《单片机原理与应用及上机指导》第9章串行通信及接口课件.ppt

1、http:/n教学提示：通信是人们传递信息的方式。计算机通信是将计算机技术和教学提示：通信是人们传递信息的方式。计算机通信是将计算机技术和通信技术相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息通信技术相结合，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。串行通信技术是构建单片机应用系统的关键技术，尤其是构建网交换。串行通信技术是构建单片机应用系统的关键技术，尤其是构建网络控制单片机应用系统。络控制单片机应用系统。n教学目标：复习教学目标：复习80C51单片机串行接口结构；了解单片机串行接口结构；了解80C51单片机串行单片机串行接口原理；掌握接口原理；掌握80C51单片机串行接口

2、的使用方法。单片机串行接口的使用方法。n计算机通信有两种方式：并行通信方式与串行通信方式。并计算机通信有两种方式：并行通信方式与串行通信方式。并行通信是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送，并行通信是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送，并行通信的特点是：控制简单，传输速度快，但传输线较多，行通信的特点是：控制简单，传输速度快，但传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。串长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。串行通信是将数据字节分成一位一位的形式，在一条传输线上行通信是将数据字节分成一位一位的形式，在一条传输线上逐个地传送，串行通信的特点是：传输线少，

3、长距离传送时逐个地传送，串行通信的特点是：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。制比并行通信复杂。80C51内部有一个串行通信内部有一个串行通信I/O口，通口，通过它可以实现和其他单片机系统、过它可以实现和其他单片机系统、PC系统的串行通信。系统的串行通信。n所谓所谓“串行通信串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线，是指外设和计算机间使用一根数据信号线，数据在一根数据信号线上按位进行传输，每一位数据都占据数据在一根数据信号线上按位进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。这种通

4、信方式使用的数据线少，在远一个固定的时间长度。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。当然，其传输速度比并行传距离通信中可以节约通信成本。当然，其传输速度比并行传输慢。数据接收设备将接收到的串行形式数据转换成并行形输慢。数据接收设备将接收到的串行形式数据转换成并行形式进行存储或处理，所以串行口的本质就是单片机与外围数式进行存储或处理，所以串行口的本质就是单片机与外围数据设备的数据格式转换据设备的数据格式转换(或者称为串或者称为串/并转换器并转换器)，即当数据，即当数据从外围设备输入计算机时，数据格式由位从外围设备输入计算机时，数据格式由位(bit)转化为字节转化为字节数据；

5、反之，当单片机发送下行数据到外围设备时，串口又数据；反之，当单片机发送下行数据到外围设备时，串口又将字节数据转化为位数据。将字节数据转化为位数据。n9.2.1 串行通信的基本原理串行通信的基本原理n9.2.2 串行通信接口标准串行通信接口标准n单片机使用串行口进行异步通信时，其接收和发送过程单片机使用串行口进行异步通信时，其接收和发送过程如下。如下。l(1)接收。串行口按设定的工作方式和波特率通过接收。串行口按设定的工作方式和波特率通过P3.0口串行移入口串行移入格式化数据到输入寄存器，待整帧数据接收完毕后进行反格式化格式化数据到输入寄存器，待整帧数据接收完毕后进行反格式化处理，然后送入数据缓

6、冲器，形成中断请求处理，然后送入数据缓冲器，形成中断请求RI，通知，通知CPU读取数读取数据。据。l(2)发送。当单片机发送。当单片机CPU向串行口的发送数据缓冲寄存器移入所向串行口的发送数据缓冲寄存器移入所需发送的数据后，串行口自动按设定的格式将数据组装成标准格需发送的数据后，串行口自动按设定的格式将数据组装成标准格式帧，然后以规定的波特率，借助于发送缓冲器的移位功能通过式帧，然后以规定的波特率，借助于发送缓冲器的移位功能通过P3.1逐位移出。数据移完后，形成中断请求逐位移出。数据移完后，形成中断请求TI，通知，通知CPU准备下准备下一帧数据的发送过程。一帧数据的发送过程。n所谓接口标准就是

