单片机第十章串行口
串行口工作原理
串行口工作原理
串行口是一种用于数据传输的硬件接口，它可以将数据逐个比特地传输。
串行口工作的基本原理是将需要传输的数据按照一定的规则进行分割，并以连续的比特序列的形式进行传输。
在串行口的工作过程中，数据被分成一个个比特，然后按照事先约定好的规则，依次传输给接收端。
这个规则包括了每个比特的位宽、传输的顺序以及同步的方式等等。
通常情况下，串行口使用的是异步传输方式，也就是说，传输时不需要事先进行时钟同步，而是在数据的起始位置插入起始位和校验位来提供同步信息。
在串行口的数据传输过程中，发送端按照一定的时序将数据比特逐个发送给接收端。
接收端按照相同的时序依次接收每个比特，并通过解码、校验等操作恢复原始数据。
为了保证数据的准确性，通常还会在传输过程中加入差错检测和纠错机制，例如CRC校验等。
串行口的工作原理与并行口不同，串行口通过逐个比特的方式传输数据，相比之下，串行口在传输速率上可能会受到一定的限制。
但是串行口的传输距离相对较长，传输线路简单，而且可以灵活选择传输速率，因此在许多应用场景下得到了广泛的应用。
例如，在计算机、通信设备、工业自动化等领域中，串行口被广泛用于连接外部设备与主机进行数据交互。
80C51单片机的串行口
80C51单片机的串行口在单片机的世界里，80C51 单片机凭借其稳定性和广泛的应用一直占据着重要的地位。
而串行口作为 80C51 单片机的重要通信接口，发挥着至关重要的作用。
要理解 80C51 单片机的串行口，首先得知道串行通信的概念。
简单来说，串行通信就是数据一位一位地依次传输，相比并行通信，它只需要较少的数据线，这在很多场景下能大大减少硬件成本和布线难度。
80C51 单片机的串行口有 4 种工作方式，分别是方式 0、方式 1、方式 2 和方式 3。
方式 0 是同步移位寄存器输入/输出方式。
在这种方式下，数据以 8 位为一帧，低位在前，高位在后，没有起始位和停止位。
它通常用于扩展并行 I/O 口，例如外接串入并出的移位寄存器 74LS164 或并入串出的移位寄存器 74LS165。
方式 1 是 8 位异步通信方式，波特率可变。
这是最常用的串行通信方式之一。
一帧数据由 1 位起始位（低电平）、8 位数据位（低位在前）和 1 位停止位（高电平）组成。
发送和接收都是通过专门的寄存器来实现的。
方式 2 是 9 位异步通信方式，波特率固定。
一帧数据由 1 位起始位、8 位数据位、1 位可编程的第 9 位数据和 1 位停止位组成。
这种方式常用于多机通信，第 9 位数据可以作为地址/数据的标识位。
方式 3 与方式 2 类似，也是 9 位异步通信方式，但波特率可变。
串行口的波特率是一个非常关键的概念。
波特率决定了数据传输的速度。
在 80C51 单片机中，方式 0 和方式 2 的波特率是固定的，而方式 1 和方式 3 的波特率则是由定时器 T1 的溢出率来决定的。
通过设置定时器 T1 的工作方式和初值，可以得到不同的波特率，以适应不同的通信需求。
在实际应用中，要使用 80C51 单片机的串行口进行通信，还需要对相关的寄存器进行配置。
比如，串行控制寄存器 SCON 用于设置串行口的工作方式、接收/发送控制等；电源控制寄存器 PCON 中的 SMOD 位用于控制方式 1、2、3 的波特率加倍。
单片机 串口通信原理
单片机串口通信原理
单片机串口通信是指通过串行口进行数据的传输和接收。
串口通信原理是利用串行通信协议，将数据按照一定的格式进行传输和接收。
在单片机中，串口通信一般是通过UART（通用异步收发传输器）模块来实现的。
UART模块包括发送和接收两部分。
发送部分将数据从高位到低位逐位发送，接收部分则是将接收到的数据重新组装成完整的数据。
串口通信的原理是利用串行通信协议将发送的数据进行分帧传输。
在传输的过程中，数据被分成一个个的数据帧，每帧包括起始位、数据位、校验位和停止位。
起始位和停止位用于标识数据的开始和结束，数据位则是用来存放需要传输的数据。
