单片机 同步通信和异步通信
秦晓飞系列-单片机原理及应用-第7章 89C51、S51串行口及串行通信技术
第7章 89C51/S51串行口及串行口通信技术
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4 §7.5 §7.6 串行通信基本知识 串行口及应用 89C51/S51与89C51/S51点对点异步通信 89C51/S51与PC机间通信 无线单片机及其点到多点无线通信 RFID技术与物联网的应用
7.1 串行通信基本知识
7.1 串行通信基本知识
7.1.3 异步通信和同步通信 2.同步通信
同步通信中，在数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1~2个），并由时 钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序 传送数据，直到通信告一段落。 同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据 块开始时用同步字符SYNC来指示，其数据格式如图7-4所示。
在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停 止位。首先是一个起始位（0），然后是5~8位数据（规定低位在前，高位在后） ，接下来是奇偶校验位（可省略），最后是停止位（1）。
• 起始位（0）信号只占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达 。线路上在不传送字符时应保持为 1。接收端不断检测线路的状态，若连续为1 以后又测到一个0，就知道发来一个新字符， 应马上准备接收。字符的起始位 还被用作同步接收端的时钟，以保证以后的接收能正确进行。 • 数据位紧接在起始位后面，它可以是5（D0~D4）、6、7或8位（D0~D7）。 • 奇偶校验（D8）只占一位，但在字符中也可以规定不用奇偶校验位，则这一位 就可省去。也可用这一位（ 1/0 ）来确定这一帧中的字符所代表信息的性质（ 地址/数据等）。 • 停止位用来表征字符的结束，它一定是高电位（逻辑1）。停止位可以是1位、 1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕，同时，也为接 收下一个字符做好准备——只要再接收到 0，就是新的字符的起始位。若停止 位以后不是紧接着传送下一个字符，则使线路电平保持为高电平（逻辑1）。
第5_1章 串行接口概述_2015
….
数据n
校验
连续传送n 个数据
同步通信的数据帧格式
特点： 数据传送效率高。没有起始、结束标志，一次传送多个数据 对硬件(时钟严格同步)要求较高。
单片机及接口技术
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2、通信方向
按通信方向分类：单工、半双工、全双工通信方式 单工方式: 只能发送/接收，这种单向传送方式称单工方式。
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4、波特率和发送/接收时钟
波特率（Baud Rate）—通信中用以表示数据传送速率。 单位时间内传送的信息量。以每秒传送的二进制位数bps。 例如：100字符/秒，1个字符11位（起始、停止、校验、数据） 波特率为：100×11=1100 bps 发送/接收时钟 发送时，在发送时钟的作用下将移位寄存器的数据串行移出； 接收时，在接收时钟的作用下将通信线上的数据移入移位寄存 器， 能产生发送时钟和接收时钟的电路称波特率发生器。 为了提高采样的分辨率，准确定位数据的上升沿下降沿，时 钟频率总是高于波特率的若干倍，这个倍数称为波特率因子。
MAX232 C2 -
PC机
V-
RS-232
5 9 4 3 8 2 7 1 6
RS-232
5 9 4 TXD3 8 2 7 RXD 1 6
TXD RXD GND
T1IN T2IN R1OUT
T1OUT T2OUT R1IN R2IN
单片机及接口技术
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抗干扰能力 采用标准的通信接口，本身具有一定的抗干扰能力，但 是工业现场的情况往往很恶劣，因而要根据具体情况进行 选择。 RS-232C：一般场合，常用在实验室；