7、明确定义信号线，使接口电路标准化、所谓接口标准就是明确定义信号线，使接口电路标准化、通用化。借助串行通信标准接口，不同类型的数据通信通用化。借助串行通信标准接口，不同类型的数据通信设备可以很容易实现它们之间的串行通信连接。不同的设备可以很容易实现它们之间的串行通信连接。不同的计算机系统或通信设备之间要顺利地实现通信，必须遵计算机系统或通信设备之间要顺利地实现通信，必须遵循同一规则，这个规则就是一个标准。标准的异步串行循同一规则，这个规则就是一个标准。标准的异步串行通信接口有通信接口有RS-232C、RS-449、RS-422、RS-423和和RS-485。l 1RS-232接口接口l 2RS-

8、422与与RS-485串行接口标准串行接口标准 l 33种标准的比较种标准的比较nRS-232接口接口(又称又称 EIA RS-232 C)是目前最常用的一种串是目前最常用的一种串行通信接口。它是在行通信接口。它是在1962年由美国电子工业协会年由美国电子工业协会(EIA)联联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准。它的全名是同制定的用于串行通信的标准。它的全名是“数据终端数据终端设备设备(DTE)和数据通信设备和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交之间串行二进制数据交换接口技术标准换接口技术标准”该标准

9、规定采用一个该标准规定采用一个25个脚的个脚的 DB25连连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。各种信号的电平加以规定。n(1)机械特性机械特性n(2)电气特性电气特性n由于由于RS-232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下有以下4点。点。l(1)接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路方能与电平不兼容，故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。电路连接。l(2)

10、传输速率较低，在异步传输时，波特率为传输速率较低，在异步传输时，波特率为20kb/s。l(3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性能弱。这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性能弱。l(4)传输距离有限，最大传输距离标准值为传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只英尺，实际上也只能能 用在用在50m左右。左右。l 针对针对RS-232的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-422、RS-485就是比较有代

11、表性的两种标准。就是比较有代表性的两种标准。nRS-232、RS-422和和RS-485有关电气参数比较如表有关电气参数比较如表9.3所示。所示。n所谓通信协议是指通信双方的一种约定。在约定中对数据格所谓通信协议是指通信双方的一种约定。在约定中对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式及控制字式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式及控制字符定义等作出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也符定义等作出统一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程。叫做通信控制规程，或称传输控制规程。n按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可分为异步通信和按照串行数据的

12、时钟控制方式，串行通信可分为异步通信和同步通信两类。同步通信两类。n9.3.1 异步通信异步通信n9.3.2 同步通信同步通信n9.3.3 异步通信和同步通信的比较异步通信和同步通信的比较n1异步通信原理异步通信原理n简单来说，异步通信简单来说，异步通信(Asynchronous Communication)就是以一个字符就是以一个字符为传输单位，用起始位表示字符的开始，用停止位表示字符结束，在异步为传输单位，用起始位表示字符的开始，用停止位表示字符结束，在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧

13、地发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收帧一帧地发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的端一帧一帧地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。n在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，在异步通信中，接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标。何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的一个重要指标。n异步传输格式亦称为起止异步协议

14、，其特点如下：异步传输格式亦称为起止异步协议，其特点如下：n起止式异步协议的特点是一个字符、一个字符传输，并且传送一个字符总起止式异步协议的特点是一个字符、一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，因为发送与接收双方之间的数据处理速是以起始位开始，以停止位结束，因为发送与接收双方之间的数据处理速度有可能不一样，因此在两个字符之间需一定的时间间隔。度有可能不一样，因此在两个字符之间需一定的时间间隔。n异步传输格式字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止异步传输格式字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位位4部分组成，其格式部分组成，其格式 如图如图9

15、.7所示。所示。nNEXTn2异步传输的错误检测异步传输的错误检测n由于线路或程序出错等原因，使得通信过程中经常产生传送错误。因为异由于线路或程序出错等原因，使得通信过程中经常产生传送错误。因为异步通信的实质为字符的发送是随机的，所以接收方通常可检测到以下一些步通信的实质为字符的发送是随机的，所以接收方通常可检测到以下一些错误。错误。n(1)奇偶错：在通信线路上因噪声干扰而引起的某些数据位的改变，则奇偶错：在通信线路上因噪声干扰而引起的某些数据位的改变，则会引起奇偶校验错。一般，接收方检测到奇偶错时，则要求发送方重新发会引起奇偶校验错。一般，接收方检测到奇偶错时，则要求发送方重新发送。送。n(

