51单片机串口通信原理与应用
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收器，双方既可发送也可接收，但接收和发送不 能同时进行，即发送时就不能接收，接收时就不 能发送。半双工制式如图9.6所示。
A 发送 端
接收
图9.6 半双工制式
发送 B
接收 端
3. 全双工制式(Full duplex) 全双工制式是指通信双方均设有发送器和接
收器，并且将信道划分为发送信道和接收信道， 两端数据允许同时收发，因此通信效率比前两种 高。全双工制式如图9.7所示。
TXD RXD 89C51
发送 接收
RXD TXD
外设
图9.2 串行通信示意图
目前串行通信在单片机双机、多机以及单片机 与PC机之间的通信等方面得到了广泛应用。
9.1.1 异步通信和同步通信
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通 信两种基本通信方式。
1. 同步通信(Synchronous Communication) 同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一
第9章 串行接口及串行通信技术
教学目标 9.1 串行通信基础知识 9.2 AT89C51的串行接口 9.3 AT89C51串行接口的应用与编程 9.4 多机通信 9.5 PC机与单片机间的串行通信 9.6 实训指导 本章小结 思考题与习题
教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标： 1. 串行通信的基本概念：了解并行/串行通信的
次通信传送多个字符数据，称为一帧信息。数据传 输速率较高，通常可达百度文库6000bps或更高。其缺点 是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步。
同步通信的数据帧格式如图9.3所示。
同步 数 据 数 据 … 数据字 数 据 校 验 (校验
字符 字符1 字符2
符n-1 字符n 字 符 字符)
图9.3 同步通信数据传送格式
2. 异步通信(Asynchronous Communication) 在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位
组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独 立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式 相同，因此可以相互识别接收到的数据信息。
异步通信信息帧格式如图9.4所示。
第n-1字符
帧 奇
(4) 停止位： 字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平 有效，它可占1/2位、1位或2位。停止位表示传送 一帧信息的结束，也为发送下一帧信息作好准备。
9.1.2 串行通信的波特率
波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念， 它是指传输数据的速率, 亦称比特率。波特率的定 义是每秒传输二进制数码的位数。如：波特率为 1200bps是指每秒钟能传输1200位二进制数码。
A 发送 端 接收
接收 B 发送 端
图9.7 全双工制式
9.1.4 串行通信的校验
串行通信的目的不只是传送数据信息，更重要 的是应确保准确无误地传送。因此必须考虑在通信 过程中对数据差错进行校验，因为差错校验是保证 准确无误地通信的关键。常用差错校验方法有奇偶 校验、累加和校验以及循环冗余码校验等。
3. 串行口的工作方式： 理解串行通信4种工作 方式的特点和区别；掌握串行工作方式0的应 用； 熟悉串行工作方式1、2、3应用程序的 编制方法。
4. 多机通信原理：理解多机通信的原理、过 程和编制多机通信应用程序的方法。
9.1 串行通信基础知识
计算机与外界的信息交换称为通信。通信的基 本方式可分为并行通信和串行通信两种。
概念；理解串行通信中的异步/同步通信的基 本概念；理解波特率的概念，学会计算波特率 的方法；4了解串行通信的三种制式及校验方 法。
2. AT89C51串行口：串行接口结构及其功能； 理解串行数据缓冲器SBUF的功能和读写方 法； 熟悉SCON的结构、控制作用和设置方 法； 了解电源控制寄存器PCON，熟悉 SMOD位。
9.1.3 串行通信的制式
在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。 按照数据传送方向，串行通信可分为三种制式。
1. 单工制式(Simplex) 单工制式是指甲乙双方通信只能单向传送数
据。单工制式如图9.5所示。
发送器A
接收器B
图9.5 单工制式
2. 半双工制式(Half duplex) 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接
所谓并行通信是指数据的各位同时在多根数据 线上发送或接收。
串行通信是数据的各位在同一根数据线上依次 逐位发送或接收。
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
P2.7
89C51
RD WR
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CS
RD WR
8255
图9.1 并行通信示意图
波特率的倒数即为每位数据传输时间。例如：
波特率为1200bps，每位的传输时间为：
T d
=
1 1200
=0.
