步通信：同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的控制，是雙方達到同步得效果。此時傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隙"的整數(shù)倍，同時傳輸?shù)淖址姴涣糸g隙，即保持同步關(guān)系。

2、串行通信的傳遞方向

串行通信的傳輸方向：單工、半雙工、全雙工

1.2、單工

單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅沿一個方向，不能實現(xiàn)反向傳輸。

1.2、半雙工

半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個方向，但需要分時進行。

1.2、全雙工

全雙工是指數(shù)據(jù)同時進行雙向傳輸

3、信號的調(diào)制與解調(diào)

利用調(diào)制器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后送到通信線路上去，再由解調(diào)器把從通信線路上收到的模擬信號換成數(shù)字信號。

由于傳輸是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個裝置中，這就是調(diào)制解調(diào)器MODDEM

4、串行通信鄂錯誤校驗

1)奇偶校驗

在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗位(1或0)。奇校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù);偶校驗時，數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)與校驗位“1”的個數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時，對“1”的個數(shù)進行校驗，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)了差錯。

2)代碼和校驗

代碼和校驗是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和(或各字節(jié)異或)產(chǎn)生一個字節(jié)的校驗字符，(校驗和)附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時對數(shù)據(jù)塊(除校驗字節(jié)外)求和，(或各字節(jié)異或)，將所得的結(jié)果寫發(fā)送方的“校驗和”進行比較，

3)循環(huán)冗余校驗

這種校驗是通過某種數(shù)學(xué)運算實現(xiàn)有效信息與校驗位之間的循環(huán)校驗，常用于對磁盤信息的傳輸、存儲區(qū)的完整性校驗等。這種校驗方法糾錯能力強廣泛應(yīng)用于同步通信中。

5、串行口的工作方式

1、方式0

串行接口的工作方式0為移位寄存器I／O方式。在串行口外接移位寄存器以擴展I／O接口，也可以外接串行同步I／O的設(shè)備。

（1）方式0輸出
串行口以方式0發(fā)送時，數(shù)據(jù)以RXD端串行輸出，TXD端輸出同步信號。當(dāng)一個數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器以后，就啟動串行口發(fā)送器以振蕩頻率的十二分之一的波特率，將數(shù)據(jù)從RXD端串行輸出。

（2）方式0輸入
當(dāng)串行口定義為方式0并置位REN后，便啟動串行口以方式0接收數(shù)據(jù)，此時RXD端為數(shù)據(jù)輸入端，TXD端為同步脈沖信號輸出端。接收器以振蕩率的十二分之一的波特率接收RXD端輸入的數(shù)據(jù)信息 7a686964616fe59b9ee7ad9431333332396234。但接收器接收到8位數(shù)據(jù)時，置1中斷標(biāo)志RI。

（3）方式0接收與發(fā)送電路

2、方式1

串行接口定義為工作方式1時，則被控制為8位的異步通訊接口，傳送一幀信息為10位，其中1位為起始位，8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），1位停止位。

（1）方式1輸出
串行接口以方式1發(fā)送時，數(shù)據(jù)由TXD端輸出。CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖
器SBUF的指令（例如，MOVSBUF，A），數(shù)據(jù)字節(jié)寫入SBUF后，便啟動串行口發(fā)送器發(fā)送，發(fā)送完一幀信息，置1放送中斷標(biāo)志TI。

（2）方式1輸入
串行口以方式1接收時，數(shù)據(jù)從RXD端輸入。在REN置1以后，就允許接收器接收。接收器以所建立的波特率的16倍分頻計數(shù)器，以便實現(xiàn)時間同步。

計數(shù)器的16個狀態(tài)把一位的時間等分成16份，在每位時間的第7、8和9個計數(shù)狀態(tài)，位檢測器采樣RXD的值，接收的值是3次采樣中取至少二次相同的值，以排除噪聲的干擾。

如果在起始接收的值不是0，則起始位無效，復(fù)位接收電路。在檢測到另一個1到0的跳變時，再重新啟動接收器。如果接收到值為0，起始位有效，則開始接收本幀的其余信息。

當(dāng)RI＝0并且接收到的停止位為1（或SM2＝0）時，停止位進入RB8，接收到的8位數(shù)據(jù)進入接收緩沖器SBUF，置位RI中斷標(biāo)志。接著接收便搜索另一幀信息的起始位。
3、方式2和方式3
串行接口工作方式2和方式3時，則被定義為9位的異步通信接口。傳送一幀信息為11位，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（從低位至高位），1位是附加的可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)，1位停止位。

方式2和方式3的差別僅僅在于波特率不一樣，方式2的波特率是固定的，波特率為2SMOD／64（振蕩頻率）；方式3的波特率是可變的，波特率＝2SMOD／32（T1的溢出率）。
方式2和方式3在發(fā)送和接收時唯一的區(qū)別就是波特率不同。
（1）方式2和方式3發(fā)送
方式2或方式3發(fā)送時，數(shù)據(jù)由TXD端輸出，發(fā)出一幀信息為11位，附加的第9位數(shù)據(jù)是SCON中的TB8，CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令，就啟動發(fā)送器發(fā)送，發(fā)送完一幀信息，置“1”TI中斷標(biāo)志。

（2）方式2和方式3接收
串行口被定義為方式2或方式3接收時，數(shù)據(jù)從RXD端輸入，置REN＝1以后，開始接收過程。當(dāng)檢測到RXD端從高到低的負(fù)跳變時，確認(rèn)起始位有效，開始接收本幀的其余信息。

在接收完一幀信息后，在RI＝0、SM2＝0時，或接收到第9位數(shù)據(jù)為“1”時，8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器，第9位數(shù)據(jù)裝入SCON中RB8，并置RI＝1。若不滿足上述的兩個條件，接收到的信息將會丟失，也不置位RI

6、單片機的串口通信

6.1、點對點通信

6.2、多機通信

單片機構(gòu)成的多機系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)。所謂主從式，即在數(shù)個單片機中，有一個是主機，其余的是從機，從機.要服從主機的調(diào)度、支配。

80C51單片機的串行口方式2和方式3適于這種主從式的通信結(jié)構(gòu)。當(dāng)然采用不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時，還需進行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，有時還要對信號進行光電隔離。在實際的多機應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用RS-485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進行數(shù)

審核編輯黃昊宇