51單片機和IBM - PC機是目前我國應用最廣的兩種微型計算機。作為單片機，51單片機不但功能強，體積小，價格低，而且使用方便，特別市場上提供的多種51單片機開發(fā)系統，為開發(fā)應用51單片機提供了非常方便的手段。因此，51單片機在許多領域，特別是工業(yè)控制和智能儀器領域已得到廣泛的應用。事實已證明，51單片機已成為8位微機之首。作為系統機，IBM - PC的優(yōu)點已眾所周知，可以說，IBM - PC微機的出現為微機領域帶來了一場革命。在我國，由于漢字操作系統(?CCDOS)的引入，使得IBM - PC在各個領域得到迅速的推廣使用。
　　
　　串行通信是計算機進行數據通信的主要方式之一。由于其連線少，成本低，再加上有調制／解調功能，因而特別適合于距離較遠，且通信點較多的場合，如各種計算機網絡和分布式系統等。RS - 232C是最常用的一種串行通信標準。在IBM - PC微機中，一般都有1～2個標準RS - 232C串行口，簡稱COM1和COM2。利用這兩個串行口，IBM - PC可以與其他數字設備（計算機）進行一般的數據傳送，或構成局部網絡、多用戶系統和分布式控制系統等。
　　
　　51單片機片內即含有一個全雙工的串行口，并具有多機通信功能，可以方便地構成多機控制系統。但是，由于51單片機的串行口并非標準的RS -232C，加上其波特率是采用系統時鐘由內部通用定時器產生的，誤差大；而其數據處理速度也比系統機低得多。因此當其與IBM - PC微機進行串行數據通信，特別是構成分布式多機控制系統時，將會遇到許多意想不到的技術問題，諸如硬件連接、波特率選擇、數據同步以及多機通信控制等。我們根據多年的實踐經驗，對這些問題提出了一些具體解決辦法，供廣大同行參考。

一、硬件連接

　　RS - 232C采用負邏輯。其電平范圍通常為：邏輯1=-3～-15 V；邏輯0=+3～+15 V。由于51單片機的串行口是TTL電平，故必須進行電平轉換，一般都采用MC1488（輸出）和MC1489（輸入）來完成。其連接方法如圖1- 32所示。圖中，MC1488采用土12 V電源，MC1489采用+5 V電源。IBM - PC串行口中的第4腳RTS(請求發(fā)送，輸出)與第5腳CTS(清除發(fā)送，輸入)，以及第6腳DSR(數據裝置準備好，輸入)與第20腳DTR（數據終端準備好，輸出）分別連接在一起，主要是因為PC機BIOS中的INT14H（串行通信程序）在接收和發(fā)送數據時，均要判別CTS和DSR是否有效。如果用戶自己編制通信程序，采用判斷收／發(fā)緩沖區(qū)是否滿／空的辦法來完成數據輸入／輸出，則可不必短接。

　　
　　順便指出，IBM - PC及其兼容機串行口中的電平轉換器通常有兩種：老式原裝機和長城0520機，采用7515075154。而一般的兼容機均用75188( MC1488)/75189 (MC1489)。1489中的每個接收門均有一個閾值電平控制端。當該腳開路或接一電容C至地時，其閾值電平VT =1. 1～1. 25 V，即當Vi≤1.1 V時，V。=1；V1≥1. 25 V時，V0=0。不難看出，這種電平與TTL電平具有兼容性。因此，圖1- 32中1488和1489均可用普通TTL反相器代換，從而省去了土12 V電源。但要注意的是，替換1488的反相器最好用OC門，以便擴大電平范圍和增加驅動電流；而替換1489的反相器輸入端應加雙向二極管電平箝位。此外，這種接法傳送距離不宜太長，一般應在3m以內（標準RS - 232C電平傳送距離可達15 m以上），距離過長，因兩端地電位不一致以及噪聲干擾會導致電平范圍出錯。
　　
　　上述做法雖然省去了士12 V電源，但只適合于使用MC1488/1489的PC機，且傳送距離近。為了與標準RS - 232C電平兼容，又不用±12 V電源，可采用圖1- 33所示的準RS -232C電平轉換電路。圖中虛線框內電路產生-7.0～-9.0 V的負電壓。其工作原理是，由CMOS反相器F1和F2構成的多諧振蕩器產生f=0.7 MHz的方波，經F3和F4雙門驅動后，高電平時對Cl充電，低電平時，Cl反過來又對C2充電，從而在C2上產生一定的負電壓。這里采用CMOS反相器，主要是為了降低其自身的功耗以及提高高電平電壓。值得一提的是，如果8031的ALE腳負載不重，亦可直接利用它作為時鐘源(1 MHz)，這時由Fi和F2構成的多諧振蕩器就可省去了；不過C1和C2要適當加大些。

