1、東北大學(xué)微機(jī)原理6.1 計(jì)算機(jī)串行通信基礎(chǔ)l計(jì)算機(jī)通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，計(jì)算機(jī)通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換息交換 ?？梢苑譃閮纱箢悾翰⑿型ㄐ排c串行通信。可以分為兩大類：并行通信與串行通信。 l并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送時(shí)進(jìn)行傳送 。并行通信控制簡(jiǎn)單、傳輸并行通信控制簡(jiǎn)單、傳輸速度快；由于傳輸線較多，速度快；由于傳輸線較多，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在收方的各位同時(shí)接收

2、存在困難。困難。 3/22/202226.1 計(jì)算機(jī)串行通信基礎(chǔ)l串行通信串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。 串行通信的特點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用串行通信的特點(diǎn)：傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用 網(wǎng)等網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。 3/22/202236.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備

3、的時(shí)鐘盡可能一致。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(shí)鐘盡可能一致。 一、異步通信與同步通信一、異步通信與同步通信 1、異步通信、異步通信 3/22/202246.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念l異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間是異步的（字符之間不一定有之間是異步的（字符之間不一定有“位間隔位間隔”的整的整數(shù)倍的關(guān)系），但同一字符內(nèi)的各位

4、是同步的（各數(shù)倍的關(guān)系），但同一字符內(nèi)的各位是同步的（各位之間的距離均為位之間的距離均為“位間隔位間隔”的整數(shù)倍）。的整數(shù)倍）。 3/22/202256.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念l異步通信的特點(diǎn)：不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘的嚴(yán)格一致，異步通信的特點(diǎn)：不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘的嚴(yán)格一致，實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備開銷較小，但每個(gè)字符要附加實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備開銷較小，但每個(gè)字符要附加23位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。不高。 異步通信的數(shù)據(jù)格式異步通信的數(shù)據(jù)格式 ： 3/22/202266.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 同步通信時(shí)

5、要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為到完全同步。此時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔位間隔”的整的整數(shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字?jǐn)?shù)倍，同時(shí)傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)符同步關(guān)系。發(fā)送方對(duì)接收方的同步可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn) 外同步外同步 內(nèi)同步內(nèi)同步 3/22/202276.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 此時(shí)，傳送的數(shù)據(jù)和控制信息都必須由規(guī)定的字符集（如此時(shí)，傳送的

6、數(shù)據(jù)和控制信息都必須由規(guī)定的字符集（如ASCII碼）中的字符所碼）中的字符所組成。圖中幀頭為組成。圖中幀頭為1個(gè)或個(gè)或2個(gè)同步字符個(gè)同步字符SYN（ASCII碼為碼為16H）。）。SOH為序始字符為序始字符（ASCII碼為碼為01H），表示標(biāo)題的開始，標(biāo)題中包含源地址、目標(biāo)地址和路由指），表示標(biāo)題的開始，標(biāo)題中包含源地址、目標(biāo)地址和路由指示等信息。示等信息。STX為文始字符（為文始字符（ASCII碼為碼為02H），表示傳送的數(shù)據(jù)塊開始。數(shù)據(jù)），表示傳送的數(shù)據(jù)塊開始。數(shù)據(jù)塊是傳送的正文內(nèi)容，由多個(gè)字符組成。數(shù)據(jù)塊后面是組終字符塊是傳送的正文內(nèi)容，由多個(gè)字符組成。數(shù)據(jù)塊后面是組終字符ETB（ASC

