單片機串口通訊的概念及接口電路

隨著計算機系統的應用和微機網絡的發展，通信功能越來越顯的重要。這里所說的通信是只計算機與外界的信息交換。因此，通信既包括計算機與外部設備之間，也包括計算機和計算機之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現成的電話網進行信息傳送，因此，特別適合于遠距離傳輸。對于那些與計算機相距不遠的人－機交換設備和串行存儲的外部設備如終端、打印機、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數據也很普遍。在實時控制和管理方面，采用多臺微機處理機組成分級分布控制系統中，各CPU之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機應用系統常用的接口。

許多外設和計算機按串行方式進行通信，這里所說的串行方式，是指外設與接口電路之間的信息傳送方式，實際上，CPU與接口之間仍按并行方式工作。

1　串行通信的概念

圖1-1

所謂“串行通信”是指外設和計算機間使用一根數據信號線(另外需要地線,可能還需要控制線),數據在一根數據信號線上一位一位地進行傳輸，每一位數據都占據一個固定的時間長度。如圖1-1所示。這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本，當然，其傳輸速度比并行傳輸慢。

由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串→并）和“發送移位寄存器”（并→串）。典型的串行接口的結構如1-2所示。

圖1-2

在數據輸入過程中，數據1位1位地從外設進入接口的“接收移位寄存器”，當“接收移位寄存器”中已接收完1個字符的各位后，數據就從“接收移位寄存器”進入“數據輸入寄存器”。CPU從“數據輸入寄存器”中讀取接收到的字符。（并行讀取，即D7~D0同時被讀至累加器中）。“接收移位寄存器”的移位速度由“接收時鐘”確定。

在數據輸出過程中，CPU把要輸出的字符（并行地）送入“數據輸出寄存器”，“數據輸出寄存器”的內容傳輸到“發送移位寄存器”，然后由“發送移位寄存器”移位，把數據1位1位地送到外設。“發送移位寄存器”的移位速度由“發送時鐘”確定。

接口中的“控制寄存器”用來容納CPU送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式。

“狀態寄存器”的各位稱為“狀態位”，每一個狀態位都可以用來指示數據傳輸過程中的狀態或某種錯誤。例如，用狀態寄存器的D5位為“1”表示“數據輸出寄存器”空，用D0位表示“數據輸入寄存器滿”，用D2位表示“奇偶檢驗錯”等。

能夠完成上述“串<- ->并”轉換功能的電路，通常稱為“通用異步收發器”（UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）,典型的芯片有：Intel 8250/8251,16550