7.1 串行数据通信概述
计算机数据传送的2种方式
串行通信的数据通路的方式❗
- 单工方式(1-wire)
- 定义：信号(不包括联络信号)在信道中只能沿一个方向传送。
- 示例：发送方A (TXD) →接收方B (RXD)。
- 半双工方式（）
- 定义：双方均具有发送和接收信息的能力,信道也具有双向传输性能，但在指定的时刻, 只能沿某一个方向传送信息，不能同时发送和接收。
- 示例：发送方A (TXD, RXD) ←→接收方B (TXD, RXD)，但某一时刻只能单向传输。
- 全双工方式（）
- 定义：信号沿两个方向同时传送,任何一方在同一时刻既能发送又能接收信息。
- 示例：发送方A (TXD->RXD_B, RXD<-TXD_B) <-> 接收方B (RXD<-TXD_A, TXD->RXD_A)。
同步传输和异步传输❗
波特率 (Baud Rate)❗
- 定义：串行通信时每秒钟信号变化次数，单位“BAUD”。
- 比特率：数据传输速率 bps (bit per second)。
在二进制通信中，比特率等于波特率。
这是因为对于二进制而言，信号变化一次（0/1）就代表着传输了一位数据。
- 标准速率：RS-232C标准规定了常用的标准速率，如50~19200bps，根据不同的数据量及线路状况设定。
异步串行通信的同步技术❗❗
既然没有时钟，那么一定要有某种约定来确保数据被正确传输
- 通信双方约定一个通信速率 (波特率)。
- 采用相同的数据传输格式 (起始位（低）、数据位、停止位（高）)。
- 低位在前，高位在后
7.2 80C51串行口及控制
80C51串行口结构
特性：80C51中的串行口是一个全双工的异步串行通信接口，可作UART (通用异步接收和发送器)用，也可作同步移位寄存器用。
主要技术问题：
- 数据传送：传送中的标准、格式及工作方式问题。
- 数据转换：串行数据与并行数据之间的相互转换 (UART)。
波特率发生器：
- 由T1、T2及内部的一些控制开关和分频器所组成，提供TXCLOCK (发送时钟) 和RXCLOCK (接收时钟)。
- 相关SFR：TMOD, TCON, T2CON, TL1, TH1, TL2, TH2, PCON (电源控制寄存器，用于波特率控制)。
数据缓冲寄存器 SBUF：
- 存放发送和接收数据的两个独立的缓冲寄存器，在SFR的地址都是99H。
- 写SBUF (
MOV SBUF, A) 引发串口发送。
- 读SBUF (
MOV A, SBUF) 读取接收到的数据。
- 由于发送SBUF与接收SBUF独立，51串行口是全双工接口。
- CPU将数据送到发送SBUF后，SBUF自动一位一位发送，完成后 TI=1。
- 外部串行数据经RXD送入SBUF时，电路自动启动接收，完成后 RI=1。
串行口控制逻辑：
- 接受来自波特率发生器的时钟信号——TXCLOCK（发送时钟），RXCLOCK（接收时钟）
- 控制输入移位寄存器将外部串行数据转换为并行数据输入
- 控制输出移位寄存器将内部的并行数据转换为串行数据输出
- 控制串行中断（RI和TI）
引脚：
- RXD (P3.0) 用于接收数据（Receive），TXD (P3.1) 用于发送数据（Transmit）
80C51串行口控制寄存器
SCON (串行口控制寄存器) ❗❗
- 地址：98H (位地址9FH~98H)。
- 位定义：
- SM0, SM1 (位7, 位6)：串行口工作方式选择位。
- SM2 (位5)：多机通信控制位 (用于方式2和方式3)。
- : 当接收到第9位RB8为1（说明送过来的是地址）时，有效，RI=1，产生中断。 RB8为0（说明送过来的是数据），无效，不产生中断。
- : 无论RB8为1或0，数据均有效，RI=1，产生中断。
- 方式0时，SM2必须为0。
- 方式1时，若SM2=1，停止位必须为1。
- REN (位4)：
- TB8 (位3)：
- RB8 (位2)：
- TI (位1)：发送中断标志。 表示一帧数据发送结束，由软件清0。
- RI (位0)：接收中断标志。 表示一帧数据接收结束，由软件清0。
SM0 | SM1 | 工作方式 | 特点 | 波特率 (典型) |
0 | 0 | 方式0 | 8位移位寄存器 | |
0 | 1 | 方式1 | 10位异步接收发送 | (T1产生) |
1 | 0 | 方式2 | 11位异步接收发送 | 或 |
1 | 1 | 方式3 | 11位异步接收发送 | (T1产生) |
在这个条件下，仅对收到的地址响应，不对收到的数据响应
在这个条件下，对收到的地址、数据均响应；
允许接收位。 允许接收， 禁止接收。