7、II碼碼為為17H）或文終字符）或文終字符ETX（ASCII碼為碼為03H）。然后是校驗(yàn)碼。典型的面向字符）。然后是校驗(yàn)碼。典型的面向字符的同步規(guī)程如的同步規(guī)程如IBM的二進(jìn)制同步規(guī)程的二進(jìn)制同步規(guī)程BSC。 3/22/202286.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 此時(shí)，將數(shù)據(jù)塊看作數(shù)據(jù)流，并用序列此時(shí)，將數(shù)據(jù)塊看作數(shù)據(jù)流，并用序列01111110作為開始和結(jié)束標(biāo)志。為了避免在數(shù)據(jù)作為開始和結(jié)束標(biāo)志。為了避免在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)序列流中出現(xiàn)序列01111110時(shí)引起的混亂，發(fā)送方總是在其發(fā)送的數(shù)據(jù)流中每出現(xiàn)時(shí)引起的混亂，發(fā)送方總是在其發(fā)送的數(shù)據(jù)流中每出現(xiàn)5個(gè)連續(xù)的個(gè)連續(xù)的1就插入一個(gè)附

8、加的就插入一個(gè)附加的0；接收方則每檢測(cè)到；接收方則每檢測(cè)到5個(gè)連續(xù)的個(gè)連續(xù)的1并且其后有一個(gè)并且其后有一個(gè)0時(shí)，就刪除該時(shí)，就刪除該0。 典型的面向位的同步協(xié)議如典型的面向位的同步協(xié)議如ISO的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC和和IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC。 同步通信的特點(diǎn)是以特定的位組合同步通信的特點(diǎn)是以特定的位組合“01111110”作為幀的開始和結(jié)束標(biāo)志，所傳輸?shù)淖鳛閹拈_始和結(jié)束標(biāo)志，所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)可以是任意位。所以傳輸?shù)男瘦^高，但實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備比異步通信復(fù)雜。一幀數(shù)據(jù)可以是任意位。所以傳輸?shù)男瘦^高，但實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備比異步通信復(fù)雜

9、。3/22/202296.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念二、串行通信的傳輸方向二、串行通信的傳輸方向 1、單工、單工 單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。2、半雙工、半雙工 半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。3、全雙工、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。 3/22/2022106.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念三、信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)三、信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 利用調(diào)制器（利用調(diào)制器（Modulator）

10、把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后送到通信）把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后送到通信線路上去，再由解調(diào)器（線路上去，再由解調(diào)器（Demodulator）把從通信線路上收到的模擬信）把從通信線路上收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個(gè)裝號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個(gè)裝置中，這就是調(diào)制解調(diào)器置中，這就是調(diào)制解調(diào)器MODEM。 3/22/2022116.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念1、奇偶校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn) 在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗(yàn)位（位為奇偶校驗(yàn)位（1或或0）。奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中）。奇校驗(yàn)

11、時(shí)，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì)“1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。2、代碼和校驗(yàn)、代碼和校驗(yàn) 代碼和校驗(yàn)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(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）代碼和校驗(yàn)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(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊

12、（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊（除校驗(yàn)字節(jié)外）求和（或各字節(jié)異或），將所得的結(jié)果與發(fā)送方的將所得的結(jié)果與發(fā)送方的“校驗(yàn)和校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，相符則無(wú)差錯(cuò)，否則即認(rèn)為傳送過(guò)程中出現(xiàn)了進(jìn)行比較，相符則無(wú)差錯(cuò)，否則即認(rèn)為傳送過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。差錯(cuò)。3、循環(huán)冗余校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn) 這種校驗(yàn)是通過(guò)某種數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)有效信息與校驗(yàn)位之間的循環(huán)校驗(yàn)，常用于對(duì)磁盤信息的傳輸、這種校驗(yàn)是通過(guò)某種數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)有效信息與校驗(yàn)位之間的循環(huán)校驗(yàn)，常用于對(duì)磁盤信息的傳輸、存儲(chǔ)區(qū)的完整性校驗(yàn)等。這種校驗(yàn)方法糾錯(cuò)能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于同步通信中。存儲(chǔ)區(qū)的完整性校驗(yàn)等。這種校驗(yàn)方法糾

