计算机串行通信基础

        通信有串行通信和并行通信两种方式

        串行通信：

        将数据字节分为一位一位的形式在一条数据线上逐个传送。如下图所示

        串行通信特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。

        并行通信:

         通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。如下图所示

         并行通行特点：控制简单，传输速度快；但是由于传输线较多，长距离传输时成本高，且接收方各位同时接收存在困难。

串行通信的基本概念

        异步通信与同步通信：

                1、异步通信：

                        异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。

                        异步通信数据格式：

                         异步通信特点：

                                不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。

                2、同步通信：

                       同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。 

        串行通信的传输方向

                单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。

                半双工是指数据传输可以沿两个方向，但是需要分时进行。

                全双工是指数据可以同时进行双向传输。

        串行通信常见的错误校验 

                1、奇偶校验 (*)

                        在发送数据时，数据位尾随的一位为奇偶校验位(1或0)。奇校验时，数据中"1"的个数与校验位"1"的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中"1"的个数与校验位"1"的个数之和应为偶数。接收字符时，对"1"的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。

                2、代码和校验

                        ........

                3、循环冗余校验

                        ........

        传输速率

                比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是:位 / 秒(bps)。比如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包括10位(1个起始位，1个停止位，8个数据位)，这时的比特率为：

                10位 x 240个/秒 = 2400 bps

80C51的串行口

        80c51的串行口结构：

                有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H ；接收器是双缓冲结构 ；发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。

        80c51串行口的控制寄存器

                一、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：                

                △ SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：

                △ SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。当接收机的SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否激活RI（RB8＝0时不激活RI，收到的信息丢弃；RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并激活RI，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。当SM2=0时，不论收到的RB8为0和1，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活RI（即此时RB8不具有控制RI激活的功能）。通过控制SM2，可以实现多机通信。 在方式0时，SM2必须是0。在方式1时，如果SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI才置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

                △ TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。在方式0和方式1中，该位未用。

                △ RB8, 在方式2或者方式3中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在方式1时，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。
                △ 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。

               二、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。 

        80c51串行口的工作方式 

        一、方式0

        方式0时，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。

        1、方式0输出

        2、方式0输入

 

        二、方式1

        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。 

        1、方式1输出：

        2、方式1输入

        用软件置REN为1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将接收到的9位数据的前8位数据装入接收SBUF，第9位（停止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。 

        三、方式2和方式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。

         方式2和方式3时起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为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1/64或1/32，方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。

        1、方式2和方式3输出

        发送开始时，先把起始位0输出到TXD引脚，然后发送移位寄存器的输出位（D0） 到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第九位上，以后每次移位，左边都移入0.当停止位移至输出位时，左边其余位全为0，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置T1=1，向CPU请求中断。

        2、方式2和方式3输入   

        接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位），置RI=1，向CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。  

      波特率计算 

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。

通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式0和

方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，

由定时器T1的溢出率来决定。

串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移位时钟

的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。

方式0的波特率 =  fosc/12

方式2的波特率 =（2SMOD/64）· fosc

方式1的波特率 =（2SMOD/32）·（T1溢出率）

方式3的波特率 =（2SMOD/32）·（T1溢出率）

        当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以启动定时器）。这时溢出率取决于TH1中的计数值。

        T1 溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}

        在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和11.0592MHz。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。

       串口如何使用 

串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产

生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。具体

步骤如下：

1、确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；

2、计算T1的初值，装载TH1、TL1；

3、启动T1（编程TCON中的TR1位）；

4、确定串行口控制（编程SCON寄存器）；

串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、

IP寄存器）。

        单片机与单片机的通信 

        一、点对点通信

       1、硬件连接

    二、多机通信

    1、硬件连接

        单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。80C51单片机的串行口方式2和方式3适于这种主从式的通信结构。当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。在实际的多机应用系统中，常采用RS-485串行标准总线进行数据传输。

        中断源

示例：

/***************************串口通信***************************定时器工作方式为2*晶振频率:12MHz*波特率：9600*实现功能：串口发送一个字节，单片机将其再发送出去*SM0D:1*************************************************************/
#include "reg52.h"typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int  u32;
/***Funtion：串口初始化*IN	 : void*OUT    : void**/
void UartInit(void)
{SCON = 0x50; //设定串行口的工作方式为01(10位异步收发器(8位数据))PCON = 0x80; //SMOD=1TMOD = 0x20; //设定采用定时器T1,并且定时器工作方式2TH1 = 0xF9; //注意这里波特率为9600TL1 = 0xF9;TR1 = 1; //打开定时器1ES = 1; //打开接收中断EA = 1;//打开总中断
}
/***Funtion：串口中断处理函数(格式固定 interrupt 4(4为中断号))*IN	 : void*OUT    : void**/
void UartRcve() interrupt 4
{u8 recvdata;recvdata = SBUF;//接收到的值缓存在recvdata中RI = 0;//清除接收中断标志位SBUF = recvdata; //将接收到的数据放入到发送寄存器while(!TI);TI = 0;//清除发送完成标志位
}int main( void )
{UartInit();while(1){}
}

需要用到定时器的知识,请参考:https://blog.csdn.net/weixin_42216720/article/details/120600278