发送数据位8。 在方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据。
TB8=1表示地址，TB8=0表示数据。
接收数据位8。 在方式2和方式3接收到的第9位数据。方式1中接收到的是停止位。 方式0中不使用。
- 系统复位后，SCON中所有位都被清除。
PCON (电源控制寄存器)
- 地址：87H (不能位寻址)。
- 位定义：
- SMOD (位7)：波特率倍增位。 串行口波特率加倍。
- 具体可以看波特率的计算公式
- 其他位与掉电方式有关。
IE (中断允许寄存器)
- 地址：A8H。
- 位定义：
- ES (位4)：串行中断允许位。 0为禁止，1为允许。
- EA (位7)：总中断允许位。
7.3 串行口的工作方式
通过SCON寄存器的SM0和SM1位设置，共四种工作方式。
方式0：同步串行通信方式 ()
- 特点：同步串行通信方式，类似一个同步移位寄存器
- 数据传输：8位数据，低位在前。
- 波特率：固定为 。
- 引脚功能：
- RXD (P3.0)：输入或输出数据。
- TXD (P3.1)：输出同步移位时钟，因为同步传输还需要单片机输出时钟信号给对方。
- 帧格式：
- 发送：执行写SBUF指令 (
MOV SBUF,A) 时启动。
- 接收：当REN=1且RI=0时启动。
- 时序：发送过程约10个机器周期，接收过程类似。
方式1：8位UART，可变波特率 ()
特点：
标准的8位UART，异步通信。
数据传输：
10位数据帧：1个起始位 (低)，8位数据 (低位在前)，1个停止位 (高)。
注意数据帧的概念。UART一次通信就传一个数据帧；而I2C、SPI理论上一次通讯可以传很多字节。
波特率：
由定时器T1或T2 (80C51无T2则仅T1) 的溢出率决定，可设定。
T1通常工作在方式2 (自动重装载) 以获得稳定波特率。
引脚功能：
RXD (P3.0) 接收数据，TXD (P3.1) 发送数据。
发送：
- 对SBUF写数据后，硬件自动加入起始位和停止位，从TXD串行输出。
- 发送结束TI置1。
- 实际发送开始于T1下一次溢出时刻。
接收：
- 条件：
- REN=1且RI清零后，RXD引脚检测到1到0的跳变启动接收。
- 启动16倍波特率速度采样
- 起始位确认：
连续8次采集到低电平确认起始位到来。
- 接收采样：
对RXD线以16倍波特率速度采样，在每个数据位的第7,8,9个脉冲采样并“三取二”确定数据。
- 接收结束，置位RI的条件：
- RI=0。
- 接收到的停止位=1（这里停止位的采样和普通数据位的采样一样，“三取二”
波特率计算 (使用定时器1)：
- 公式：
分母32，来源于8051串行通信口（UART）内部的两个固定的硬件分频系数的乘积
- T1工作于方式0 (13位计数器)：每次溢出需重装初值TC。
式中，TC表示计数初值；X表示中断程序所需的机器周期数目
- T1工作于方式1 (16位计数器)：每次溢出需重装初值TC。
- T1工作于方式2 (8位自动重装载)：无需中断服务程序重装，波特率更稳定，应禁止T1中断。
方式2和方式3：9位UART ( )
特点：
标准的9位UART，异步通信。
数据传输：
- 11位数据帧：1个起始位，9位数据（低位在前），1个停止位。
- 第9数据位（TB8发送，RB8接收）可作奇偶校验位或控制位。
引脚功能：
RXD (P3.0) 接收数据，TXD (P3.1) 发送数据。
波特率：
- 方式2 ()：波特率几乎几乎固定。
波特率 = (即当SMOD=1时， ；当SMOD=0时， ）
- 方式3 ()
波特率可变，由定时器T1的溢出率决定，和方式一一致
数据控制：
通过
SETB TB8 或 CLR TB8 设置发送的第9位。发送：
执行写SBUF指令启动。
接收：
- 条件：REN=1且RI清零后，RXD引脚检测到1到0的跳变启动接收。
- 如果第一个时钟周期接收到的不是0（说明不是起始位），则复位接收电路，继续检测RXD上1到0的跳变（起始位的检测和确认机制是基本一致的）
置位RI的条件 (受SM2影响)：
- 若 ：无论RB8为0或1，均置位RI，触发中断。
- 若 ：只有当RB8=1时才置位RI，触发中断。若RB8=0，则接收数据被忽略
这一特性被用在下面的多机通信中👇
7.4 多机通信
intro
- 概念：整个系统有多个单片微机，需要相互通信。
- 实现机制：利用串行口工作方式2或方式3，以及SCON寄存器中的SM2位 (SCON.5)。
主-从通信系统❗❗
- 主机发起：每次通信都由主机发起。
- 从机地址：每个从机都有各自的地址 (通常一个字节)。
- 通信格式：主机先发送地址帧，然后发送数据帧。
