串口通訊(Serial Communication)是一種設(shè)備間非常常用的串行通訊方式，因?yàn)樗?jiǎn)單便捷，因此大部分電子設(shè)備都支持該通訊方式，其通訊協(xié)議可分層為協(xié)議層和物理層。

1、串行通信概念

串行通信：將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)傳送，示意圖如下

1.1、通訊特點(diǎn)

傳輸線少、長(zhǎng)距離傳輸時(shí)成本低，且可以利用電話線網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳輸控制比并行通信復(fù)雜。

1.2、異步通信和同步通信

異步通信：發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備使用自己各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。

異步通信是以字符為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙是任意的，但是每個(gè)字符之間的詩(shī)是以固定的“位間隙”的整數(shù)倍的關(guān)系。

同步通信：同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的控制，是雙方達(dá)到同步得效果。此時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隙"的整數(shù)倍，同時(shí)傳輸?shù)淖址?jiàn)不留間隙，即保持同步關(guān)系。

2、串行通信的傳遞方向

串行通信的傳輸方向：?jiǎn)喂ぁ腚p工、全雙工

1.2、單工

單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅沿一個(gè)方向，不能實(shí)現(xiàn)反向傳輸。

1.2、半雙工

半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。

1.2、全雙工

全雙工是指數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸

3、信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

利用調(diào)制器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后送到通信線路上去，再由解調(diào)器把從通信線路上收到的模擬信號(hào)換成數(shù)字信號(hào)。

由于傳輸是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個(gè)裝置中，這就是調(diào)制解調(diào)器MODDEM

4、串行通信鄂錯(cuò)誤校驗(yàn)

1)奇偶校驗(yàn)

在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗(yàn)位(1或0)。奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù);偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì)“1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)不一致，則說(shuō)明傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。

2)代碼和校驗(yàn)

代碼和校驗(yàn)是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和(或各字節(jié)異或)產(chǎn)生一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字符，(校驗(yàn)和)附加到數(shù)據(jù)塊末尾。接收方接收數(shù)據(jù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)塊(除校驗(yàn)字節(jié)外)求和，(或各字節(jié)異或)，將所得的結(jié)果寫(xiě)發(fā)送方的“校驗(yàn)和”進(jìn)行比較，

3)循環(huán)冗余校驗(yàn)

這種校驗(yàn)是通過(guò)某種數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)有效信息與校驗(yàn)位之間的循環(huán)校驗(yàn)，常用于對(duì)磁盤(pán)信息的傳輸、存儲(chǔ)區(qū)的完整性校驗(yàn)等。這種校驗(yàn)方法糾錯(cuò)能力強(qiáng)廣泛應(yīng)用于同步通信中。

5、串行口的工作方式

1、方式0

串行接口的工作方式0為移位寄存器I／O方式。在串行口外接移位寄存器以擴(kuò)展I／O接口，也可以外接串行同步I／O的設(shè)備。

（1）方式0輸出
串行口以方式0發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)以RXD端串行輸出，TXD端輸出同步信號(hào)。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入串行口發(fā)送緩沖器以后，就啟動(dòng)串行口發(fā)送器以振蕩頻率的十二分之一的波特率，將數(shù)據(jù)從RXD端串行輸出。

（2）方式0輸入
當(dāng)串行口定義為方式0并置位REN后，便啟動(dòng)串行口以方式0接收數(shù)據(jù)，此時(shí)RXD端為數(shù)據(jù)輸入端，TXD端為同步脈沖信號(hào)輸出端。接收器以振蕩率的十二分之一的波特率接收RXD端輸入的數(shù)據(jù)信息 7a686964616fe59b9ee7ad9431333332396234。但接收器接收到8位數(shù)據(jù)時(shí)，置1中斷標(biāo)志RI。

（3）方式0接收與發(fā)送電路

2、方式1

串行接口定義為工作方式1時(shí)，則被控制為8位的異步通訊接口，傳送一幀信息為10位，其中1位為起始位，8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），1位停止位。

（1）方式1輸出
串行接口以方式1發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)由TXD端輸出。CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖
器SBUF的指令（例如，MOVSBUF，A），數(shù)據(jù)字節(jié)寫(xiě)入SBUF后，便啟動(dòng)串行口發(fā)送器發(fā)送，發(fā)送完一幀信息，置1放送中斷標(biāo)志TI。

（2）方式1輸入
串行口以方式1接收時(shí)，數(shù)據(jù)從RXD端輸入。在REN置1以后，就允許接收器接收。接收器以所建立的波特率的16倍分頻計(jì)數(shù)器，以便實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

計(jì)數(shù)器的16個(gè)狀態(tài)把一位的時(shí)間等分成16份，在每位時(shí)間的第7、8和9個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)，位檢測(cè)器采樣RXD的值，接收的值是3次采樣中取至少二次相同的值，以排除噪聲的干擾。

如果在起始接收的值不是0，則起始位無(wú)效，復(fù)位接收電路。在檢測(cè)到另一個(gè)1到0的跳變時(shí)，再重新啟動(dòng)接收器。如果接收到值為0，起始位有效，則開(kāi)始接收本幀的其余信息。

當(dāng)RI＝0并且接收到的停止位為1（或SM2＝0）時(shí)，停止位進(jìn)入RB8，接收到的8位數(shù)據(jù)進(jìn)入接收緩沖器SBUF，置位RI中斷標(biāo)志。接著接收便搜索另一幀信息的起始位。
3、方式2和方式3
串行接口工作方式2和方式3時(shí)，則被定義為9位的異步通信接口。傳送一幀信息為11位，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（從低位至高位），1位是附加的可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)，1位停止位。

方式2和方式3的差別僅僅在于波特率不一樣，方式2的波特率是固定的，波特率為2SMOD／64（振蕩頻率）；方式3的波特率是可變的，波特率＝2SMOD／32（T1的溢出率）。
方式2和方式3在發(fā)送和接收時(shí)唯一的區(qū)別就是波特率不同。
（1）方式2和方式3發(fā)送
方式2或方式3發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)由TXD端輸出，發(fā)出一幀信息為11位，附加的第9位數(shù)據(jù)是SCON中的TB8，CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器SBUF的指令，就啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送，發(fā)送完一幀信息，置“1”TI中斷標(biāo)志。

（2）方式2和方式3接收
串行口被定義為方式2或方式3接收時(shí)，數(shù)據(jù)從RXD端輸入，置REN＝1以后，開(kāi)始接收過(guò)程。當(dāng)檢測(cè)到RXD端從高到低的負(fù)跳變時(shí)，確認(rèn)起始位有效，開(kāi)始接收本幀的其余信息。

在接收完一幀信息后，在RI＝0、SM2＝0時(shí)，或接收到第9位數(shù)據(jù)為“1”時(shí)，8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器，第9位數(shù)據(jù)裝入SCON中RB8，并置RI＝1。若不滿足上述的兩個(gè)條件，接收到的信息將會(huì)丟失，也不置位RI

6、單片機(jī)的串口通信

6.1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

6.2、多機(jī)通信

單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)。所謂主從式，即在數(shù)個(gè)單片機(jī)中，有一個(gè)是主機(jī)，其余的是從機(jī)，從機(jī).要服從主機(jī)的調(diào)度、支配。

80C51單片機(jī)的串行口方式2和方式3適于這種主從式的通信結(jié)構(gòu)。當(dāng)然采用不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還需進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，有時(shí)還要對(duì)信號(hào)進(jìn)行光電隔離。在實(shí)際的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用RS-485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)

審核編輯黃昊宇