產生負電源還有一種既簡單，又實用的方法，如圖1- 34所示。如果將RTS引出，亦可產生正電壓而代替圖1- 33中的+5 V，這樣可進一步擴大電平范
圍。但要注意的是，圖1- 34中正負電壓是從信號中提取的，其驅動能力差，因此不宜帶過重的負載。
　　
　　從圖1- 33中可以看出，這種電平轉換電路省去了±12 V電源，而且僅用2只廉價的三極管取代了較貴的1488／1489，因而大大降低了接口電路的成本，是一種非常實用的方法，特別是對于像前端控制機、單片機開發(fā)系統等提供土12 V電源有困難的系統。

二、波特率的選擇

　　波特率是串行通信中的一個關鍵參數。通信雙方波特率的一致性直接影響數據傳輸的正確性。當誤差太大時，甚至無法進行正常的傳輸。通常對于11位的串行幀（1位起始位+8位數據位+1位標志位+1位停止位），所允許的最大波特率誤差應不超過4.5%。
　　
　　RS - 232C通信標準中，標稱波特率有：50，110，150，300，600，1 200，2 400，4 800，9 600及19 200等。其中以1? 200～9 600最為常用。IBM - PC的串行通信控制器采用的是In-te18250．其波特率是采用1.843 2 MHz專用時鐘，由16位的除法器產生的，可以精確地定出各種標稱波特率。而51單片機的波特率是采用系統時鐘由定時器T，產生的。由于系統時鐘一般為6.0 MHz或12.O MHz，有效位數少，而T．又是用的8位自動裝入定時方式，因此，很難精確地定出各種標稱波特率。當兩臺51單片機進行串行通信時，只要兩機的系統時鐘和定　　時常數一致，就能保證數據正確傳輸。這時的波特率只是反映傳送的快慢，而不是非要達到多少精度。因為兩機的波特率即使有誤差，也只是系統時鐘（晶體）上的誤差。這種誤差通常是很小的，可忽略不計；但當51單片機與IBM - PC進行串行通信時，這種誤差就大了。以4800波特為例：
　　
　　對于PC機，除法器控制常數為：

　　
無誤差。式中，B為波特率。
　　
　　對于51單片機，當系統時鐘fosc=6 MHz時，定時常數為：

　　
　　因n必須為整數，四舍五入后n=253(FDH)；反過來，因取整得出的實際波特率為：
　　
　　波特率誤差：

　　
　　比所允許的誤差大，當然數據也就無法正確傳輸了。同理，不難證明，在1200-9600的標稱波特率范圍內，只有1 200是唯一可用的，其n=243(F3H)，x-96(0060H)。顯然，對于那些想用高波特率傳送數據的用戶來說，這無形之中提出了一個難題。那么是否有辦法解決這一難題呢？辦法是有的，只是不能局限于幾個標稱波特率上。其算法如下：
　　
　　①假定51單片機上的一個定時常數n，一般n取值為F4H～FEH(波特率為1200～9600);

　　
　　大n值重復上述①～④步求出下一個可用波特率。
　　
　　根據上述算法，不難求出1 200～9 600的所有可用波特率(假定fosc=6.0 MHz)，如表1- 16所列。注意，如果使用表1- 16中的非標稱波特率來進行通信，那么PC機程序就不能調用INT14H的功能0來初始化串行口波特率了，而只能采用下述子程序（以COMi為例），即直接往除法器送控制常數。

