第8章串行通信ppt课件.ppt

在此输入您的封面副标题第8章串行通信29.1 串行通信基本概念 9.1.1 并行通信和串行通信通信种类：通信种类：串行通信串行通信：数据各位一位一位传输。传输距离较远；并行通信并行通信：数据字符所有位同时传输。速度快、效率高，距离短。MCS-51串行口通信图解3传输方向：传输方向：单工方式半双工方式全双工方式所有串行接口电路串行接口电路都是以并行并行数据形式和CPU接口；以串行串行数据形式和外部通信接口。9.1.2 串行通信的数据传送方向串行通信的数据传送方向4串行通信有同步同步和异步异步两种方式同步方式同步方式：有严格的同步时钟控制。较少使用。异步方式异步方式：不需要严格的同步信号，也不需要数据流的连续性。在串行通信中常用。数据帧数据帧（一帧数据）：包含起始位（“0”电平）、数据位、奇偶校验位、停止位（“1”电平）等组成。9.1.3 串行通信的工作方式串行通信的工作方式5异步通信中接收和发送双方必须（至少）有两项设定：（1）帧格式确定帧格式确定（帧字符长度）如ASCII帧帧（字符）为10位。数据位7位，起始位、校验位、停止位各一位。（2）波特率的设定波特率的设定波特率：每秒传输的位。如120字符（帧）/秒，每帧数据10位，则传输速率为1200波特率。9.1.4 串行通信的波特率串行通信的波特率 6通用异步接收发送器通用异步接收发送器UART接收器接收器串行输入串行输入并行输出并行输出时时钟钟复位复位发送器发送器并行输入并行输入串行输出串行输出时时钟钟控制部件控制部件控制信号控制信号控制信息控制信息状态信息状态信息基基本本组组成成框框图图UART71）数据的串化、反串化数据串化数据串化：将并行数据变为串行数据；（发送器）数据反串化数据反串化：将串行数据变为并行数据；（接收器）UART主要功能主要功能2）格式信息的插入和滤除格式信息格式信息：异步通信格式中，启始位、奇偶校验位、停止位等。串化过程串化过程：将格式信息插入插入，和数据位一起构成完整数据帧。反串化过程反串化过程：滤除滤除格式信息，保留数据位。3）错误检验检验数据通信过程是否正确。8MCS-51单片机的串行口 MCS-51单片机将一个全双工串行通信接口电路全双工串行通信接口电路集成在单片机内。直观的感觉直观的感觉向SBUF中写入一个字节是同时写入（并行），向外发送则是一位一位地进行（串行）。同样由外界向SBUF接收是一位一位进行（串行），而CPU是以字节形式（并行）从SBUF中读入。99.2.1 串行口的结构发发送送缓缓冲冲器器接接收收缓缓冲冲器器输输入入移移位位寄寄存存器器串串行行输输入入RxD串串行行输输出出TxD移移位位时时钟钟内内部部总总线线接接收收中中断断RI发发送送中中断断TI10串行接收的双缓冲结构串行接收的双缓冲结构移位寄存器数据缓冲器SBUF一帧数据接收完，由移位寄存器装入SBUF，立即接收下一帧。要求主机应立即（在该帧接收结束之前）将SBUF中数据取走。否则前一帧数据将丢失。发送由CPU操纵，不会发生帧重叠错误。将数据写入SBUF，通过移位脉冲一位一位地发送出去。119.2.2 串行通信所用的专用寄存器与串行通信有关的寄存器共有三个三个。1）串行控制寄存器）串行控制寄存器SCON位地址位地址位位符符号号F9E9D9C9B9A999981SM0SM2SMREN8TB8RBTIRI字节地址：字节地址：98H12各位功能说明：1）SM0、SM1串行口工作方式选择位11100100SMSM103210工作方式工作方式方式方式位位方式方式位位方式方式位位移位寄存器方式移位寄存器方式功能说明功能说明UART11UART11UART10可变可变或或可变可变波特率波特率fosc32/164/1fosc12/1132）SM2多机通信控制位当串行口在方式2或方式3下进行数据接收时，如果SM2=1（允许多机通信），REN=1，则从机处于只有接收到RB8=1（地址帧）时，激发中断请求标志位RI，否则将接收到的前8位数据丢弃。