单片机原理及应用解析优秀PPT.ppt

1第八章第八章 MCS51串行通信串行通信8-1 串行通信基础串行通信基础8-1-1 串行通信串行通信通信种类：通信种类：串行通信：数据各位一位一位传输。传输距离较远；串行通信：数据各位一位一位传输。传输距离较远；并行通信：数据字符全部位同时传输。速度快、效率高，并行通信：数据字符全部位同时传输。速度快、效率高，距离短。距离短。2串行通信有同步同步和异步异步两种方式同步方式：有严格的同步时钟限制。较少运用。同步方式：有严格的同步时钟限制。较少运用。异步方式：不须要严格的同步信号，也不须要数据流的异步方式：不须要严格的同步信号，也不须要数据流的连续性。在串行通信中常用。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。3异步通信中接收和发送双方必需（至少）有两项设定：（1）帧格式确定（帧字符长度）如ASCII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：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。4传输方向：传输方向：单工方式半双工方式全双工方式全部串行接口电路都是以并行数据形式和CPU接口；以串行数据形式和外部通信接口。5通用异步接收发送器通用异步接收发送器UART61）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。78-2 MCS-51单片机串行通信单片机串行通信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。88-2-1 串行口寄存器结构串行口寄存器结构9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移位寄存器数据缓冲器数据缓冲器SBUF一帧数据接收完，由移位寄存器装入一帧数据接收完，由移位寄存器装入SBUF，马上接收，马上接收下一帧。要求主机应马上（在该帧接收结束之前）将下一帧。要求主机应马上（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。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。108-2-2 串行通信限制寄存器串行通信限制寄存器与串行通信有关的寄存器共有三个三个。1）串行限制寄存器）串行限制寄存器SCON字节地址：字节地址：98H11各位功能说明各位功能说明：1）SM0、SM1串行口工作方式选择位122）REN允许接收位限制串行数据的接收。REN=0：禁止接收；REN=1：允许接收通过软件置位、复位3）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。134）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。145）SM2多机通信限制位当串行口在方式2或方式3下进行数据接收时，假如SM2=1（允很多机通信），REN=1，则从机处于只有接收到RB8=1（地址帧）时，激发中断恳求标记位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157）RI接收中断标记方式0时，接收完第8位数据后，硬件置位；其他方式下，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。6）TI发送中断标记方式0时，发送第8位数据后，硬件置位；其他方式下，于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。162)电源限制寄存器电源限制寄存器PCON（波特率倍增限制寄存器）（波特率倍增限制寄存器）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不行以进行位寻址。17中断允许限制寄存器（中断允许限制寄存器（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。188-3 MCS-51串行通信工作方式串行通信工作方式4种工作方式种工作方式198-3-1 串行工作方式串行工作方式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20数据发送：实现数据发送，须有串进并出移位数据发送：实现数据发送，须有串进并出移位寄存器协作运用。寄存器协作运用。运用方式0，进行数据移位输入、输出时，是将串行口作为并行口运用是一种并行口扩展应用是一种并行口扩展应用21数据接收：须有并进串出移位寄存器协作运用数据接收：须有并进串出移位寄存器协作运用数据发送数据发送：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。22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；23应用举例：（P180）运用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。发光二极管共阴极连接发光二极管共阴极连接24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；清标记 RR A；发光管右移 AJMP DELR；接着258-3-2 串行工作方式串行工作方式1数据帧10位，起始位1位（低）、停止位1位（高）、数据位8位。数据发送：写数据发送：写SBUF起先，通过串行口自动加入起始起先，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、停止位（格式信息），形成完整帧格式。在移位脉冲作用下，由位脉冲作用下，由TXD端串行输出。一个字符帧发端串行输出。一个字符帧发送完后，送完后，TXD端维持端维持“1”状态，状态，TI置置1。通知。通知CPU。26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。278-3-3 串行工作方式串行工作方式2、3发送时第发送时第9位数据由位数据由SCON中中TB8位供应，软件设置。位供应，软件设置。