校验位用于校验数据的正确性。
在发送端，单片机将需要发送的数据按照一定的格式组装成数据帧，然后通过UART发送出去。
在接收端，UART接收到的数据也是按照数据帧的格式进行解析，然后重新组装成完整的数据。
通过这样的方式，发送端和接收端可以进行数据的传输和接收。
串口通信具有简单、可靠性高、适应性强等优点，广泛应用于各种领域，如物联网、嵌入式系统等。
掌握串口通信原理对于单片机的应用开发具有重要意义。
单片机原理及应用串行口
单片机原理及应用串行口单片机是一种集成电路芯片，具有处理器核心、内存、定时器/计数器、输入/输出口等功能。
它采用单一芯片封装，具有体积小、功耗低、性价比高等优点，广泛应用于嵌入式系统、电子设备控制等领域。
串行口是单片机的一种重要接口，它通过串行通信协议实现与外部设备的数据交换。
串行口的主要特点是一次只能传输一个比特的数据，传输速率相对较慢，但传输距离较远，能够满足长距离数据传输的需求。
串行口的应用非常广泛，下面将从基本原理、工作方式和应用场景三个方面进行详细介绍。
1. 基本原理串行口基于串行通信协议，通过发送和接收两个引脚来实现与外部设备的数据交换。
串行口的发送和接收部分需要配合串行通信协议进行设置，包括数据位数、停止位数、奇偶校验位等。
2. 工作方式串行口的工作方式一般分为同步和异步两种模式。
同步模式中，数据传输的速率由外部计时器控制，发送和接收双方需要在同一时钟脉冲上进行数据传输；异步模式中，数据传输的速率由波特率发生器控制，发送和接收双方根据起始位和停止位进行数据传输。
3. 应用场景串行口广泛应用于各种嵌入式系统和电子设备控制中，以下是几个典型的应用场景：(1) 通信设备串行口可用于实现与计算机之间的数据交换，如通过串口与计算机进行数据通信、调试和程序下载等。
同时，串行口还可以与无线模块或蓝牙模块等外部设备配合，实现远程无线通信。
(2) 外设控制串行口可以控制各种外部设备，如继电器、数码管、液晶显示屏等。
通过串行口发送指令或数据，控制外部设备的状态和显示。
(3) 传感器数据采集串行口可以接收和解析各种传感器的数据，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。
通过串行通信协议，将传感器采集到的数据发送给单片机进行处理和存储。
(4) 工业控制串行口广泛应用于工业领域的数据采集和控制系统中。
通过串行口，可以实现与各种传感器、执行器的数据交换和控制，如温湿度检测系统、智能电表系统等。
(5) 仪器仪表串行口可以连接到各种仪器仪表上，实现数据的采集和控制。
第10章串行通信的工作原理与应用
10.2.1 方式0
1．方式0输出 方式0的发送时序见图10-5。
图10-5 方式0发送时序
10.2.1 方式0
1．方式0输出
（2）方式0输出的应用案例 典型应用是串口外接串行输入/并行输出的同步移位寄 存器74LS164，实现并行端口的扩展。 图10-6为串口方式0，通过74LS164输出控制8个外接 LED发光二极管亮灭的接口电路。当串口设置在方式0输出 时，串行数据由RXD端（P3.0）送出，移位脉冲由TXD端 （P3.1）送出。在移位脉冲的作用下，串行口发送缓冲器的 数据逐位地从RXD端串行地移入74LS164中。
10.1.5 特殊功能寄存器PCON
例如，方式1的波特率计算公式为
当SMOD=1时，比SMOD=0时波特率加倍，所以也称 SMOD位为波特率倍增位。
10.1 串行口结构
10.2 串行口的4种工作方式
CONTENTS
目
10.3 波特率的制定方法
录
10.4 串行口应用设计案例
10.2.1 方式0
方式0为同步移位寄存器输入/输出方式。该方式并不用 于两个AT89S51单片机间的异步串行通信，而是用于外接移 位寄存器，用来扩展并行I/O口。
if(nSendByte==0)
nSendByte=1;
//点亮数据是否左移8次？是，重新送点亮数据
SBUF=nSendByte; }
// 向74LS164串行发送点亮数据
TI=0;
