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时间:2020-09-26
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1、5.1串行通信基础第5章单片机串行通信接口技术5.251系列单片机串行口结构5.3单片机串行口工作方式5.4单片机间的点对点通信5.5I2C总线通信5.6SPI串行通信接口实际应用中,单片机在一些被控对象较多的应用场合难以单独胜任,需要多个单片机或单片机与PC结合共同完成;同时,单片机从一些常用的外部设备、芯片获取必要的信息时,也需要与之进行通信。这些功能的实现都离不开单片机通信技术。本章主要内容为51系列单片机与其他外设间的通信技术,以串口通信为重点,介绍串口结构、控制寄存器、工作模式及波特率设置,并辅以通信实例,最后对常用串
2、行通信总线及其典型芯片进行介绍。第5章单片机串行通信接口技术5.1串行通信基础常用的数据传输方式可分为并行通信和串行通信两种:并行通信是指数据的各个二进制位在同一时间点同时进行传输,因而传输速度快,效率高,但所需数据线条数较多,传输距离不能太远,如图5-1所示。图5-1并行通信串行通信使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度,只需要少数几条线就可以在系统间交换信息,特别适用于单片机与单片机、单片机与外设之间的远距离通信,如图5-2所示。图5-2串行通信5.1串行通信基础5.1.1异步通信和同步通
3、信异步通信(AsynchronousCommunication)以帧的形式发送字符数据,每一帧为一个字符或一个字节,发送和接收双方各自具有一个控制发送和接收的时钟,且互相独立。异步通信每个字符帧的格式如表5.1所示:表5.1异步通信帧格式一个字符帧一般包含4个部分:起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。1.异步通信1.起始位:占用一帧中的首位,用于表示开始发送数据。空闲状态下通信线路保持逻辑高电平(1),因而起始位通常配置为逻辑低电平(0)。2.数据位:是通信中需要传输的数据信息,可根据需要配置为5~8位不等。发送时,低位在前,高
4、位在后,如发送35H(00110101B),发送顺序为1-0-1-0-1-1-0-0。3.奇偶校验位:用于数据校验,分为奇校验和偶校验两种方式。奇校验指所有数据位和校验位中1的个数为奇数,计算时对所有数据位异或后取反,即得到校验位数值;偶校验指所有数据位和校验位中1的个数为偶数,计算时对所有数据位直接异或即得到校验位数值。奇偶校验常用于简单的错误检测,使用时通信双方需事先约定使用一致的校验方式。4.停止位:用于表征一帧信息的结束,可以取1位1位半或2位,通常为逻辑高电平(1)。5.1.1异步通信和同步通信异步通信的一个关键参数是
5、信息传输速度,用波特率表示。波特率的单位为bit/s,即每秒钟发送的二进制位数,波特率越高,数据传输速度越快。由于异步通信双方没有同步时钟信号,因而发送和接收双方必须采用相同的波特率,才能成功传送数据。异步通信不需同步时钟,数据在传输线路上是间断发送的,使用简单灵活,应用较广,51单片机的UART、PC上的RS232、RS485等都属于异步通信的范畴。但是,异步通信传送每个字符都需要添加起始位和停止位,降低了数据的有效传输速度,因而常用于传输速率不高的场合。5.1.1异步通信和同步通信2.同步通信同步通信(Synchronous
6、Communication)是一种连续的数据传输方式,传输过程中的数据格式包括同步字符、数据和校验字符三部分,其中同步字符可以有一到两个,数据部分为一连串的有效数据,数据之间没有间隔,数据块的末尾附加校验字符,如表5.2示:表5.2同步通信帧格式同步通信方式中,发送和接收双方需采用统一的时钟,以保证收发双方的完全同步。对于近距离的同步通信,通常专门在收发双方增加一条时钟信号线CLK实现同步;对于远距离同步通信,需用调制解调器从数据流中提取同步信号,采用锁相技术使接收方获得和发射方相同的时钟信号。5.1.1异步通信和同步通信5.1
7、.2串行通信的数据传送方式串行通信方式共有单工、半双工和全双工3种,如图5-3所示:A端发射器B端接收器A端发射器B端接收器A端接收器B端发射器A端发射器B端接收器A端接收器B端发射器单工半双工全双工全双工图5-3串行通信的三种数据传送方式单工:通信中的任意时刻,信息都只能由一方向另一方单向传送,只需一条数据线即可实现。半双工:数据可以实现双向传送,但由于同样采用一根数据线,在同一时间内数据只能由一方传向另一方。全双工:采用两条数据线,数据可以实现同时双向传送,51单片机内的UART即为全双工串行口。8051单片机具有一个标准全
8、双工串口,支持4种工作方式,串行口的访问和设置通过以下三个特殊功能寄存器实现:SBUF、SCON、PCON。5.1.2串行通信的数据传送方式5.2.1SBUF缓冲器单片机收发数据通过缓冲器完成,发送缓冲器只能写入不能读取,而接收缓冲器只能读取不能发送,两者工作时
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