地址帧：发送的第9位数据 (TB8) 置1。
数据帧：发送的第9位数据 (TB8) 清0。
- 从机初始状态：所有从机的SM2位均设置为1，并允许串行口中断接收。
- 地址识别：
- 主机发送地址帧 (TB8=1)，所有从机因SM2=1且接收到RB8=1而响应中断。
- 从机在中断中比较接收到的地址与本机地址。
- 地址匹配：若地址相符，该从机将SM2清0，准备接收后续的数据帧。
- 地址不匹配：
- 若地址不符，该从机保持SM2=1，忽略后续的数据帧
- (因为数据帧的RB8将为0，SM2=1时不会产生中断)，等待下一次地址帧。
- 数据传输：地址匹配的从机 (SM2=0) 接收主机发来的数据帧 (TB8=0)。
- 从机回复 (如果需要)：被选中的从机可以向主机发送数据。 此时从机发送时TB8通常为0，主机接收时应将SM2设为0。
7.5 串行口的应用
波特率允许误差❗❗
异步串口通信没有时钟信号，时序的维持全靠双方约定的波特率。为保证正确接收，发送与接收波特率累积误差在最后一位采样时不应超过半个位周期。
例如：第10位累积误差 ，
- 其中 是误差百分比, 是位周期，9.5是最后一个bit采样的时刻
- 通常要求波特率误差 小于5%，因为
晶振选择与TH1初值
- 为获得精确的常用波特率，晶振频率的选择很重要。
- 常用晶振：11.0592MHz 或 7.3728MHz 可以产生无误差的常用波特率。 12MHz晶振在某些波特率下会有误差。
- 计算TH1 (定时器1方式2)：
- 例：, BaudRate=2400, SMOD=0 ⇒
- 例：, BaudRate=1200, SMOD=0 ⇒}$。
方式0的编程和应用
- 用于扩展并行I/O口等。
- 示例：使用74LS164串入并出扩展并行输出口控制LED。
- 初始化：
MOV SCON, #00H(方式0),CLR ES。 - 发送：
MOV SBUF, A,JNB TI, $,CLR TI。
方式1的编程和应用
- 示例：双机通信
- 甲机发送，乙机接收。串行口方式1，T1方式2作波特率发生器，波特率2400bps，晶振6MHz。
- 波特率计算：
- 初始化 (甲机)：
MOV TMOD, #20H,MOV TL1, #0FAH,MOV TH1, #0FAH,SETB TR1,MOV SCON, #40H(方式1, 禁止接收)。 - 发送首末地址 (查询方式)：
MOV SBUF, data,JNB TI, $,CLR TI。 - 发送数据块 (中断方式)：
SETB ES,SETB EA,MOV SBUF, A(发送第一字节)，后续在中断服务程序中发送。 - 发送中断服务程序 (SINT)：保护现场，发送下一字节，判断是否结束，恢复现场，RETI。
- 初始化 (乙机)：类似甲机，但
MOV SCON, #50H(方式1, 允许接收)。 - 接收中断服务程序 (RSINT)：保护现场，读SBUF，根据标志判断是地址还是数据，存入RAM，更新指针和计数，判断结束，恢复现场，RETI。
- 示例：通过串行口发送带奇偶校验位的数据块
- ASCII码7位，最高位用作奇偶校验。 方式1，T1方式2，1200bps，。 查询发送。
- (SMOD=0)。
- 初始化：
MOV TMOD, #20H,MOV PCON, #00H,MOV TL1, #0E8H,MOV TH1, #0E8H,SETB TR1,MOV SCON, #40H(禁止接收)。 - 发送子程序 (SP-OUT)：取数据，计算奇偶校验位 (P标志) 并置于ACC.7，
MOV SBUF, A,JNB TI, $,CLR TI。
- 示例：通过串行口接收带奇偶校验位的数据块
- 接收32字节，存20H~3FH，1200bps，奇校验出错C置“1”。
- 初始化：类似发送，但
MOV SCON, #50H(允许接收)。 - 接收子程序 (SP-IN)：
JNB RI, $,CLR RI,MOV A, SBUF。 检查奇偶性 (P标志)，若出错，C=1。 去掉校验位后数据存A。
方式2、3的编程和应用
- 方式3 波特率设置与方式1相同，可由用户设置。
- 主要用于多机通信。
- 第9数据位TB8/RB8 也可用于校验位。
- 示例：利用第9位作为奇偶校验位编写发送中断程序
- 中断服务程序 (SPINT)：关中断EA，保护现场PSW, ACC，开中断EA。 切换寄存器工作组 (SETB RS0)，取数据，计算奇偶校验 (P标志)，将校验位送TB8 (
MOV TB8, C)，数据送SBUF，指针增加。 关中断EA，恢复现场，清RS0，RETI。
第七章作业
里面有很多例程还是很好的，可以很大增进理解。