被确认的从机，复位SM2=0，接收RB8=0的数据帧。RB8=1：地址帧：地址帧RB8=0：数据帧：数据帧SM2=1：多机通信方式：多机通信方式SM2=0：直通方式：直通方式143）REN允许接收位控制串行数据的接收。REN=0：禁止接收；REN=1：允许接收通过软件置位、复位4）TB8在方式2、方式3下，要发送的第9位数据（格式信息），在多机通信中，通过TB8状态，来表示主机发送的是地址帧（1）还是数据帧（0）。通过软件置位、复位。155）RB8接收数据的第9位。在方式2、方式3时，存放接收到的第9位数据，代表接收数据的某些特征某些特征。6）TI发送中断标志方式0时，发送第发送第8位数据后位数据后，硬件置位；其他方式下，于发送停止位之前发送停止位之前硬件置位。TI=1，表示帧发送结束。其状态可软件查询，也可申请中断。软件清零软件清零。167）RI接收中断标志方式0时，接收完第接收完第8位数据后位数据后，硬件置位；其他方式下，接收到停止位时接收到停止位时，硬件置位。RI=1，表示帧接收结束。其状态可软件查询，也可申请中断。软件清零软件清零。172) 电源控制寄存器电源控制寄存器PCON（波特率倍增控制寄存器）（波特率倍增控制寄存器）位序位序位位符符号号76543210/SMOD/1GF0GFPDIDL字节地址：字节地址：87HSMOD=1，串行口波特率加倍；SMOD=0，波特率正常。系统复位时，SMOD=0。PCON不可以进行位寻址。18位位地地址址位位符符号号AFAEADACABAA9A8A/EA/ES1ET1EX0ET0EX中断允许控制寄存器（中断允许控制寄存器（IE）字节地址字节地址A8HES：串行口中断允许位ES=0：禁止串行口中断；ES=1：允许串行口中断。199.2.3 MCS-51串行口的工作方式 4种工作方式种工作方式11100100SM,SM103210方式方式方式方式方式方式方式方式工作方式工作方式UART11UART11UART108位位位位位位位位同同步步移移位位寄寄存存器器功功能能可变可变或或可变可变波特率波特率64/fosc32/fosc12/fosc20串行工作方式0移位寄存器方式移位寄存器方式RXD（P3.0）：数据移位的入口和出口；TXD（P3.1）：移位脉冲输入端移位数据：一帧8位。低位在前，高位在后，没有起始位没有起始位、停止位停止位0D1D2D3D4D5D6D7D21数据发送数据发送：实现数据发送，须有串进并出串进并出移位寄存器配合使用。使用方式0，进行数据移位输入、输出时，是将串行口作为并行口使用是将串行口作为并行口使用是一种并行口扩展应用是一种并行口扩展应用RxDTxD0 . 1PDATACLKSTB并并行行输输出出4094CD22数据接收：数据接收：须有串进并出串进并出移位寄存器配合使用RxDTxD0 . 1PDATACLKS/P并并行行输输入入4014CD数据发送数据发送：当8位数据全部移出后，TI被自动置位数据接收数据接收：当REN=1（允许接收），接收到8位数据时，RI被自动置位。23方式0时，移位操作的波特率固定固定，为单片机晶振频率1/12。晶振fosc=6MHz，波特率为500K/秒，2s移位一次；晶振fosc=12MHz，波特率为1M/秒，1s移位一次；24应用举例：（P180）使用CD4094的并行输出端接8只发光二极管，将二极管从左至右依次点亮，并反复循环。RxDTxD0 . 