16、2)超越错：在上一个字符还未被处理器读出之前，本次又接收到了一超越错：在上一个字符还未被处理器读出之前，本次又接收到了一个字符，则会引起超越错。如果处理器周期检测个字符，则会引起超越错。如果处理器周期检测“接收数据就绪接收数据就绪”的速率小的速率小于串行接口从通信线上接收字符的速率，就会引起超越错。通常，接收方于串行接口从通信线上接收字符的速率，就会引起超越错。通常，接收方检测到超越错时，可提高处理器周期检测的速率或者接收和发送双方重新检测到超越错时，可提高处理器周期检测的速率或者接收和发送双方重新修改数据的传输速率。超越错也称为溢出错。修改数据的传输速率。超越错也称为溢出错。n(3)帧格式错

17、：若接收方在停止位的位置上检测到一个空号帧格式错：若接收方在停止位的位置上检测到一个空号(信息信息0)，则，则会引起一个帧格式错。一般来说，帧格式错的原因较复杂，可能是双方协会引起一个帧格式错。一般来说，帧格式错的原因较复杂，可能是双方协议的数据格式不匹配；或线路噪声改变了停止位的状态；因时钟不匹配或议的数据格式不匹配；或线路噪声改变了停止位的状态；因时钟不匹配或不稳定未能按照协议装配成一个完整的字符帧等。通常，当接收方检测到不稳定未能按照协议装配成一个完整的字符帧等。通常，当接收方检测到一个帧格式错时，应按各种可能性作相应的处理，如要求重一个帧格式错时，应按各种可能性作相应的处理，如要求重

18、发等。发等。n采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，这样字符可以一个接采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，这样字符可以一个接一个地传输，每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比一个地传输，每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列(如如16位或位或32位位CRC校验码校验码)，以便对数据块进行差错控制。所谓同，以便对数据块进行差错控制。所谓同步传输是指数据块与数据块之间的时间间隔是固定的，必须严格规定步传输是指数据块与数据块之间的时间间隔是固定的，必须

19、严格规定它们的时间关系。在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传它们的时间关系。在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。在同步传输过程中，一个字符可以对应输不允许有间隙。在同步传输过程中，一个字符可以对应58位。位。当然，对同一个传输过程，所有字符对应同样的数位，比如说当然，对同一个传输过程，所有字符对应同样的数位，比如说n位。位。这样，传输时按每这样，传输时按每n位划分为一个时间片，发送端在一个时间片中发位划分为一个时间片，发送端在一个时间片中发送一个字符，接收端则在一个时间片中接收一个字符。同步通信数据送一个字符，接收端则在一个时间片中接收一个字符。同步通信数据格式

20、格式 如图如图9.8所示。所示。n根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流的同步传输。的同步传输。l1面向字符的同步协议面向字符的同步协议l2面向位流的同步协议面向位流的同步协议(ISO的的HDLC)l3同步通信的同步通信的“0位插入和删除技术位插入和删除技术”l4SDLC/HDLC异常结束异常结束n这种协议的典型代表是这种协议的典型代表是IBM公司的二进制同步通信协议公司的二进制同步通信协议(BSC)。它的特点是一次。它的特点是一次传送由若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符，并规定了传送由若干个字符组成的

21、数据块，而不是只传送一个字符，并规定了10个字符个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息，它们也叫做通信控制字或控制字符。由于被传送的数据块是由字符组成的，故被称为面向字符信控制字或控制字符。由于被传送的数据块是由字符组成的，故被称为面向字符的协议。的协议。n控制字符的格式控制字符的格式 如图如图9.9所示，它每位的含义如下：所示，它每位的含义如下：l SYN：同步字符：同步字符(SYNchronous character)，每一帧开始处都有，每一帧开始处都有SYN，加一个，加一个SYN的称单同步，加两