三、數據同步

　　串行通信分同步和異步兩種方式。盡管51單片機的串行口既可進行同步通信(方式0)，又可進行異步通信（方式1～3），但IBM - PC機的串行口只有異步方式。在異步串行通信中，波特率的一致性是數據位同步的保證，而幀同步只能靠DSR/DTR和RTS/CTS等異步通信控制信號了。遺憾的是，51單片機串行口沒有這些控制信號。因此，當51單片機與IBM - PC進行串行通信時，雖然波特率選擇一致，能保證單個字節(jié)傳輸正確，但無法保證大塊數據傳輸正確。例如，當PC機往單片機每次單獨傳送一字節(jié)時，51單片機都能正確接收，但連續(xù)傳送一批數據時，由于單片機比PC機的指令處理速度低，PC機發(fā)送一字節(jié)后，單片機可能還沒取走，PC機就發(fā)出下一字節(jié)了。這樣就會導致大量數據被丟失。由此可見，在PC機與51單片機的串行通信中，數據幀（1幀-10或11位）同步也是一關鍵問題，下面介紹兩種同步方法。
　　
　　1．硬件方法
　　
　　在圖1- 32的基礎上，借助于8031 P。口的其他位來模擬各異步通信控制信號。其連接方法如圖1- 35所示。這樣利用RTS/CTS和DSR/DTR就可方便地完成異步雙向串行數據傳輸了。如果PC機程序不是通過調用INT14H，而是通過自己設計的一個子程序來完成收／發(fā)數據的，那么只要使用兩組信號中任意一組，即可完成異步傳輸，這樣又可省去兩根連線。
　　
　　通過8031外部擴展一個異步通信控制器8251，也是一種行之有效的方法，只是那樣做以后，硬件成本提高，軟件控制也變得復雜了。

2.軟件方法
　　
　　　一種很容易想到的軟件方法就是“延時法”。例如，當PC機要往單片機發(fā)送一批數據時，每發(fā)一個字節(jié)，就延時一段時間，以便單片機能及時將剛收到的字節(jié)取走并處理完。這種做法的困難在于延時常數不好確定。一種改進方法就是，一方面發(fā)送方采取一定的延時，另一方面在發(fā)送一組（可以是一字節(jié)，也以可是若干字節(jié)）數據后，接收方應回答一個數據信號（不是控制信號！）。該信號既可表示接收到的數據正確與否，又可起同步作用。

四、多機通信

51單片機的串行口在方式2（波特率固定）和方式3（波特率可變）時具有多機通信功能。這為組成多機控制系統提供了方便。IBM - PC微機的軟、硬件資源相當豐富，特別是它的漢字圖形功能，為用戶提供了一個非常友好的界面。因此，目前大多數分布式控制系統均采用51單片機作前端控制器，IBM - PC作后臺主機。這種控制系統對通信接口提出了新的要求：首先，1臺PC機要帶n臺51單片機控制器．故其發(fā)送數據總線（TxD）必須具有較強大的負載能力；其次，n臺單片機要往PC機傳輸數據，必須解決數據總線（RxD）競爭問題；最后，這種控制系統的通信距離一般比較遠，環(huán)境也比較差，因此通信接口必須具有較強的抗干擾能力。顯然，標準的RS - 232C接口難以滿足這些要求。為此，必須采用一種新的串行通信標準——RS - 422A。在這種標準中，所有信號均采用平衡式差分傳輸。MC3486/3487是最常用的一種RS - 422A電平轉換器，利用它構成的典型多機控制系統如圖1- 36所示。圖中，線接收器MC3486的所有控制端均接+5 V，即一直使能。單片機端線驅動器MC3487的控制端接P1.0平時應為低，只有在與PC機聯系上須傳送數據時才置高。如果PC機巡查各單片機，就可保證數據總線不發(fā)生競爭。PC機的3487控制端接RTS，平時為低，一旦發(fā)送數據就為高。注意，MC3486/3487的輸入／輸出是TTL電平，因此圖中加了4只二極管箝位。此外，如果PC機RS - 232C上用的不是1489而是75154，那么3487的輸出信號必須經過一個RS一232C電平轉換器，才能接到PC機的RxD端。這種接口電路在波特率不太高時，傳輸距離可達幾公里，而且由于兩機地線不連在一起，因此有一定的隔離作用。

在51單片機的串行口控制寄存器（ SCON）中，有一個“地址監(jiān)聽”控制位SM2。當置SC2=1時，只有當接收到的串行數據的第9位RB8 =1時，才激發(fā)“接收數據有效”標志RI;而PC機發(fā)送數據時，可通過程序設置第9位奇校驗（1）或偶校驗（0）。利用這兩點，對于圖1- 36所示的多機系統．PC機就可方便地與N臺單片機進行數據通信。假設PC機要從所有控制單片機巡回取一批數據，這時51單片機和PC機的程序框圖如圖1- 37所示。圖中，PC機必須將串行數據格式設置成8個數據位+1位停止位，當附加奇校驗位時，其控制常數（送3BFH寄存器）為2BH，偶校驗則為3BH。發(fā)送數據時，如不調用INT14H，則要注意將RTS置成1，以便打開3487。由于是單片機往PC機傳送大塊數據，后者的處理速度高得多，因此不必采取幀同步措施；但為避免數據傳輸出錯，可增加檢錯、糾錯功能。