RS-422： 抗共模信号比较强（差动输入）；
单片机概念总结
概念(填空题）1．单片微型计算机（single chip microcomputer）简称单片机，它是把微型计算机的各个功能部件：中央处理器CUP，随机存储器RAM，只读存储器ROM，定时/计数器及I/O接口电路集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。
2．CPU处理字的长度，有4位，8位,16位，32位单片机。
提供小范围寻址空间（小于8KB）的单片机称为低档8位单片机，串行I/O接口或A/D转换以及可进行16KB以上寻址的单片机称为高档8位单片机.3．从制造工艺上看,MCS-51系列单片机采用两种半导体工艺生产,一种是HMOS工艺，即高速度，高密度短沟道MOS工艺；另一种是CHMOS工艺，即互补金属氧化物的HMOS芯片。
CHMOS是CMOS和HMOS的结合，除保持了HMOS高速度和高密度的特点外，还具有COMS低功耗的特点。
4．MCS—51单片机的系统结构如下：（1）8位CPU,片内时钟振荡器,频率范围1.2MHz~12 MHz；(2）4KB程序存贮器,片内低128B数据存贮器RAM；（3）片内有21个特殊功能存储器SFR；(4）可寻址外部程序存储器和数据存储空间各64KB；(5)4个8位并行I/O口，1个全双工串行口;(6)2个16位定时/计数器;(7)5个中断源，2个中断优先级；（8)位寻址功能，适用于布尔处理的位处理机。
5．ALE：地址锁存允许信号输出端。
用于锁存低8位地址信号。
ALE端就周期性地以时钟振荡频率的1/6固定频率向外输出正脉冲信号.6．/EA:程序存储器地址允许输入端。
当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令,但当PC中的值超过0FFFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。
7．数据总线data bus：数据总线值片内外之间用来互相传送数据的总线,宽度为8位，每次恰好操作一个字节的8位数据，表示符号D7~D0,由P0口提供。
单片机原理习题与答案
习题1. 何为“准双向I/O接口”？在MCS-51单片机的四个并口中，哪些是“准双向I/O接口”？答：准双向I/O接口是能实现输入输出功能，但在使用时只能从输入和输出中选择一个。
MCS-51单片机的四个并口中P1、P2、P3是准双向I/O接口。
2. 80C51单片机内部有几个定时/计数器？它们由哪些功能寄存器组成？怎样实现定时功能和计数功能？答：80C51单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器，由TH0,TL0,TH1,TL1,TMOD和TCON功能寄存器组成。
通过TMOD中的C/T位选择对机器周期计数实现计数功能，选择对外部脉冲计数实现计数功能。
3. 定时/计数器T0有几种工作方式？各自的特点是什么？答：有四种工作方式，特点见下表：M1 M0 工作方式方式说明0 0 0 13位定时/计数器0 1 1 16位定时/计数器1 02 8位自动重置定时/计数器1 1 3 两个8位定时/计数器(只有T0有)4. 定时/计数器的四种工作方式各自的计数范围是多少？如果要计10个单位，不同的方式初值应为多少？答：有四种方式。
方式0计数范围：1~8192；方式1计数范围：1~65536；方式2计数范围：1~256；方式3计数范围：1~256。
如果计10个单位，方式0初值为：8192-10=8182；方式1初值为：65536-10=65526；方式2初值为：256-10=246；方式2初值为：256-10=246。
5. 设振荡频率为12MHz，如果用定时/计数器T0产生周期为100ms的方波，可以选择哪几种方式，其初值分别设为多少？答：只能选择方式1，初值为65536-50000=15536。
6. 何为同步通信？何为异步通信？各自的特点是什么？答：异步通信方式的特点是数据在线路上传送时是以一个字符(字节)为单位，未传送时线路处于空闲状态，空闲线路约定为高电平“1”。
特点是对发送时钟和接收时钟的要求相对不高，线路简单，但传送速度较慢。
单片机原理与接口技术
单片机原理与接口技术单片机是一种集成电路，它包含了中央处理器、存储器、输入输出端口和定时器等功能模块。
单片机的出现极大地推动了电子技术的发展，它被广泛应用于各种电子设备中，如家电、汽车、医疗设备等。
本文将介绍单片机的原理和接口技术。