22、个的称单同步，加两个SYN的称双同步。设置同步字符可起联络作用，传送数据时，接的称双同步。设置同步字符可起联络作用，传送数据时，接收端不断检测，一旦出现同步字符，就知道是一帧开始了。收端不断检测，一旦出现同步字符，就知道是一帧开始了。l SOH：标题开始：标题开始(Start Of Header)也称序始字符，它表示标题的开始。也称序始字符，它表示标题的开始。l 标题：标题：Header，包含源地址，包含源地址(发送方地址发送方地址)、目的地址、目的地址(接收方地址接收方地址)、路由指示。、路由指示。l STX：文始字符：文始字符(Start of Text)，它标志着传送的正文，它标志着传送

23、的正文(数据块数据块)开始。开始。l 数据块：正文数据块：正文(Text)，被传送的正文内容，由多个字符组成。，被传送的正文内容，由多个字符组成。l ETB：块传输结束：块传输结束(End of Transmission Block)或组终字符，标识本数据块结束。或组终字符，标识本数据块结束。l ETX：全文结束：全文结束(End of Text)或文终字符或文终字符(全文分为若干块传输全文分为若干块传输)。l 块校验：它对从块校验：它对从SOH开始到开始到ETX(或或ETB)字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校字段进行校验，校验方式可以是纵横奇偶校验或验或CRC。n面向位流的同步协议中最具

24、有代表性的是面向位流的同步协议中最具有代表性的是IBM的同步数据链路控制规程的同步数据链路控制规程SDLC(Synchronous Data Link Control)，国际标准化组织，国际标准化组织ISO(International Standard Organization)的高级数据链路控制规的高级数据链路控制规程程HDLC(High Level Data Link Control)，美国国家标准协会，美国国家标准协会ANSI(Americal National Standard Institute)的先进数据通信规程的先进数据通信规程ADCCP(Advanced Data Commun

25、ication Control Procedure)。这。这些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位些协议的特点是所传输的一帧数据可以是任意位，而且它是靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束，故称“面向位流面向位流”的协议。这种协议的一般帧格式的协议。这种协议的一般帧格式 如图如图9.10所示。所示。n这种协议的特点是：所传输的一帧数据可以是任意位而且它靠约定的位这种协议的特点是：所传输的一帧数据可以是任意位而且它靠约定的位组合模式，而不是靠特定字符来标志帧的开始和结束。帧信息的分段：组合模式，而不是靠

26、特定字符来标志帧的开始和结束。帧信息的分段：SDLC/HDLC的一帧信息包括以下几个场的一帧信息包括以下几个场(Field)，所有场都是从有效位，所有场都是从有效位开始传送。开始传送。n在同步通信中，一帧信息以一个在同步通信中，一帧信息以一个(或几个或几个)特殊字符开始，如特殊字符开始，如F场场=01111110B。但在信息帧的其他位置，完全可能出现这些特殊字符，。但在信息帧的其他位置，完全可能出现这些特殊字符，为了避免接收方把这些特殊字符误认为帧的开始，发送方采用为了避免接收方把这些特殊字符误认为帧的开始，发送方采用“0位插入位插入技术技术”，相应的，接收方采用，相应的，接收方采用“0位删除

27、技术位删除技术”。n发送方的发送方的“0位插入技术位插入技术”：除了起始字符外，当连续出现：除了起始字符外，当连续出现5个个1时，发送时，发送方自动插入一个方自动插入一个0。使得在整个信息帧中，只有起始字符含有连续的。使得在整个信息帧中，只有起始字符含有连续的6个个1。n接收方的接收方的“0位删除技术位删除技术”：接收方收到连续：接收方收到连续6个个1，作为帧的起始，把连，作为帧的起始，把连续出现续出现5个个1后的后的0自动删除。自动删除。n若在发送过程中出现错误，则若在发送过程中出现错误，则SDLC/HDLC协议常用异常结束协议常用异常结束(Abort)字符，或称为失效序列使本帧作废。在字符