1PDATACLKSTB4094CD 发光二极管共阴极连接发光二极管共阴极连接805125程序清单： MOV SCON，#00；方式0 CLS ES；禁止串行中断 MOV A，#80H；发光管左边亮起DELR： CLR P1.0；关闭并行输出 MOV SBUF，A；串行输出 JNB TI，$；状态查询 SETB P1.0；启动并行输出 ACALL DELAY；状态维持 CLR TI；清标志 RR A；发光管右移 AJMP DELR；继续26串行工作方式1数据帧10位，起始位1位（低）、停止位1位（高）、数据位8位。0D1D2D3D4D5D6D7D起始起始停止停止数据发送数据发送：写SBUF开始，通过串行口自动加入起始位、停止位（格式信息），形成完整帧格式。在移位脉冲作用下，由TXD端串行输出。一个字符帧发送完后，TXD端维持“1”状态，TI置1。通知CPU。27数据接收数据接收：REN=1，串行口采样RXD端，当采样到由1到0跳变时，认定接收到起始位。在移位脉冲作用下，把接收到的数据位移入接收寄存器中，直至将停止位移入RB8中，置位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的字符。28串行工作方式2、3发送时发送时第9位数据由SCON中TB8位提供，软件设置。SETB TB8CLR TB8接收时接收时第9位数据装入SCON中RB8位，系统自动装入。9位UART方式字符帧11位：起始位（低）1位、数据位8位、可程控第9位数据、停止位（高）1位。29波特率设定波特率设定方式方式0：波特率固定方式方式1：波特率可变；方式方式2：波特率为方式方式3：波特率可变fosc121fosc321641或或)fosc642(mods30对于可变波特率（方式1、3），其计算公式：溢出率）溢出率）（定时器（定时器波特率波特率1322mods Smod为PCON寄存器最高位值定时器溢出率定时器溢出率：单位时间定时器溢出的次数；：单位时间定时器溢出的次数；溢出率为溢出周期溢出周期的倒数。溢出周期溢出周期：定时器溢出一次所需要的时间。31当定时器1作为波特率发生器时，通常选用定时工作方式2（8位自动加载）。设X为计数初值，则：）（溢溢出出周周期期（定定时时时时间间）X256fosc12 )X256(12fosc322mods 波波特特率率32通常，是知道波特率，求计数初值X波特率波特率 3842fosc256Xmods实际使用时，首先确定波特率；再计算定时器1的计数初值；然后进行定时器的初始化。SMOD值可以通过MOV PCON，#00H或MOV PCON，#80H设定33例题：假设晶振6M，波特率1200，计算定时器1计数初值。串行口工作方式1，写出相应的初始化程序。Smod=0，波特率不倍增。T1工作方式2（8位寄存器自动加载）H3F2431325612003841106256X6 349.2.3 MCS-51串行口的波特率串行口的波特率1、方式、方式0和方式和方式2 在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变。2、方式、方式1和方式和方式3在方式1和方式3中，波特率由定时器1的溢出率和SMOD共同决定。即：方式1和方式3的波特率=2SMOD*定时器1溢出率/32359.3 MCS-51单片机串行通信的应用 9.3.1 串行通信的标准串行通信的标准1、TTL 电平双机通信接口电平双机通信接口2、RS-232C通信接口通信接口 3、RS-485通信接口通信接口369.3.2 【实训二十二】串行口的双机通信应用 一、实训目的一、实训目的1熟悉熟悉51单片机串行通信的工作原理。单片机串行通信的工作原理。2熟悉熟悉51单片机串行通信的程序设计方法。单片机串行通信的程序设计方法。二、实训预备知识二、实训预备知识51单片机具有一个全双工的串行通信口，可以实现单片机与单片机具有一个全双工的串行通信口，可以实现单片机与单片机之间点对点串行通信、主从通信以及上、下位机互相单片机之间点对点串行通信、主从通信以及上、下位机互相通信等。