一、单片机原理单片机的核心是中央处理器（CPU），它负责执行程序指令和控制系统的运行。
单片机的CPU通常采用哈佛结构，即指令存储器和数据存储器分开存储。
指令存储器用于存储程序指令，数据存储器用于存储数据。
单片机的指令集通常比较简单，但是可以通过编程实现各种功能。
单片机的存储器包括闪存、RAM和EEPROM等。
闪存用于存储程序代码，RAM用于存储临时数据，EEPROM用于存储非易失性数据。
单片机的存储器容量通常比较小，但是可以通过外部存储器扩展。
单片机的输入输出端口用于与外部设备进行通信。
输入端口用于接收外部信号，输出端口用于控制外部设备。
单片机的输入输出端口通常采用并行口和串行口两种方式。
并行口可以同时传输多个数据位，速度较快，但是需要较多的引脚。
串行口只能传输一个数据位，速度较慢，但是引脚较少，适合于小型设备。
单片机的定时器用于计时和延时。
定时器可以通过编程设置计时器的时钟源和计数器的初值，从而实现各种计时和延时功能。
定时器通常包括多个计数器和比较器，可以实现多种计时和延时方式。
二、单片机接口技术单片机的接口技术是指单片机与外部设备之间的通信方式。
单片机的接口技术包括并行口、串行口、模拟输入输出和中断等。
1. 并行口并行口是单片机与外部设备之间最常用的接口方式。
并行口可以同时传输多个数据位，速度较快，适合于大型设备。
并行口通常采用8位或16位数据总线，可以通过编程设置输入输出方向和数据值。
并行口的缺点是需要较多的引脚，不适合于小型设备。
2. 串行口串行口是单片机与外部设备之间另一种常用的接口方式。
串行口只能传输一个数据位，速度较慢，但是引脚较少，适合于小型设备。
串行口通常采用异步串行通信或同步串行通信方式。
庄友谊《单片机原理及应用》单片机第1章
庄友谊教授的经典著作《单片机原理及应用》深入浅出地介绍了单片机技术。 接下来我们将为您带来本书第一章的精彩内容。
单片机的基本概念与分类
基本概念
单片机是一种在一个芯片上集成了中央处理器（CPU）、存储器、外设和输入/输出（I/O） 接口的微型计算机系统。
分类
单片机按位宽划分可分为8位、16位、32位等。按指令集划分可分为CISC和RISC。按功能 可分为通用型和专用型。
2
并行通信
使用外部总线如地址总线、数据总线、控制总线进行数据传输，速度较快。
3
I2C
使用两根双向数据线（SDA，SCL），可连接多个设备，具有高速率、低功耗等 优点。
单片机的电源管理及低功耗设计技术
电源管理
单片机电源管理是一个关键性问题，涉及电 源、电池管理、电子开关、电源控制等，可 有效提高系统效率和延长电池寿命。
低功耗设计
单片机低功耗设计是为了满足电池供电应用、 电能管理、环保要求等，需要考虑待机功耗、 运行功耗、睡眠功耗等。
单片机调试与故障处理的方法与技巧
调试
调试单片机时常用的方法有仿真、在线调试、打 印调试、替换元件等，需掌握相关工具和技术。
故障处理
故障可能源于硬件、软件、接线、程序等，可采 用逐步排查法、替换法、观测法等，必要时可使 用万用表。
原理
应用
计时器是单片机中的重要外设，用于延时、定时 和计数。采用时钟信号和预设定数的方式来实现。
计时器可用于控制周期性操作，如PWM波产生、 脉冲计数、通信时序控制、定时检测等。
单片机通信技术的分类与应用
两种。
应用
通信技术广泛应用于单片机系统中，如串口通信、I2C、SPI、CAN总线等。
单片机指令的通信协议与网络连接
单片机指令的通信协议与网络连接在现代科技的发展中，单片机作为一种微处理器，广泛应用于各个领域。
它能够通过指令来实现各种任务，而通信协议和网络连接是单片机实现这些功能的重要组成部分。
本文将探讨单片机指令的通信协议以及与网络连接的关系。
一、单片机指令的通信协议单片机指令的通信协议是指通过特定的规则和步骤实现单片机与其他设备之间进行数据传输和信息交流的方式。
常见的通信协议有SPI （串行外设接口）、I2C（串行总线）、UART（通用异步接收器/发送器）等。
1. SPI通信协议SPI通信协议是一种串行通信协议，它使用一条数据线和一条时钟线来实现数据的同步传输。
通常情况下，SPI通信协议由一个主设备和一个或多个从设备组成。
主设备通过控制时钟线的电平变化来同步数据的传输，从设备通过数据线与主设备进行双向数据传输。
SPI通信协议的特点是通信速度快、传输距离短，适用于大部分外设与单片机之间的通信。
在实际应用中，我们可以根据需要连接多个外设，通过片选信号来选择不同的从设备进行数据交互。