28、，或称为失效序列使本帧作废。在HDLC规程中，规程中，7个连续的个连续的“1”被被作为失效字符，而在作为失效字符，而在SDLC中失效字符是中失效字符是8个连续的个连续的“1”。当然在失效序。当然在失效序列中不使用列中不使用“0”位插入位插入/删除技术。删除技术。SDLC/HDLC协议规定，在一帧之内协议规定，在一帧之内不允许出现数据间隔。在两帧之间，发送器可以连续输出标志字符序列，不允许出现数据间隔。在两帧之间，发送器可以连续输出标志字符序列，也可以输出连续的高电平，它被称为空闲也可以输出连续的高电平，它被称为空闲(Idle)信号。信号。n异步通信和同步通信的比较，具有以下差别：异步通信和同步

29、通信的比较，具有以下差别：n(1)异步通信简单，双方时钟可允许一定误差；同步通信异步通信简单，双方时钟可允许一定误差；同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小。较复杂，双方时钟的允许误差较小。n(2)异步通信只适用于点到点，同步通信可用于点到多点。异步通信只适用于点到点，同步通信可用于点到多点。n(3)通信效率方面，异步通信低，同步通信高。通信效率方面，异步通信低，同步通信高。n9.4.1 PC与单片机通信与单片机通信n9.4.2 单片机和单片机通信单片机和单片机通信n在工业控制领域中，单片机常常作为前置机用来对被控对象进行参数检测和控制，在工业控制领域中，单片机常常作为前置机用来对被控对象进行

30、参数检测和控制，PC作为后置机对单片机进行某种管理和控制，因此，作为后置机对单片机进行某种管理和控制，因此，PC和单片机之间也存在一个和单片机之间也存在一个数据通信问题，这种通信常常是利用数据通信问题，这种通信常常是利用PC的的RS-232串行口和单片机的串行口和单片机的UART串行口串行口实现的，故它们也是一种串行数据通信。按所用实现的，故它们也是一种串行数据通信。按所用RS-232接口芯片的不同，接口芯片的不同，PC和单和单片机之间的连接又可分为多种形式，现以片机之间的连接又可分为多种形式，现以MAX232为例加以介绍。为例加以介绍。n1复习复习RS-232和波特率计算和波特率计算n2连接

31、原理连接原理n单片机单片机UART是标准的是标准的TTL逻辑电平，逻辑电平，RS-232采用的是负逻辑，逻辑采用的是负逻辑，逻辑1电平是电平是-15-5V，逻辑，逻辑0电平是电平是+5+15V，所以二者之间进行通信必须进行电平转换。，所以二者之间进行通信必须进行电平转换。nPC与单片机采用与单片机采用RS-232标准通信的连接框图标准通信的连接框图如图如图9.11所示，其中电平转换方法所示，其中电平转换方法很多，可以采用分离元件实现，也可以采用很多，可以采用分离元件实现，也可以采用MC1488/MC1489实现电平转换，还实现电平转换，还可以采用可以采用MX232实现电平转换。实现电平转换。n

32、3PC串行通信控制芯片串行通信控制芯片8250n4PC端采用端采用8088汇编语言编写程序汇编语言编写程序n5采用采用Visual Basic可视化高级语言进行可视化高级语言进行PC端通信程序编程端通信程序编程n采用采用8088汇编语言编写汇编语言编写PC端程序，程序员需要具备相当多的硬件知识，才有可能端程序，程序员需要具备相当多的硬件知识，才有可能着手编写着手编写PC下的串行通信程序。而在下的串行通信程序。而在Visual Basic下，利用现有的下，利用现有的Microsoft Comm control控件，只需要编写少量的程序代码，就可以轻松、高效地完成任务。控件，只需要编写少量的程序代

33、码，就可以轻松、高效地完成任务。n单片机和单片机之间交换信息，也称点对点的通信或双机通信。单片机和单片机之间交换信息，也称点对点的通信或双机通信。n1硬件连接硬件连接n两个单片机之间采用两个单片机之间采用TTL电平直接传输信息，其传输距离一般不应电平直接传输信息，其传输距离一般不应超过超过5m。所以实际应用中通常采用。所以实际应用中通常采用RS-232标准电平进行点对点的标准电平进行点对点的通信连接，通信连接，如图如图9.14所示。所示。n2应用程序应用程序l 双机通信程序双机通信程序(晶振晶振6MHz)。l 串行口工作于方式串行口工作于方式1，用定时器，用定时器1产生产生4800b/s的波特