RI=0;
}
10.2.1 方式0
1．方式0输出
程序说明：
01 程序中定义了全局变量nSendByte，以便在中断服务程
第10章
串行口的工作原理及应用
单片机原理及接口技术（C51编程）（第2版）
单片机串行口几种工作方式的波特率
单片机串行口几种工作方式的波特率单片机串行口是单片机与外部设备进行通信的重要接口之一。
在串行口通信中，波特率是一个关键参数。
波特率是指每秒钟传送的波特数量，用于衡量数据的传输速率。
单片机串行口的波特率通常选择常见的标准波特率，例如9600、19200、38400等。
单片机串行口的工作方式有多种，下面将详细介绍几种不同的工作方式下的波特率设置。
1. 同步串行口同步串行口是指在传输数据时，发送端和接收端通过一个时钟信号来同步数据的传输。
在同步串行口中，波特率的设置是固定的，因为发送端和接收端需要以相同的波特率来同步数据传输。
常见的同步串行口波特率包括115200、230400等。
2. 异步串行口异步串行口是指在传输数据时，发送端和接收端通过起始位、停止位来进行数据的同步。
在异步串行口中，波特率的设置是非常重要的，因为发送端和接收端需要以相同的波特率来正确解析数据。
常见的异步串行口波特率包括9600、19200、38400等。
3. 高速串行口随着单片机技术的进步和应用的广泛，对串行口的传输速率要求也越来越高。
高速串行口通常指的是波特率在1Mbps及以上的串行口。
高速串行口通常应用于需要大量数据传输的场景，例如高速数据采集、图像传输等。
4. 自适应波特率有些情况下，单片机需要与多种速率不同的设备通信，这就需要单片机具备自适应波特率的能力。
自适应波特率指的是单片机可以根据外部设备的对应波特率来自动调整自身的波特率。
这种方式可以极大地提高单片机的通信灵活性和适用性。
在实际应用中，程序员需要根据具体的通信需求选择合适的波特率，并在程序中进行相应的设置和配置。
还需要注意波特率的选取要与外部设备相匹配，以确保数据的正确传输和解析。
通过上述对单片机串行口几种工作方式的波特率的介绍，我们可以更好地理解单片机串行口通信中波特率的重要性以及不同工作方式下的波特率设置方法。
在实际应用中，合理选择和设置波特率将有利于提高通信的可靠性和稳定性。
串行口实验报告
图 5-1 电路原理图
-1-
3、程序设计流程（预习）
姓名：
开始
设置串口工作方 式
并入 74166 数据
学号：
4、实验结果及分析
将 74166 数据移 位串出
数据处理，将处 理后的数据送给 P1 口显示
结束
图 5-2 程序流程图
图（1）
-2-
图（2）
姓名：
学号：
图（3）
分析：这次试验将原有的 74164 改为 74166，74166 作为一款并入串出的移位寄存器，将并 口采集到的电平信号通过串口送入单片机，再把信号送到 P1 端口显示，所以外部哪几个按 键按下时，P1 口对应的哪几个灯点亮
姓名：
实 验 报 告5
学号：
实验项目名称： 串行口实验
同组人：
实验时间： 月 号
实验室： K2-407 单片机室 指导教师： 胡蔷
一、实验目的：
（l）学习单片机串行口的应用。串行口 4 种工作方式的区别，波特率设置，串行口初始化。
（2）熟悉 Proteus 软件电路设计和 Keil 软件程序调试方法。
判断 3 个按键 是否按下
串口发送 对应字符
图 5-4 程序流程图
分析：程序中设置为每一个按键分别显示一句话
-4-
姓名：
学号：
四、思考题： AT89S51 单片机串行口有几种工作方式，有几种帧格式？各种工作方式的波特率如何确定？
指导教师批阅及成绩
-5-Βιβλιοθήκη 重点：串行口 4 种工作方式的区别应用
二、实验顶备知识： （l）AT89S51 串行口的基本原理，方式 0 的扩展应用，单片机与 PC 机的通信方式。 （2）Proteus 软件应用，Keil 软件程序调试应用。
单片机串行口IO端口扩展介绍
08
检查串行口IO端 口的电源供应是
否正常
09
检查串行口IO端 口的接地是否正