2. I2C通信协议I2C通信协议是一种串行总线协议，它使用两条线（数据线SDA和时钟线SCL）来实现多个设备之间的数据传输。
I2C通信协议中的每个设备都有一个唯一的地址，通过地址来选择具体要进行通信的设备。
I2C通信协议的特点是可以连接多个设备，传输距离较短，适用于通信速度较低的应用场景。
在许多外设中，如温度传感器、加速度计等，都会采用I2C通信协议与单片机进行数据交互。
3. UART通信协议UART通信协议是一种简单的串行通信协议，它使用一条数据线和一条时钟线来实现数据的传输。
UART通信协议在单片机与外设之间传输数据时，没有地址的概念，只是简单地将数据通过数据线传输。
UART通信协议的特点是传输距离较长，适用于需要长距离通信的场景。
在实际应用中，我们经常使用UART通信协议与计算机、蓝牙模块等设备进行数据交互。
二、单片机的网络连接除了通过通信协议与外部设备进行数据交互外，单片机还可以通过网络连接实现与远程设备的数据交互。
单片机复习题
单片机习题1、填空题1.1、MCS-51系统中，当PSEN信号有效时，表示CPU要从（外部程序存储器）存储器读取信息。
1.2、PSW中的RS1RS0=10时，R2的地址为（12H），RS1RS0=11时，R2的地址为（1AH）。
1.3、一个机器周期=12个（振荡周期）=6个（状态周期/时钟周期）。
1.4、在MCS－51单片机中，如果采用9MHz晶振，1个机器周期为（1.5）us。
1.5、若（DPTR）=2000H，（A）=50H，执行指令“MOVC A，@A+DPTR”后，送入A的是程序存储器（2050H）单元的内容。
1.6、假定累加器（A）=50H，执行程序存储器2000H单元处的指令“MOVC A，@A+PC”后，送入A的是程序存储器（2051H）单元的内容。
1.7、访问内部RAM可使用MOV指令，而访问外部RAM使用（MOVX）指令，访问内部ROM使用（MOVC）指令，访问外部ROM使用（MOVC）指令。
1.8、指令“ORL A，#0F0H”的作用是将A的高4位置1，而低4位（保持不变）。
1.9、执行“ANL A，#0FH”指令后，累加器A的高4位= （0000B）。
1.10、若“SJMP rel”的指令操作码地址为1000H，rel=50H，那么它的转移目标地址为（1052H）。
1.11、假定（A）=54，执行指令“ADD A，#65”后，累加器A的内容为（01110111B），CY 的内容为（0）。
1.12、主频为12MHz的MCS-51单片机系统用T0方式1定时1ms，则时间常数应为(64536)。
1.13、假定（A）=86H，执行指令“A DD A，#8DH”后，累加器A的内容为(03H)，CY的内容为(1)，AC的内容为(1)，OV的内容为(1)。
2、选择题2.1、当MCS-51复位时，下面说法正确的是（A）。
A、PC=0000H；B、SP=00H；C、SBUF=00H；D、P0=00H；2.2、PSW=01H时，则当前工作寄存器是（B）。
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单片机同步通信和异步通信
单片机是一种常用的嵌入式系统，它通常需要与外部设备进行通信。
通信可以分为同步通信和异步通信两种方式。
同步通信是指通信数据传输的时钟信号源自于通信的双方之一，通信双方必须在该时钟信号的边沿上进行数据的传输。
同步通信的优点是传输速度快，数据传输稳定可靠，但是需要通信双方在时钟信号上保持同步，对于数据传输中出现的错误难以控制。
异步通信是指通信数据传输时不需要时钟信号或者时钟信号不
是由通信双方之一提供。
异步通信的优点是通信双方不需要长时间保持同步，易于控制数据传输过程中的错误。
但是异步通信的传输速度相对较慢。
在单片机中，同步通信常常使用SPI（串行外设接口）、I2C（串行总线）等协议。
SPI通常用于单片机与外部设备的高速数据传输，比如存储器，显示器等。
I2C通常用于单片机与多个外部设备的低速数据传输，比如温度传感器，湿度传感器等。
而异步通信则常常使用UART（通用异步收发器）协议。
UART是一种简单而常用的异步通信协议，它可以帮助单片机与PC等设备进行数据的交互。
需要根据具体的应用场景选择合适的通信协议。
同时，还需要注意通信的时序问题，确保数据能够按照预期传输，以达到预期的结果。
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