34、率。的波特率。l 一帧信息为一帧信息为10位，其中有位，其中有1个起始位、个起始位、8个数据位和一个停止位，个数据位和一个停止位，T1工工作方式为作方式为2。n功能：将系统功能：将系统I内部内部RAM中从中从30H单元开始的单元开始的10H个数发送到系统个数发送到系统II内部，并保存在系统内部，并保存在系统II内部内部RAM中以中以50H开始的单元中。开始的单元中。n在许多场合，单机及双机通信不能满足实际需要，而需多台在许多场合，单机及双机通信不能满足实际需要，而需多台单片机互相配合才能完成某个过程或任务，多台单片机间的单片机互相配合才能完成某个过程或任务，多台单片机间的相互配合是按实际需要将

35、它们组成一定形式的网络，使它们相互配合是按实际需要将它们组成一定形式的网络，使它们之间相互通信，以完成各种功能。单片机构成的多机系统有之间相互通信，以完成各种功能。单片机构成的多机系统有两种形式：主从式和串行总线式，两种形式：主从式和串行总线式，如图如图9.15所示。所示。n9.5.1 MCS-51对对MCS-51多机通信多机通信n9.5.2 PC对对MCS-51多机通信多机通信n1多机通信原理多机通信原理n8051的全双工串行通信接口具有多机通信功能。在多机通的全双工串行通信接口具有多机通信功能。在多机通信中，为了保证主机与所选择的从机实现可靠的通信，必信中，为了保证主机与所选择的从机实现可

36、靠的通信，必须保证通信接口具有识别功能，可以通过控制须保证通信接口具有识别功能，可以通过控制8051的串行的串行口控制寄存器口控制寄存器SCON中的中的SM2位来实现多机通信的功能，位来实现多机通信的功能，其控制原理简述如下。其控制原理简述如下。n图图9.16所示是主从式多机通信的一种连接示意图，利用所示是主从式多机通信的一种连接示意图，利用8051串行口方式串行口方式2或方式或方式3及串行口控制寄存器及串行口控制寄存器SCON中的中的SM2和和RB8的配合，可完成主从式多机通信。另外，采用的配合，可完成主从式多机通信。另外，采用不同的通信标准时，还需进行相应的转换，有时还要对信不同的通信标准

37、时，还需进行相应的转换，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。串行标准总线进行数据传输。nnextn2多机通信协议多机通信协议n根据根据MCS-51串行口的多机通信能力，多机通信可以按照以下协议进行：串行口的多机通信能力，多机通信可以按照以下协议进行：n(1)使所有从机的使所有从机的SM2位置位置1，处于只接收地址帧的监听状态。，处于只接收地址帧的监听状态。n(2)主机向从机发送一帧地址信息，其中包含主机向从机发送一帧地址信息，其中包含8位地址，可编程的第位地址，可编程的第9位为位为1(TB

38、8=1)，表示发，表示发送的是地址，这样可以中断所有从机。送的是地址，这样可以中断所有从机。n(3)从机接收到地址后，都来判别主机发来的地址信息是否与本从机地址相符。若与本从机地从机接收到地址后，都来判别主机发来的地址信息是否与本从机地址相符。若与本从机地址相同，则清除址相同，则清除SM2，进入正式通信状态，并把本机的地址发送回主机作为应答信号，然后开，进入正式通信状态，并把本机的地址发送回主机作为应答信号，然后开始接收主机发送过来的数据或命令信息。其他从机由于地址不符，它们的始接收主机发送过来的数据或命令信息。其他从机由于地址不符，它们的SM2=1保持不变，保持不变，无法与主机通信，对主机随

39、后发来的数据不予理睬。无法与主机通信，对主机随后发来的数据不予理睬。n(4)主机收到从机应答地址后，确认地址是否相符。如果地址不符，发复位信号主机收到从机应答地址后，确认地址是否相符。如果地址不符，发复位信号(数据帧中数据帧中TB8=1)；如果地址相符，则清；如果地址相符，则清TB8，开始发送数据。，开始发送数据。n(5)从机收到复位命令后回到监听地址状态从机收到复位命令后回到监听地址状态(SM2=1)；否则开始接收数据和命令。；否则开始接收数据和命令。n(6)从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第9位位(TB8)为为1，作为从机数据传送结束，