确
10
检查串行口IO端 口的抗干扰措施
是否正确
串行口IO端口扩展应 用案例
实际应用场景
智能家居：通过串行口IO端口扩展，实现对家电 设备的远程控制和监测。
工业自动化：通过串行口IO端口扩展，实现对工 业设备的远程监控和操作。
单片机与网络设备通信：通过串行口扩展IO端口，实现 单片机与网络设备的通信，实现网络控制和数据传输。
串行口IO端口扩展硬 件设计
硬件结构设计
单片机串行口IO端口 扩展硬件主要包括单 片机、串行口、IO端 口扩展芯片等部分。
IO端口扩展芯片负责 将单片机的IO端口进 行扩展，增加硬件的
IO端口数量。
利用单片机的IO 端口进行扩展
使用串行口扩展 板进行扩展
扩展应用实例
单片机与传感器通信：通过串行口扩展IO端口，实现单 片机与各种传感器的通信。
单片机与显示屏通信：通过串行口扩展IO端口，实现单 片机与显示屏的通信，显示各种信息。
单片机与无线模块通信：通过串行口扩展IO端口，实现 单片机与无线模块的通信，实现无线数据传输。
端口扩展程序
1 端口扫描：检测可用端口并进行编号 2 端口配置：设置端口参数，如波特率、数据位、停止位等 3 数据收发：实现数据的接收和发送 4 错误处理：检测并处理通信错误，如超时、数据丢失等 5 端口管理：实现端口的添加、删除、修改等操作 6 用户界面：提供友好的用户界面，方便用户操作和查看端口状态
校验方式等
串行通信接口：用于连 接串行设备的物理接口
串行通信波特率：数据 传输的速率，单位为bps
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space：1070HZ 或 2025HZ
在串行通信发送端有调制器，用以把电平信号调制为频率信号，而 在接收端有解调器，用以把频率信号解调为电平信号。通常串行通 信两端均具有发送接收功能，因此均应设置调制器和解调器，二者 合二为一为调制解调器，即MODEM。
单片机第十章串行口
Q0 Q7
RXD TXD
8031
Q7 CP 74LS165
D0 D7
输出方式
输入方式
单片机第十章串行口
12
方式0输出的基本指令：
MOV SCON ,#00H ;SM0 = SM1 = 0，选方式0
MOV A, #nnH
;取待输出数据nnH
CLR TI
;清发送中断标志
MOV SBUF , A ;对SBUF写入即启动发送，TXD端每个机器周
TXD端输出，数据从RXD端输入，当一个字节数据输入完毕时，置 1接收中断标志RI。
RS-232标准 逻辑1(mark) -3 ～ -25V 逻辑0（space） +3 +25V
TTL标准 2 ～ 5V (高电平额定值3V) 0 ～ 0.8V(低电平额定值0.2V)
单片机第十章串行口
5
2．远程通讯
在远程通讯中，应使用专用通信电缆，出于经济的考虑，通常使用 电话线作为传输线，如图：
第七章 串行通讯口
第一节
概述
一．并行通讯与串行通讯
1.并行通讯: 在同一时刻内，数据的各位并行传送。
典型应用，计算机与并行打印机连接。
优点：处理速度快。
缺点：占用传输线多，传输距离短，一般小于30
2．串行通讯： 数据一位一位的依次传送。
优点：传输线少，适合于远距离传送。
缺点：传送速度较慢单片。机第十章串行口
期发出一个移位脉冲，数据即从RXD端
输出一位，74LS164的CP端每接收TXD端
一个移位脉冲， 数据右移一次，输出时
以并行方式出现。
WAIT: JNB TI , WAIT
;发送一个字节后TI =1
标志一帧数据发送完毕
CLR ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱI
单片机第十章串行口 ;清发送中断标志，13
方式0输入： 当REN = 1，接收中断标志RI = 0，则启动接收，移位脉冲仍从
以波特为单位
1波特 = 1bit/s (位/秒)
例如电传打字机传送速率为每秒10个字符，每个字符11位，
则波特率为：
11位/字符 × 10字符/秒 = 110位/秒 即110波特