13、錯(cuò)能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于同步通信中。3/22/2022126.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念五、傳輸速率與傳輸距離五、傳輸速率與傳輸距離 1、傳輸速率、傳輸速率 比特率是每秒鐘傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是：位秒（比特率是每秒鐘傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是：位秒（bps）。如每秒鐘傳送）。如每秒鐘傳送240個(gè)字符，個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含而每個(gè)字符格式包含10位位(1個(gè)起始位、個(gè)起始位、1個(gè)停止位、個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)據(jù)位)，這時(shí)的比特率為：，這時(shí)的比特率為： 10位位 240個(gè)個(gè)/秒秒 = 2400 bps 波特率表示每秒鐘調(diào)制信號(hào)變化的次數(shù)，單位是：波特（波特率表示每秒鐘調(diào)制

14、信號(hào)變化的次數(shù)，單位是：波特（Baud）。）。 波特率和比特率不總是相同的，對(duì)于將數(shù)字信號(hào)波特率和比特率不總是相同的，對(duì)于將數(shù)字信號(hào)1或或0直接用兩種不同電壓表示的直接用兩種不同電壓表示的所謂基帶傳輸，比特率和波特率是相同的。所以，我們也經(jīng)常用波特率表示數(shù)據(jù)所謂基帶傳輸，比特率和波特率是相同的。所以，我們也經(jīng)常用波特率表示數(shù)據(jù)的傳輸速率。的傳輸速率。 3/22/2022136.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 串行接口或終端直接傳送串行信息位流的最大距離串行接口或終端直接傳送串行信息位流的最大距離與傳輸速率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線使與傳輸速率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線

15、使用每（約用每（約1英尺）有英尺）有50PF電容的非平衡屏蔽雙絞線電容的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離隨傳輸速率的增加而減小。當(dāng)比特率時(shí)，傳輸距離隨傳輸速率的增加而減小。當(dāng)比特率超過(guò)超過(guò)1000 bps 時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，如時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，如9600 bps 時(shí)最大距離下降到只有時(shí)最大距離下降到只有76m（約（約250英英尺）。尺）。 2、傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系、傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系 3/22/2022146.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-232C是是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。RS-232

16、C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。理接口標(biāo)準(zhǔn)。 一、一、RS-232C接口接口 1、機(jī)械特性、機(jī)械特性 RS-232C接口規(guī)定使用接口規(guī)定使用25針連接器，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排針連接器，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。（陽(yáng)頭）列位置都有明確的定義。（陽(yáng)頭）3/22/2022156.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)2、功能特性、功能特性 3/22/2022166.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)3、過(guò)程特性、過(guò)程特性 過(guò)程特性規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確地接收和發(fā)送

17、數(shù)據(jù)過(guò)程特性規(guī)定了信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，以便正確地接收和發(fā)送數(shù)據(jù) 。 遠(yuǎn)程通信連接遠(yuǎn)程通信連接 3/22/2022176.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)近程通信連接近程通信連接 3/22/2022186.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)4、RS-232C電平與電平與TTL電電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路路 3/22/2022196.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)l1、傳輸距離短，傳輸速率低、傳輸距離短，傳輸速率低 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，使用時(shí)傳輸距離一般不要超過(guò)總線標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，使用時(shí)傳輸距離一般不要超過(guò)15米（線路條件米（線路條件好時(shí)也不

18、超過(guò)幾十米）。最高傳送速率為好時(shí)也不超過(guò)幾十米）。最高傳送速率為20Kbps。l2、有電平偏移、有電平偏移 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)要求收發(fā)雙方共地。通信距離較大時(shí)，收發(fā)雙方的地電位差別較大，在信號(hào)總線標(biāo)準(zhǔn)要求收發(fā)雙方共地。通信距離較大時(shí)，收發(fā)雙方的地電位差別較大，在信號(hào)地上將有比較大的地電流并產(chǎn)生壓降。地上將有比較大的地電流并產(chǎn)生壓降。l3、抗干擾能力差、抗干擾能力差 RS-232C在電平轉(zhuǎn)換時(shí)采用單端輸入輸出，在傳輸過(guò)程中當(dāng)干擾和噪聲混在正在電平轉(zhuǎn)換時(shí)采用單端輸入輸出，在傳輸過(guò)程中當(dāng)干擾和噪聲混在正常的信號(hào)中。為了提高信噪比，常的信號(hào)中。為了提高信噪比，RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)不得不采用比較大

