51单片机串口通信原理课件下载(很详细)

ID:398515 · 发表于 2018-9-25 16:04

什么是计算机通信

通信是指通过某种媒体将信息从一地传送到另一地。古代飞鸽传书和今天电话、手机，都是人与人之间的通信。
计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。上面所说的计算机与计算机之间的通信分下面3种情况:
PC机与PC机通信； PC机与单片机通信(本讲只讲这一种); 单片机与单片机通信。

为什么要进行计算机通信

计算机通信的出现，大大拓展了计算机的应用范围。 PC机与单片机通信，可以实现：
1、实现远程测控。
2、组成计算机网络。

并行通信的特点：传输速度快，由于需要多根传输线，长距离传输时成本高，只适用于短距离传输。

串行通信的特点：传输速度慢，但传输线少，长距离传传输时成本低，适用于长距离传输。

异步通信与同步通信

异步通信 收发设备使用各自的时钟。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可
以在任意时刻开始发送字符，为保证收发双方同步, 每个字符的开始和结束的地方必须加上标志，即加上起始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。

特点：由于不要求收发双方时钟严格一致，因此容易实现，通信设备简单、便宜。但为保证收发双方同步,每个字符均需附加起始位、停止位，因此传输效率不高。

同步通信 发送与接收设备使用同一个时钟，双方本身完全同步，从理论上说，不需要人为增加同步措施，但实际上还是要增加一些同步措施的（同步通信把几十到几千个字符组成一个帧，每帧的开始要附加同步字符）。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间没有时间间隔。

特点：收发双方不停地发送和接收连续的字符，传输效率高，特别适合批量数据的传送；但它要求在通信中保持精确的同步，实现较异步通信复杂。

串行通信的传输方向

1、单工单工是指数据传输仅能沿一个方向进行。
2、半双工半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。
3、全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。

本讲没有用到奇偶校验，因此这里我们只要了解就可以了。收发双方事先约定采用奇校验还是偶校验。如约定采用奇校验：发送数据时，数据位尾随1位奇校验位，奇校验位可以取0或1，但要保证，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；接收数据时，检查数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和是否仍应为奇数，如不是，则说明数据在传输过程中出现了差错。如约定采用偶校验：发送数据时，数据位尾随1位偶校验位，偶校验位可以取0或1，但要保证，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数；接收数据时，检查数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和是否仍应为偶数，如不是，则说明数据在传输过程中出现了差错。

串行通信的数传率

数据传输率简称数传率，指单位时间内传输的信息量，可用比特率和波特率来表示。
⑴比特率：是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数bit/s(bps) 。
⑵波特率：波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。对于串行通信来说，或者说是对于普通的数字电路来说，都是两相调制,也就是单个调制状态对应1个二进制位，因此:
比特率= 波特率

1bps=1 Baud
计算机中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可达56Kbps.
CH340转出的虚拟串口的波特率突破了传统串口的56Kbps限制,最高可达2Mbps

串行通信的传输距离
RS232为全双工，最大传输距离15米。 RS485为半双工，最大传输距离1200米，最多可加8只中继器，可延伸到10800米。

串行通信接口标准

RS-232是美国电子工业协会EIA在1962年发布的一种串行通信接口标准，后有不少改进版本，其中最常用的是RS-232-C版。 RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25 条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。

笔记本电脑如何进行串口实验

大部分笔记本电脑，甚至部分新出的台式机没有串口，我们可以用USB转换的方式，转出一个甚至多个虚拟的串口，同样可以完成串口实验。

此时，单片机端要用CH340（或其他的USB- COM芯片，如PL2303）替代MAX232，单片机端与PC端改用USB电缆连接， PC机安装驱动程序。上下位机编程和其他操作和原来完全一致。

笔记本电脑(包括台式机)可使用USB口转出的虚拟串口进行串行通信，框图如上

MAX232是TTL和RS232电平转换芯片，CH340是USB-COM转换芯片。单片机叫下位机，PC机叫上位机。

在串口传输电缆上，采用 RS232电平规范：
逻辑1=-3V～-15V
逻辑0=+3V～+15V
而单片机的串口模块采用TTL电平规范：逻辑1=5V
逻辑0=0V

因此单片机的串口模块和串口传输电缆之间要进行电平转换，这个任务由MAX232完成。

STC89C52 有1个串口模块----串口1，有两个物理上独立的接收、发送缓冲器，但是它们都叫SBUF。单片机操作的时候是否会产生混乱？不会。执行读操作时，访问接收缓冲器；执行写操作时，访问发送缓冲器。

串行口的控制寄存器

SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志,可以按位操作：（复位值：0x00000000）

SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式，一般选方式1：

●REN，允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。
●TI，发送中断标志位。在方式0时，当串行发送第8位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置1，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清0，取消此中断申请。
●RI，接收中断标志位。在方式0时，当串行接收第8位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使RI置1，向CPU发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清0，取消此中断申请。

下列位本讲未用,采用上电默认值0:
●SM2：多机通信控制位
●TB8：发送数据的第九位
●RB8：接收到数据的第九位

独立波特率发生器的相关位

BRTR（独立波特率发生器启停位）: =1, 允许独立波特率发生器运行；=0, 不允许独立波特率发生器运行。

BRTx12:=0, 独立波特率发生器每12 个时钟计数一次（和传统51兼容），=1, 独立波特率发生器每1 个时钟计数一次

S1BRS: =1, 独立波特率发生器作为串口1 的波特率发生器，此时定时器1 得到释放； =0, 串口1 波特率发生器选择定时器1。

PCON中只有一位SMOD与串行口工作有关：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。
该位本讲未用,采用上电默认值0即可。

串行口的工作方式

本讲只讲最常用的方式1;方式0、2、3很少用到，不需掌握。
方式1是10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，传送一帧数据的格式如图所示。其中1 位起始位，8位数据位，1位停止位。

波特率和BRT值的计算

在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。

方式1的波特率=（2SMOD/32）•（独立波特率发生器的溢出率）
当BRTx12 = 0时：独立波特率发生器的溢出率 =Fosc/12/( 256 - BRT )
实例：波特率9600，计算BRT的值。
波特率 =（1/32）•（fosc /12/（256 －BRT））
BRT=256- fosc /（384*波特率）=256-11059200/
（384*9600）=253
也可以用“51串口通信计算器”快速完成BRT设置值的计算。

串行口初始化步骤

1、TX设置为输出、RX设置为输入，也可不设置，采用默认的准双向口模式。
2、设置串口1 的工作模式，SCON 寄存器中的SM0 和SM1 两位决定了串口1 的4 种工作模式。
3、如要串口1 接收，将SCON 寄存器中的REN 位置1 即可。
4、计算BRT的值，并置数；
5、设置独立波特率发生器相关位：BRTx12:=0, S1BRS: =1, SMOD
6、启动独立波特率发生器（ BRTR =1）；
7、串行口工作在中断方式时，还要设置串口1 的中断优先级
（ PS,PSH ），如果不设置的话，默认是低优先级；打开中断相应的控制位（ES,EA）。接收完成标志RI,发送完成标志TI,要由软件清

如何通过串口收发数据

串口1接收到的数，从SBUF中读取；如要从串口1 发送，将数据送入SBUF 即可。

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