通信等。379.3.3 【实训二十三】主从式多机通信 一、实训目的1熟悉51单片机多机通信的工作原理。2掌握51单片机多机通信中的从机寻址方法。8051TxDRxD8051TxDRxD8051TxDRxD主机主机1从机从机2从机从机主从式多机通信主从式多机通信387-4-1 MCS-51MCS-51单片机多机通信机制数据的传递数据的传递 主机发送信息，可以传送到各个从机或指定从机，各从机发送的信息只能被主机接收。多机通信：多机通信：主机发送：主机发送：地址帧，数据帧通过第9位数据确定。TB8=1，地址帧TB8=0，数据帧39从机接收从机接收串行口工作在方式2，方式3下；多机通信标志多机通信标志SM2（SCON.5）=1检查接收到的第9位RB8（SCON2），当：RB8=1：地址帧，将数据装入SBUF，置位RI，发出接收中断请求；RB8=0：数据帧，在SM2=1，RB8=0时，接收数据丢弃SM2=0：直通方式：直通方式，不论RB8是0还是1，都将接收到的数据送SBUF，并发出中断请求。40对于所有从机所有从机，由于SM2=1，RB8=1，各自发出中断请求。判断主机发送地址是否与本机相符，若相符，则将从机SM2清0（变成直通方式），准备接收其后传送来的数据。地址相符，地址相符，SM2清清0多机通信：关键是地址帧的识别多机通信：关键是地址帧的识别41多机通信过程多机通信过程1）全部从机串行口工作方式初始化为2或3，置位SM2，允许中断；2）主机置位TB8，发送要寻址的从机地址；3）所有从机均接收主机发送的地址，进入中断进行地址比较；4）确认寻址从机，自身SM2清0，向主机返回地址供主机核对；5）核对无误，主机向被寻址从机发送命令，通知从机进行一对一数据通信42RS232串行通信总线标准美国电子工业协会公布的串行通信总线标准（美国电子工业协会公布的串行通信总线标准（EIA）RS232（电压型总线标准）电平逻辑：负逻辑带负载时：逻辑1：-5V-12V； 逻辑0：+5V+12V不带负载：输出电平，-25V+25V 输入电压，-25V+25V43RS232串行信息格式串行信息格式0D1D3D2D4D5D6D7DV121 V120 位位始始起起位位验验校校25 . 11，停止位停止位MCS-51串行通信采用串行通信采用TTL正逻辑正逻辑逻辑逻辑1：2.4V逻辑逻辑0：0.4V44MCS-51的串行口和的串行口和RS-232接口时必须进行接口时必须进行电平转换电平转换电平转换常用芯片：电平转换常用芯片：传输驱动器：传输驱动器：MC1488传输接收器：传输接收器：MC1489MC1488：供电电压：12V，输入TTL电平，输出RS-232电平MC1489：供电电压：+5V，输入RS-232电平，输出TTL 电平45RS232接口常用信号：接口常用信号：数据准备好（输入）数据准备好（输入）（输入）（输入）消除发送消除发送（输出）（输出）请求发送请求发送接收数据接收数据发送数据发送数据保护地保护地信号地信号地CTSRTS6543217信号线信号线引脚引脚46RS232总线连接短距离通信：总线连接短距离通信：15米以内米以内RXDTXDRXDTXD数据终端就绪数据终端就绪数据设备就绪数据设备就绪信信号号地地终端）终端）机机算算计计(终端）终端）机机算算计计(47RS-232总线连接长距离通信总线连接长距离通信MODEMMODEM电话线电话线（终端）（终端）机机算算计计（终端）（终端）机机算算计计48MCS-51与与RS-232串行通信硬件接口串行通信硬件接口最简单最简单RS-232连接连接732732（终端）（终端）机机算算计计（终端）（终端）机机算算计计49TXDRXDV12 V12 V5 141477131456串串行行输输入入串行输出串行输出1488MC1489MC8031硬件接口硬件接口