19、的電壓擺總線標(biāo)準(zhǔn)不得不采用比較大的電壓擺幅。幅。5、采用、采用RS-232C接口存在的問(wèn)題接口存在的問(wèn)題 3/22/2022206.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-422A輸出驅(qū)動(dòng)器為雙端平衡驅(qū)動(dòng)器。如果其中一條線為邏輯輸出驅(qū)動(dòng)器為雙端平衡驅(qū)動(dòng)器。如果其中一條線為邏輯“1”狀態(tài)，另狀態(tài)，另一條線就為邏輯一條線就為邏輯“0”，比采用單端不平衡驅(qū)動(dòng)對(duì)電壓的放大倍數(shù)大一倍。差分，比采用單端不平衡驅(qū)動(dòng)對(duì)電壓的放大倍數(shù)大一倍。差分電路能從地線干擾中拾取有效信號(hào)，差分接收器可以分辨電路能從地線干擾中拾取有效信號(hào)，差分接收器可以分辨200mV以上電位差。以上電位差。若傳輸過(guò)程中混入了干擾和噪

20、聲，由于差分放大器的作用，可使干擾和噪聲相若傳輸過(guò)程中混入了干擾和噪聲，由于差分放大器的作用，可使干擾和噪聲相互抵消。因此可以避免或大大減弱地線干擾和電磁干擾的影響?；サ窒?。因此可以避免或大大減弱地線干擾和電磁干擾的影響。RS-422A傳輸傳輸速率（速率（90Kbps）時(shí)，傳輸距離可達(dá)）時(shí)，傳輸距離可達(dá)1200米。米。 二、二、RS-422A接口接口 3/22/2022216.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-485是是RS-422A的變型：的變型：RS-422A用于全雙工，而用于全雙工，而RS-485則用于半雙工。則用于半雙工。RS-485是是一種多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，在通信線路上最多

21、可以使用一種多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，在通信線路上最多可以使用32 對(duì)差分驅(qū)動(dòng)器對(duì)差分驅(qū)動(dòng)器/接收器。如果在一個(gè)接收器。如果在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備超過(guò)網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備超過(guò)32個(gè)，還可以使用中繼器。個(gè)，還可以使用中繼器。 RS-485的信號(hào)傳輸采用兩線間的電壓來(lái)表示邏輯的信號(hào)傳輸采用兩線間的電壓來(lái)表示邏輯1和邏輯和邏輯0。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線，接。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線，接收方也需要兩根傳輸線。傳輸線采用差動(dòng)信道，所以它的干擾抑制性極好，又因?yàn)樗淖杩故辗揭残枰獌筛鶄鬏斁€。傳輸線采用差動(dòng)信道，所以它的干擾抑制性極好，又因?yàn)樗淖杩沟?，無(wú)接地問(wèn)題，所以傳輸距離可達(dá)低，無(wú)接地問(wèn)題，所以傳輸距離可達(dá)1200

22、米，傳輸速率可達(dá)米，傳輸速率可達(dá)1Mbps。三、三、RS-485接口接口 3/22/2022226.1.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-485是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信接口，一般采用雙絞線的結(jié)構(gòu)。普通的是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信接口，一般采用雙絞線的結(jié)構(gòu)。普通的PC機(jī)一機(jī)一般不帶般不帶RS485接口，因此要使用接口，因此要使用RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換器。對(duì)于單片機(jī)可轉(zhuǎn)換器。對(duì)于單片機(jī)可以通過(guò)芯片以通過(guò)芯片MAX485來(lái)完成來(lái)完成TTL/RS-485的電平轉(zhuǎn)換。在計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組的電平轉(zhuǎn)換。在計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的成的RS-485通信系統(tǒng)中，下位機(jī)由單片機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)為普通的通信系統(tǒng)中，下