40、作为从机数据传送结束的标志。的标志。n(7)主机接收数据时先判断数据接收标志主机接收数据时先判断数据接收标志(RB8)，或，或RB8=1，表示数据传送结束，并比较各帧，表示数据传送结束，并比较各帧校验和，若正确则回送正确信号，此信号命令该从机复位校验和，若正确则回送正确信号，此信号命令该从机复位(即重新等待地址帧即重新等待地址帧)；若校验和出错，；若校验和出错，则发送错误命令，命令该从机重发数据。若接收帧的则发送错误命令，命令该从机重发数据。若接收帧的RB8=0，则存数据缓冲区，并准备接收，则存数据缓冲区，并准备接收下一帧信息。下一帧信息。n(8)通信的各机之间必须以相同的帧通信的各机之间必须

41、以相同的帧(字符字符)格式及波特率进行通信。格式及波特率进行通信。nnextn3应用程序应用程序n下面以主机循环地命令各从机发送数据为例，进一步说明主从系统通信原理，下面以主机循环地命令各从机发送数据为例，进一步说明主从系统通信原理，主机和从机均采用查询方式。所谓查询方式通信，就是通过查询主机和从机均采用查询方式。所谓查询方式通信，就是通过查询RI和和TI状态来状态来接收和发送数据。接收和发送数据。n(1)主机通信程序主机通信程序n设主机发送的地址联络信号为设主机发送的地址联络信号为00H、01H、02H、，为从机设备地址，地址，为从机设备地址，地址FFH为命令各从机复位，即恢复为命令各从机复

42、位，即恢复SM2为为1状态。状态。n主机的命令编码为：主机的命令编码为：00复位命令复位命令(从机从机SM2=1)01状态询问命令状态询问命令02请求从机接收主机的数据命令请求从机接收主机的数据命令(约定一次传送为约定一次传送为16个字节个字节)03请求从机向主机发送数据命令请求从机向主机发送数据命令(约定一次传送为约定一次传送为16个字节个字节)n其他其他 非法命令非法命令n设从机的状态字节格式设从机的状态字节格式如表如表9.5所示。所示。n前面介绍前面介绍MCS-51对对MCS-51多机通信通过控制多机通信通过控制SCON中的中的SM2位可以位可以控制多机通信，使主机与一个从机通信，但控制

43、多机通信，使主机与一个从机通信，但PC的串行通信没有这一功的串行通信没有这一功能，其串行口发出的数据可设为与能，其串行口发出的数据可设为与8051串行数据格式相匹配的串行数据格式相匹配的11位格位格式，其中第式，其中第9位是奇偶位，所以就不能像位是奇偶位，所以就不能像MCS-51对对MCS-51多机通信多机通信那样进行主从式通信了。那样进行主从式通信了。n而现在采用以而现在采用以PC为控制中心的数据采集自动化控制系统应用又非常普为控制中心的数据采集自动化控制系统应用又非常普遍，这种系统通常需要单片机采集数据，然后用异步串行通信方式传给遍，这种系统通常需要单片机采集数据，然后用异步串行通信方式传

44、给PC，PC对单片机进行定时控制，需要多个单片机协同工作。如果系统对单片机进行定时控制，需要多个单片机协同工作。如果系统不很复杂，可通过定时器控件控制收发过程，在必要的地方自动接收装不很复杂，可通过定时器控件控制收发过程，在必要的地方自动接收装置，使定时控制和通信过程完美地结合起来。这样，可以免去置，使定时控制和通信过程完美地结合起来。这样，可以免去“握手握手”协议的繁琐过程，简化编程，提高速度。这里还是介绍在协议的繁琐过程，简化编程，提高速度。这里还是介绍在Windows环环境下利用境下利用Visual Basic来实现来实现PC与多个单片机之间的串行通信。与多个单片机之间的串行通信。n1主