SETB TB8CLR TB8接收时第接收时第9位数据装入位数据装入SCON中中RB8位，系统自动装入。位，系统自动装入。11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。28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29对于可变波特率（方式1、3），其计算公式：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：定时器溢出一次所须要的时间。溢出周期：定时器溢出一次所须要的时间。30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：31通常，是知道波特率，求计数初值X实际运用时，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32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）33初始化程序：初始化程序：MOVTMOD，#20H；设置T1工作方式2MOVTL1，#F3H；计数初值MOVTH1，#F3H；SETBEA；中断允许CLRES；禁止串行中断MOVPCON，#00H；波特率不倍增MOVSCON，#50H；串行方式1，REN=1SETBTR1；启动定时器1348-4 单片机多机通信单片机多机通信多机通信多机通信：一台主机和多台从机之间的通信。主从式多机通信主从式多机通信358-4-1 MCS-51MCS-51单片机多机通信机制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36从机接收从机接收串行口工作在方式串行口工作在方式2，方式，方式3下；下；多机通信标记多机通信标记SM2（SCON.5）=1检查接收到的第检查接收到的第9位位RB8（SCON2），当：），当：RB8=1：地址帧，将数据装入：地址帧，将数据装入SBUF，置位，置位RI，发，发出接收中断恳求；出接收中断恳求；RB8=0：数据帧，在：数据帧，在SM2=1，RB8=0时，接收数据时，接收数据丢弃丢弃SM2=0：直通方式，不论：直通方式，不论RB8是是0还是还是1，都将接，都将接收到的数据送收到的数据送SBUF，并发出中断恳求。，并发出中断恳求。37对于全部从机，由于SM2=1，RB8=1，各自发出中断恳求。推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38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）全部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吩咐，通知从机进行一对一数据通信398-4-2 RS232串行通信总线标准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+25V40RS232串行信息格式串行信息格式MCS-51串行通信接受串行通信接受TTL正逻辑正逻辑逻辑逻辑1：2.4V逻辑逻辑0：0.4V41MCS-51的串行口和的串行口和RS-232接口时必需进行电平转换接口时必需进行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42RS232接口常用信号：接口常用信号：43RS232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44RS-232总线连接长距离通信总线连接长距离通信45MCS-51与与RS-232串行通信硬件接口串行通信硬件接口最简洁最简洁RS-232连接连接46硬件接口硬件接口47课程设计课程设计某MCS-51单片机（8031）应用系统，实现如下功能：16路开关量输入；8路模拟量输入；8路开关量输出；1路D/A输出。系统扩展8k*8位EPROM（2764），8k*8位RAM（6264），扩展一个4*8非编码键盘，用6位LED显示器进行显示，通过RS-232串行通信总线和PC机相连。画出硬件原理图，给出画出硬件原理图，给出ROM和和RAM的地址范围以的地址范围以及各接口芯片的口地址。写出相应的初始化程序。及各接口芯片的口地址。写出相应的初始化程序。48单片机系统牢靠性技术单片机系统牢靠性技术1、接地技术、接地技术外壳接地：仪器外壳接地，和大地实实在在连接。接地电阻要尽可能小，也就是说：接地要完全、充分。工作接地：通常是零电位参考点。接地类型接地类型49接地系统接地系统在一个较大的单片机应用系统中，依据信号电压、电流的大小，以及电源的类别来设计接地系统。通常有三种状况：弱信号地（工作地）：系统中小信号部分，以及相应的直流电源；功率地：系统中继电器、电磁阀以及它们的驱动电路以及相应的驱动电源构成功率地；（功率大、易对弱信号产生干扰）机壳地（平安地）。50相互独立的接地系统伞状接地系统51不正确的接地系统522、屏蔽技术、屏蔽技术高频电源、沟通电源、强电设备产生的电火花都能产生电磁波，从而形成电磁干扰的噪声源。近距离，通过分布电容和电感耦合到弱信号回路中形成电磁干扰；远距离，以辐射形式构成干扰。如何隔离这些电磁波如何隔离这些电磁波53以金属板、金属网或金属盒构成的屏蔽体能有效地应付电磁波的干扰。屏蔽体以反射和吸取方式来减弱电磁波。但不能完全消退。屏蔽体依据：“一点接地”的原则接地。543、隔离技术、隔离技术物理隔离物理隔离应用系统中，对小信号电路的隔离。信号连线尽量远离高电平大功率导线。特殊是在同一设备内部，更要留意物理隔离。55光电隔离光电隔离割断两个电路的联系，使之相互独立，从而割断噪声从一个电路进入另一个电路的通路。光电隔离是通过光电偶合器件实现的。光电偶合器是将一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一起的器件。是通过光来进行“连接”。564、滤波技术、滤波技术直流电源回路中，负载的变更会引起电源噪声。利用电容、电感等储能元件可以有效抑制直流电源应负载变更而产生的噪声干扰。称之为滤波和去耦。575、反电势干扰抑制技术、反电势干扰抑制技术单片机系统中的继电器、电磁阀、电动机等大功率电感器件或设备，当电感回路电流被切断时，会形成很大的反电势反电势，也是一种电磁场干扰。58