23、位機(jī)由單片機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)為普通的PC機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)視下位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其狀態(tài)信息進(jìn)行集中處理，以圖文機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)視下位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其狀態(tài)信息進(jìn)行集中處理，以圖文方式顯示下位機(jī)的工作狀態(tài)以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的工作狀況。系統(tǒng)中各方式顯示下位機(jī)的工作狀態(tài)以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的工作狀況。系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)（包括上位機(jī)）的識(shí)別是通過(guò)設(shè)置不同的站地址來(lái)實(shí)現(xiàn)的。節(jié)點(diǎn)（包括上位機(jī)）的識(shí)別是通過(guò)設(shè)置不同的站地址來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3/22/2022236.2 80C51的串行口 有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址，它們占用同一地址99H ；接收器是雙；接收器

24、是雙緩沖結(jié)構(gòu)緩沖結(jié)構(gòu) ；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。 6.2.1 80C51串行口的結(jié)構(gòu)串行口的結(jié)構(gòu) 3/22/2022246.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器 lSCON 是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志：發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志： SM0和和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式： 3/22/2022256.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的

25、控制寄存器lSM2，多機(jī)通信控制位，主要用于方式，多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式和方式3。當(dāng)接收機(jī)的。當(dāng)接收機(jī)的SM2=1時(shí)可以利用收到的時(shí)可以利用收到的RB8來(lái)控制是否激活來(lái)控制是否激活RI（RB80時(shí)不激活時(shí)不激活RI，收到，收到的信息丟棄；的信息丟棄；RB81時(shí)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入時(shí)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活，并激活RI，進(jìn)而在中，進(jìn)而在中斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走）。當(dāng)讀走）。當(dāng)SM2=0時(shí)，不論收到的時(shí)，不論收到的RB8為為0和和1，均可以使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入均可以使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活，并激活RI（即此時(shí)（即此時(shí)RB8不具有控制不具有控制RI激活的功能）

26、。通過(guò)控制激活的功能）。通過(guò)控制SM2，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。 在方式在方式0時(shí)，時(shí)，SM2必須是必須是0。在方式。在方式1時(shí)，若時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才才置置1。 lREN，允許串行接收位。由軟件置，允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收。，則禁止接收。3/22/2022266.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器lTB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用。可以

27、用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)可以用軟件規(guī)定其作用?？梢杂米鲾?shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中，作為地址幀位，或在多機(jī)通信中，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。 在方式在方式0和方式和方式1中，該位未用。中，該位未用。 lRB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式1時(shí)，若時(shí)，若SM2=0，則，則RB8是接收到的停止位。是接收到的停止位。3/22/2022276.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器lTI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式，發(fā)送中斷標(biāo)志位。

28、在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置置1，向，向CPU發(fā)發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。，取消此中斷申請(qǐng)。 lRI，接收中斷標(biāo)志位。在方式，接收中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置置1，向，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。也必須在中斷服務(wù)程序

29、中，用軟件將其清發(fā)中斷申請(qǐng)。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消，取消此中斷申請(qǐng)。此中斷申請(qǐng)。3/22/2022286.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器lSMOD講義講義 波特率倍增位。在串行口方式波特率倍增位。在串行口方式1、方式、方式2、方式、方式3時(shí)，時(shí)，波特率與波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。 PCON中只有一位中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)與串行口工作有關(guān) ： 3/22/2022296.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式 一、方式一、方式0 方式方式0時(shí)

30、，串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴(kuò)展并時(shí)，串行口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由RXD講義講義引腳輸入或輸出，同步移位脈沖引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由由TXD講義講義 引腳輸出。發(fā)送和接收均為引腳輸出。發(fā)送和接收均為8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。波特率固定為后。波特率固定為fosc/12。 1、方式、方式0輸出輸出 3/22/2022306.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式2、方式、方式0輸入輸入 方式方式0接收和發(fā)送電路接收和發(fā)送電路 3/22/2022316.2.3 80C