833(ms)
波特率和字符的传输速率不同，若采用图 9.4的数据帧格式，并且数据帧连续传送（无空闲 位），则实际的字符传输速率为1200/11=109.09 帧/秒。
波特率也不同于发送时钟和接收时钟频率。 同步通信的波特率和时钟频率相等，而异步通信 的波特率通常是可变的。
偶停 起
8位数据
校止 验位
始 位
第n字符帧 8位数据
奇 偶停 校止 验位
空闲位
第n+1字符帧
起 始 位 8位数据
D7 0/1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1 1 1 1 0 D0 D1
图9.4 异步通信帧格式
(1) 起始位： 在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态。 当发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻辑 “0”信号，这个低电平便是帧格式的起始位。其作 用是向接收端表示发送端开始发送一帧数据。接收 端检测到这个低电平后，就准备接收数据信号。
(2) 数据位： 在起始位之后，发送端发出(或接收端接收)的是 数据位，数据的位数没有严格的限制，5～8位均 可。由低位到高位逐位传送。
(3) 奇偶校验位： 数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检 验数据在传送过程中是否出错的奇偶校验位。奇 偶校验是收发双方预先约定好的有限差错检验方 式之一。有时也可不用奇偶校验。
1. 奇偶校验
奇偶校验的特点是按字符校验，即在发送每个 字符数据之后都附加一位奇偶校验位(1或0),当设置 为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和 应为奇数；反之则为偶校验。收、发双方应具有一 致的差错检验设置，当接收1帧字符时，对1的个数 进行检验，若奇偶性(收、发双方)一致则说明传输 正确。奇偶校验只能检测到那种影响奇偶位数的错 误，比较低级且速度慢，一般只用在异步通信中。
A 发送 端
接收
图9.6 半双工制式
发送 B
接收 端
3. 全双工制式(Full duplex) 全双工制式是指通信双方均设有发送器和接
收器，并且将信道划分为发送信道和接收信道， 两端数据允许同时收发，因此通信效率比前两种 高。全双工制式如图9.7所示。
TXD RXD 89C51
发送 接收
RXD TXD
外设
图9.2 串行通信示意图
目前串行通信在单片机双机、多机以及单片机 与PC机之间的通信等方面得到了广泛应用。
9.1.1 异步通信和同步通信
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通 信两种基本通信方式。
1. 同步通信(Synchronous Communication) 同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一
第9章 串行接口及串行通信技术
教学目标 9.1 串行通信基础知识 9.2 AT89C51的串行接口 9.3 AT89C51串行接口的应用与编程 9.4 多机通信 9.5 PC机与单片机间的串行通信 9.6 实训指导 本章小结 思考题与习题
教学目标
通过本章教学，要求达到以下目标： 1. 串行通信的基本概念：了解并行/串行通信的
次通信传送多个字符数据，称为一帧信息。数据传 输速率较高，通常可达百度文库6000bps或更高。其缺点 是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步。
同步通信的数据帧格式如图9.3所示。
同步 数 据 数 据 … 数据字 数 据 校 验 (校验
字符 字符1 字符2
符n-1 字符n 字 符 字符)
图9.3 同步通信数据传送格式
2. 异步通信(Asynchronous Communication) 在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位
组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独 立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式 相同，因此可以相互识别接收到的数据信息。
异步通信信息帧格式如图9.4所示。
第n-1字符
帧 奇
(4) 停止位： 字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平 有效，它可占1/2位、1位或2位。停止位表示传送 一帧信息的结束，也为发送下一帧信息作好准备。