传送一位需时间： 1/110 秒≈ 9.1ms
MCS-51系列单片机具有一个全双工的串行口，它在不同的工作方 式中可同步或异步发送或接收数据。
数字信号
模拟信号
数字信号
计算机
MODEM
地
MODEM
计算机
地
RS-232标准
电话线
单片机第十章串行口
RS-232标准
6
远距离直接传送数字信号，信号会发生畸变，为此要把数字信号转 变为模拟信号再进行传送，通常使用频率调制法，即以不同频率的 载波信号代表数字信号的两种不同电平状态，这种数据传送方式称 为频带传送方式。通常为：
3. 串行通道数据寄存器 SBUF
它是两个9位移位寄存器，一个是发送缓冲器，只写不读，另 一个是接收缓冲器，只读不写，它们共用一个地址 99H
单片机第十章串行口
11
二．串行口的四种工作方式：
1．方式0
移位寄存器输入输出方式，同步发送接收8位数据，每个机器周期 移一位。如图:
RXD TXD
8031
DSA DSB CP 74LS164
其波特率范围：以6MHZ晶振为例、为0.24波特 ～ 31250波特
单片机第十章串行口
9
第二节 8031单片机串行口的控制及工作方式
串行口的接收端为P3.0 (10脚)称RXD ，发送端为P3.1(11脚)称TXD。 一. 8031串行口的控制寄存器： 1.串行口控制寄存器SCON 字节地址98H 可位寻址。 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
00：方式0 01：方式1 10：方式2 11：方式3
1：允许接收 0：禁止接收
接收中断标志 发送中断标志 接收到的第9位 待发送的第9位
单片机第十章串行口
10
例：使串行口方式1发送 MOV SCON , #40H
2. PCON 字节地址87H D7 SMOD
01000000 方式1 禁止接收
只有最高位D7位有定义，SMOD称波特率选择位。SMOD为1 时比为0时波特率高一倍。
单片机第十章串行口
3
比较：
同步传送效率比异步高。如果传送200个字节加一各同步字符，则 辅助数据只佔0.5％若用异步传送到200个字节则至少有400位辅助数 据,其数量可观。
三.异步串行通讯的信号格式：
1．近程通讯
TTL TXD
RS232
1488
1489
TTL
RXD
甲机
乙机
TTL RXD GND
1489
1488
RS232
单片机第十章串行口
TTL
TXD GND
4
近程通讯采用数字信号直接传送方式：
计算机内部的数据信号是TTL电平标准，而通信线上的数据信号是 RS-232电平标准。尽管电平标准不同，但数据信号的波形和频率并 没有改变，近程串行通讯只需用传输线把两端接口电路直接连接起 来即可实现。
RS-232和TTL电平标准的逻辑值规定为：
单片机第十章串行口
2
每一幀数据均以0开始,以1终止,中间传送的数据位可以是5位,7位,8 位均可,中间有若干空闲位,空闲时一般处于1的状态。
异步通讯比较灵活，实现起来比较简单
2. 同步通讯： 选用一个同步字符，例如发送过去，约定同时开始同步传送。
传送方向 数据 数据 数据 数据 同步字符
数据之间没有间隔，可连续发送。
1
二．串行通讯的字符格式： 1.异步通讯：
传送方向 …….. 1 数据 0 …….. 1 数据 0…….. 1 数据 0
停止位 起始位 停止位 起始位 停止位 起始位
若干空闲位 数据中信息的两种状态分别以mark 和space 标志,其中：
mark译为”标号”，对应逻辑1的状态。 Space译为”空格”，对应逻辑0的状态。
7
四.串行通讯的数据通路形式：
1. 单工形式 A
数据单向传送，只需一条传输线。
2. 半双工形式
数据传送是双向，但不可同时进行。
传输线可用一条，也可用两条。
A
3. 全双工形式
数据传送是双向，且可同时发送接
收。需两条传输线。
A
单片机第十章串行口
B
B B
8
五.串行通讯的传送速率：
用每秒传送数据的位数衡量，称波特率 (baudrate)