31、51串行口的工作方式串行口的工作方式二、方式二、方式1 方式方式1是是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，位起始位，8位數(shù)據(jù)位，位數(shù)據(jù)位，1位停止位。位停止位。 1、方式、方式1 輸出輸出 3/22/2022326.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式 用軟件置用軟件置REN為為1時(shí)，接收器以所選擇波特率的時(shí)，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣倍速率采樣RXD引腳電平，檢測(cè)引腳電平，檢測(cè)到到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)

32、，則說(shuō)明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說(shuō)明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過(guò)程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過(guò)程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且，且SM2=0（或接收到的停止位為（或接收到的停止位為1）時(shí)，將接收到的）時(shí)，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第，第9位（停止位）進(jìn)入位（停止位）進(jìn)入RB8，并置，并置

33、RI=1，向，向CPU請(qǐng)求中斷。請(qǐng)求中斷。 2、方式、方式1輸入輸入 3/22/2022336.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式 方式方式2和方式和方式3時(shí)起始位時(shí)起始位1位，數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)9位（含位（含1位附加的第位附加的第9位，發(fā)送時(shí)為位，發(fā)送時(shí)為SCON中的中的TB8，接收時(shí)為接收時(shí)為RB8），停止位），停止位1位，一幀數(shù)據(jù)為位，一幀數(shù)據(jù)為11位。方式位。方式2的波特率固定為晶振頻率的的波特率固定為晶振頻率的1/64或或1/32，方式，方式3的波特率由定時(shí)器的波特率由定時(shí)器T1的溢出率決定。的溢出率決定。 方式方式2或方式或方式3時(shí)為時(shí)為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。位數(shù)據(jù)的異

34、步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳為數(shù)據(jù)接收引腳 。 三、方式三、方式2和方式和方式3 3/22/2022346.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式1、方式、方式2和方式和方式3輸出輸出 發(fā)送開始時(shí)，先把起始位發(fā)送開始時(shí)，先把起始位0輸出到輸出到TXD引腳，然后發(fā)送移位寄存器的輸出位（引腳，然后發(fā)送移位寄存器的輸出位（D0）到）到TXD引腳。每一個(gè)移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由引腳。每一個(gè)移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引腳輸出。引腳輸出。 第一次移位時(shí)，停止位第一次移位時(shí)，停止位“1”移入輸出移位寄存器的第

35、移入輸出移位寄存器的第9位上位上 ，以后每次移位，左邊都移入，以后每次移位，左邊都移入0。當(dāng)停止位移至輸出位時(shí)，左邊其余位全為。當(dāng)停止位移至輸出位時(shí)，左邊其余位全為0，檢測(cè)電路檢測(cè)到這一條件時(shí)，使控制電路進(jìn)，檢測(cè)電路檢測(cè)到這一條件時(shí)，使控制電路進(jìn)行最后一次移位，并置行最后一次移位，并置TI=1，向，向CPU請(qǐng)求中斷。請(qǐng)求中斷。3/22/2022356.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式2、方式、方式2和方式和方式3輸入輸入 接收時(shí)，數(shù)據(jù)從右邊移入輸入移位寄存器，在起始位接收時(shí)，數(shù)據(jù)從右邊移入輸入移位寄存器，在起始位0移到最左邊時(shí)，移到最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)控制電

36、路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且，且SM2=0（或接收到的第（或接收到的第9位數(shù)位數(shù)據(jù)為據(jù)為1）時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器）時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF和和RB8（接收數(shù)據(jù)的第（接收數(shù)據(jù)的第9位），置位），置RI=1，向，向CPU請(qǐng)求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不請(qǐng)求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位置位RI，繼續(xù)搜索，繼續(xù)搜索RXD引腳的負(fù)跳變。引腳的負(fù)跳變。 3/22/2022366.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式l在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過(guò)軟件可對(duì)單

