1.8 单片机的串口多机通信

MCS-51系列单片机的应用极为广泛。MCS-51系列单片机有一个串口，是TTL电平的，这样的串口通常称为UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发设备）。单片机的UART一般只有RXD、TXD和GND三个信号。MCS-51系列单片机的串行通信可以支持多机通信，本节讨论的就是这方面的技术。可以说，这是最简单的串口多机通信协议。这里介绍的是实现多个MCS-51系列单片机之间的多机通信的原理。

MCS-51系列单片机串行传输模式2和模式3可以进行多机通信，其中的重点正在SCON寄存器的SM2、TB8和RB8位，这几位就决定了多机通信的核心。至于波特率的设置问题，只要发送与接收的双方一致即可。图1-7是一个典型的多机串行通信的连接示意图。

多机通信与一对一通信的最大的差异就是，前者需要多传输一个地址码。一对一通信时，主机发送数据后从机接收，而从机发送数据时就换成为主机接收，无须地址码。但是当一个主机与多个从机通信时，主机发出的信息如何正确地传输到某个从机呢？必须有地址码吗？针对这个问题，在多机系统中，每一个从机都有其特定的编号（也有人称为地址或者 ID）。在传输数据前，各个从机都处于待机接收的状态。当主机指定到某个特定的从机时，该从机才开始接收或发送数据，而这项指定特定地址从机的操作，实际上就是送出地址码。每个从机的串口都会收到主机发出的地址码，然后程序会先判断一下是否与自己的地址相同，若相同则开始启动执行程序。接下来我们用一步一步说明的方式，详细介绍单片机多机通信程序。

在多机通信中我们一直提到地址码，那么在串行通信时，我们如何去辨别地址（Address）和数据（Data）呢？这正是MCS-51串行模式2和模式3的魅力所在。当MCS-51工作在以上两个模式时，除了数据占8位，传输时多了一个TB8位，接收时则多了一个RB8位。在多机通信时，当TB8=1代表正传输一个地址码，该地址码有8位宽，所以理论上讲，在同一个系统中可以连接2⁸=256个从机。TB=0代表正在传输一个数据值，在此串行传输线上，每次串行数据共有11个位，但其中以第10个位的状态来区分地址或数据，接收端可以依此格式立刻判断出其中的差异来。

在从机中，通常以串行中断的方式来对待进来的数据，若把 SCON 寄存器的 SM2 位设置成为1时，即允许MCS-51的串行接口进行多从机的地址判断，在这个模式下，从机只在接收地址值（其RB8=1）时才产生中断请求。

在串行中断的服务程序上，只要由SBUF内读回地址值，就做一个判断是否被调用。若为YES时则跳去执行程序设置的操作，若为NO时则不做任何操作，随即结束此中断服务程序并返回主程序，特定的从机先设置成SM2，然后开始发送或者接收数据，而其他的从机并未启动传输，所以在此瞬间仍然是一对一的通信，当主机在最初的发送地址阶段却是一对多的通信。

单片机的串口是TTL电平的，也就是0～5 V，传输距离最远只有5 m。如果想要远距离传输，还应将TTL电平转换为RS-485电平。MCS-51的多机通信协议未必适合于其他种类的单片机，甚至未必适合于计算机的串口，所以统一 RS-485 多机通信的协议就显得非常有必要。在众多的串口多机通信协议中，最出类拔萃的就是Modbus，且看下一章分解。