45、机端通信程序的设计主机端通信程序的设计n2从机端通信程序设计从机端通信程序设计nVisual Basic提供了串行端口控制提供了串行端口控制MSComm来为应用程序提供串行通信。该来为应用程序提供串行通信。该控件屏蔽了通信过程中的底层操作，程序员可以设置、监视控件屏蔽了通信过程中的底层操作，程序员可以设置、监视MSComm控件的控件的属性和事件，结合属性和事件，结合Timer控件即可完成对串行口的初始化和数据的输入控件即可完成对串行口的初始化和数据的输入/输出输出工作，工作，MSComm控件在控件在9.4.2小节中已经介绍过，这里介绍一下小节中已经介绍过，这里介绍一下Timer控制。控制。nT

46、imer控件的主要属性如下：控件的主要属性如下：l Enabled 返回或设置一个值，该值用来确定一个窗体或控件是否能够对用户产生的返回或设置一个值，该值用来确定一个窗体或控件是否能够对用户产生的事件作出反应。通过把事件作出反应。通过把Enabled设置为设置为False来使来使Timer控件成为无效，将取消由控控件成为无效，将取消由控件的件的Interval属性所建立的倒计时数。属性所建立的倒计时数。l Interval 返回或设置对返回或设置对Timer控件的计时事件调用时间的毫秒数。控件的计时事件调用时间的毫秒数。Timer控件的控件的Enabled属性决定该控件是否对时间的推移作出响应

47、。将属性决定该控件是否对时间的推移作出响应。将Enabled设置为设置为False会关会关闭闭Timer控件，设置为控件，设置为True则打开则打开Timer控件。当控件。当Timer控件置为有效时，倒计时控件置为有效时，倒计时总是从其总是从其Interval属性设置值开始。创建属性设置值开始。创建Timer事件程序，可通知事件程序，可通知Visual Basic在在每次每次Interval到时该做什么。到时该做什么。Timer控件和控件和Enabled属性设置为属性设置为True时，时，Visual Basic将在将在Interval时间到后自动访问时间到后自动访问Timer_Timer过程

48、。过程。n从机端设为串行工作方式从机端设为串行工作方式1，即允许串口接收。中断允许寄存器，即允许串口接收。中断允许寄存器IE的开放或禁的开放或禁止所有中断位止所有中断位EA为为1，开放或禁止串行通道中断位，开放或禁止串行通道中断位ES为为1，即允许串行口中断。，即允许串行口中断。程序简介如下：程序简介如下：n1.实验目的实验目的n(1)掌握单片机串行口数据发送。掌握单片机串行口数据发送。n(2)掌握单片机串并转换工作原理。掌握单片机串并转换工作原理。n(3)静态显示的原理和相关程序的编写。静态显示的原理和相关程序的编写。n n2.实验设备实验设备n计算机一台，软件计算机一台，软件Keil，天煌

49、，天煌THKSCM-2型单片机综合实验装置型单片机综合实验装置(含仿真器含仿真器)，串行数据通信线，扁平线，导线若干。串行数据通信线，扁平线，导线若干。n3.实验内容实验内容n静态显示电路显示器由静态显示电路显示器由 5个共阴极个共阴极 LED 数码管组成。输入只有两个信号，它们数码管组成。输入只有两个信号，它们是串行数据线是串行数据线 DIN 和移位信号和移位信号 CLK，5 个串个串/并移位寄存器芯片并移位寄存器芯片74LS164 首首尾相连。每片的并行输出作为尾相连。每片的并行输出作为 LED 数码管的段码。数码管的段码。n74LS164 为为 8 位串入并出移位寄存器，位串入并出移位寄

50、存器，1、2为串行输入端，为串行输入端，Q0Q7为并行为并行输出端，输出端，CLK为移位时钟脉冲，上升沿移入一位；为移位时钟脉冲，上升沿移入一位；MR 为清零端，低电平时并行为清零端，低电平时并行输出为零。输出为零。nnextn4.实验步骤实验步骤n单片机的单片机的 P3.0作数据串行输出，作数据串行输出，P3.1 作移位脉冲输出。作移位脉冲输出。n(1)使用单片机最小应用系统模块，用导线连接使用单片机最小应用系统模块，用导线连接 RXD、TXD 到串行静态显示到串行静态显示模块的模块的 DIN、CLK 端。端。n(2)安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模安装好仿真