37、片機(jī)串行口編程為四種工作方式，其中方式過(guò)軟件可對(duì)單片機(jī)串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方和方式式2的波特率是固定的，而方式的波特率是固定的，而方式1和方式和方式3的波特率是可變的，由的波特率是可變的，由定時(shí)器定時(shí)器T1的溢出率來(lái)決定。的溢出率來(lái)決定。l串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來(lái)源不串行口的四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時(shí)鐘的來(lái)源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。 方式方式0的波特率的波特率 = fosc/12 方式方式2的波特率的波特率 =（2SMOD/64） fosc 方式方式1的波特率

38、的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率） 方式方式3的波特率的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率） 四、波特率的計(jì)算四、波特率的計(jì)算 3/22/2022376.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式當(dāng)當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時(shí)，最典型的用法是使作為波特率發(fā)生器時(shí)，最典型的用法是使T1工作在自動(dòng)再裝入的工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式（即方位定時(shí)器方式（即方式式2，且，且TCON的的TR1=1，以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于，以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。中的計(jì)數(shù)值。 T1 溢出率溢出率 = fosc /12 256 （TH1） 在單

39、片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為：在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為：12MHz和。所以，選用的波特率也相對(duì)固定。常用的串和。所以，選用的波特率也相對(duì)固定。常用的串行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表所示。行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表所示。 3/22/2022386.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式 串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器定時(shí)器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：l確定確定T1的工作方式（編程的工作方式（編程TMOD寄存器）；寄存器）； l計(jì)算計(jì)

40、算T1的初值，裝載的初值，裝載TH1、TL1； l啟動(dòng)啟動(dòng)T1（編程（編程TCON中的中的TR1位）；位）； l確定串行口控制（編程確定串行口控制（編程SCON寄存器）；寄存器）； 串行口在中斷方式工作時(shí)，要串行口在中斷方式工作時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）。寄存器）。 3/22/2022396.3 單片機(jī)串行口應(yīng)用舉例 6.3.1 單片機(jī)與單片機(jī)的通信單片機(jī)與單片機(jī)的通信 RS323通訊通訊3/22/2022406.3 單片機(jī)串行口應(yīng)用舉例6.3.2 單片機(jī)與單片機(jī)與PC機(jī)的通信機(jī)的通信 RS485通訊通訊3/22/2022416.3 單片機(jī)串行口應(yīng)用舉例6.3

41、.3 PC機(jī)與單片機(jī)的主從通信機(jī)與單片機(jī)的主從通信 3/22/202242思考題及習(xí)題思考題及習(xí)題 l1、80C51單片機(jī)串行口有幾種工作方式？如何選擇？簡(jiǎn)述其特點(diǎn)？單片機(jī)串行口有幾種工作方式？如何選擇？簡(jiǎn)述其特點(diǎn)？ l2、串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)由那幾種？、串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)由那幾種？ l3、在串行通信中通信速率與傳輸距離之間的關(guān)系如何？、在串行通信中通信速率與傳輸距離之間的關(guān)系如何？ l4、在利用、在利用RS-422/RS-485通信的過(guò)程如果通信距離（波特率固定）過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)如何通信的過(guò)程如果通信距離（波特率固定）過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)如何處理？處理？ l5、利用單片機(jī)串行口擴(kuò)展、利用單片機(jī)串行口擴(kuò)展24個(gè)發(fā)光二極管和個(gè)發(fā)光二極管和8個(gè)按鍵，要求畫出電路圖并編寫程序個(gè)按鍵，要求畫出電路圖并編寫程序使使24個(gè)發(fā)光二極管按照不同的順序發(fā)光（發(fā)光的時(shí)間間隔為個(gè)發(fā)光二極管按照不同的順序發(fā)光（發(fā)光的時(shí)間間隔為1S）。）。 l6、如何編制中斷方式的數(shù)據(jù)接收程序。、如何編制中斷方式的數(shù)據(jù)接收程序。 l7、簡(jiǎn)述、