9.1.2 串行通信的波特率
波特率(Baud Rate)是串行通信中一个重要概念， 它是指传输数据的速率, 亦称比特率。波特率的定 义是每秒传输二进制数码的位数。如：波特率为 1200bps是指每秒钟能传输1200位二进制数码。
A 发送 端 接收
接收 B 发送 端
图9.7 全双工制式
9.1.4 串行通信的校验
串行通信的目的不只是传送数据信息，更重要 的是应确保准确无误地传送。因此必须考虑在通信 过程中对数据差错进行校验，因为差错校验是保证 准确无误地通信的关键。常用差错校验方法有奇偶 校验、累加和校验以及循环冗余码校验等。
3. 串行口的工作方式： 理解串行通信4种工作 方式的特点和区别；掌握串行工作方式0的应 用； 熟悉串行工作方式1、2、3应用程序的 编制方法。
4. 多机通信原理：理解多机通信的原理、过 程和编制多机通信应用程序的方法。
9.1 串行通信基础知识
计算机与外界的信息交换称为通信。通信的基 本方式可分为并行通信和串行通信两种。
概念；理解串行通信中的异步/同步通信的基 本概念；理解波特率的概念，学会计算波特率 的方法；4了解串行通信的三种制式及校验方 法。
2. AT89C51串行口：串行接口结构及其功能； 理解串行数据缓冲器SBUF的功能和读写方 法； 熟悉SCON的结构、控制作用和设置方 法； 了解电源控制寄存器PCON，熟悉 SMOD位。
9.1.3 串行通信的制式
在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。 按照数据传送方向，串行通信可分为三种制式。
1. 单工制式(Simplex) 单工制式是指甲乙双方通信只能单向传送数
据。单工制式如图9.5所示。
发送器A
接收器B
图9.5 单工制式
2. 半双工制式(Half duplex) 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接
所谓并行通信是指数据的各位同时在多根数据 线上发送或接收。
串行通信是数据的各位在同一根数据线上依次 逐位发送或接收。
P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
P2.7
89C51
RD WR
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CS
RD WR
8255
图9.1 并行通信示意图
波特率的倒数即为每位数据传输时间。例如：
波特率为1200bps，每位的传输时间为：
T d
=
1 1200
=0.
833(ms)
波特率和字符的传输速率不同，若采用图 9.4的数据帧格式，并且数据帧连续传送（无空闲 位），则实际的字符传输速率为1200/11=109.09 帧/秒。
波特率也不同于发送时钟和接收时钟频率。 同步通信的波特率和时钟频率相等，而异步通信 的波特率通常是可变的。
偶停 起
8位数据
校止 验位
始 位
第n字符帧 8位数据
奇 偶停 校止 验位
空闲位
第n+1字符帧
起 始 位 8位数据
D7 0/1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0/1 1 1 1 1 0 D0 D1
图9.4 异步通信帧格式
(1) 起始位： 在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态。 当发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻辑 “0”信号，这个低电平便是帧格式的起始位。其作 用是向接收端表示发送端开始发送一帧数据。接收 端检测到这个低电平后，就准备接收数据信号。
(2) 数据位： 在起始位之后，发送端发出(或接收端接收)的是 数据位，数据的位数没有严格的限制，5～8位均 可。由低位到高位逐位传送。
(3) 奇偶校验位： 数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检 验数据在传送过程中是否出错的奇偶校验位。奇 偶校验是收发双方预先约定好的有限差错检验方 式之一。有时也可不用奇偶校验。
1. 奇偶校验
奇偶校验的特点是按字符校验，即在发送每个 字符数据之后都附加一位奇偶校验位(1或0),当设置 为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和 应为奇数；反之则为偶校验。收、发双方应具有一 致的差错检验设置，当接收1帧字符时，对1的个数 进行检验，若奇偶性(收、发双方)一致则说明传输 正确。奇偶校验只能检测到那种影响奇偶位数的错 误，比较低级且速度慢，一般只用在异步通信中。