单片机原理及应用(胡乾斌)第九章.ppt
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1、第九章第九章 MCS51串行口串行口9.1 9.1 概概概概 述述述述9.2 MCS-519.2 MCS-51的串行接口的串行接口的串行接口的串行接口9.1 概概概概 述述述述9.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念一、并行通信和串行通信一、并行通信和串行通信 并行通信并行通信:定义:数据各位同时传送。特点:速度快、效率高、数据线较多,通信距离较短(30m)。串行通信串行通信:定义:数据按位顺序传送。特点:线路简单,最多一对传输线。传送时数据格式有要求(同步通信和异步通信)信息逻辑定义与TTL电平不兼容,需要进行电平转换。并行通信与串行通信并行通信与串行通信 并行通信:将数据的各位并行
2、通信:将数据的各位用多条数据线同时进行传用多条数据线同时进行传送,外加地址线和通信控送,外加地址线和通信控制线。制线。串行通信:将数据分成串行通信:将数据分成1位位1位的形位的形式在一条传输线上逐个地传送。式在一条传输线上逐个地传送。特点:并行通信并行通信常用于集成电路芯片的内部、同一插件板上各常用于集成电路芯片的内部、同一插件板上各部件之间、同一机箱内各插件板之间的信息交互部件之间、同一机箱内各插件板之间的信息交互串行通信串行通信常用于设备之间的信息交互常用于设备之间的信息交互 串行通信串行通信1)交互数据信息和控制信息)交互数据信息和控制信息 2)有严格的格式(同步和异步)有严格的格式(同
3、步和异步)3)电平需要转换电平需要转换二、异步通信和同步通信二、异步通信和同步通信 1.异步通信:若接收端与发送端使用的不是同一时钟信号(但必须同频率),则为异步通信。以字符为单位,一个字符一个字符地传送,每个字符有起始位和停止位作为标志。数据的传送可以是不连续的。通用异步接收/发送器UART(Universal asynchronous Receiver/transmitter)数据格式:1)起始位:一个字符开始的标志,是一位低电平。2)停止位:一个字符结束的标志,是一位或两位高电平。3)数据位:起始位之后紧接着的是数据位,低位在前高位在 后根据字符的编码方式不同,数据位可以是5、6、7或8
4、位。4)奇偶效验位:用于检查字符传送的正确性,占一位。分为 奇校验、偶校验和无校验三种。(一个字符就是一帧)D0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位奇偶校奇偶校验位验位发送时,在奇偶校验位上添加“1”或“0”,使得“1”的总和(包括奇偶校验位)为偶数(奇校验时为奇数),接受时,对字符位和奇偶校验位中“1”的个数加以检验,若“1”的个数为偶数(奇校验时为奇数),则数据传输正确,否则错误。偶校验:数据区和校验位中1的个数为偶数;奇校验:数据区和校验位中1的个数为奇数。接收设备不断检测传送线,确定是否有起始位到来。在一系列的“1”(停止位和空闲位)之后检测到一个下降沿,并确定该低电平
5、有一位数据的宽度,既确认是一个起始位。起始位之后,可以确定是数据位,效验位和停止位。将接收到的数据按事先约定好的格式,去掉停止位,进行奇偶校验并无错误,则确认接收到一个字符。下一个字符起始位的检测,重复前面的过程到所有数据传送完毕。D0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位奇偶校奇偶校验位验位2.校验和方法校验和方法特点:校验和方法效率更高,可靠性更高。特点:校验和方法效率更高,可靠性更高。2、同步通信、同步通信 同步通信是一种同步通信是一种数据连续传输数据连续传输的串行通信方式,通信时发的串行通信方式,通信时发送方把需要发送的送方把需要发送的多个字节数据和校验信息多个字节数据和
6、校验信息连接起来,组成数连接起来,组成数据块。据块。发送发送时,发送方只需在数据块前插入时,发送方只需在数据块前插入12个特殊的个特殊的同步字同步字符符,然后按特定速率逐位输出,然后按特定速率逐位输出(发送发送)数据块内的各位数据。数据块内的各位数据。接收方接收方在接收到特定的在接收到特定的同步字符同步字符后,也按后,也按相同速率相同速率接收数接收数据块内的各位数据。据块内的各位数据。2.同步通信同步通信 所有字符以帧的形式传送,一帧数据可以是任意位。每一帧有开始和结束标志“01111110”,接收端通过搜索开始和结束标志建立帧的同步。标志之间为地址场、控制场、信息场和帧校验场。为了避免与标志
7、相同的数据,采用“0”插入和删除技术,发端遇到连续5个“1”,自动插入1个“0”,收端遇到连续5个“1”,自动删除1个“0”,如果遇到连续7个“1”,认为出错。数据连续传送不间断。01111110ACIFC01111110开始标志地址场控制场信息场校验场结束标志8位 8位 8位 0位 16位 8位面向位同步协议的帧格式 在这种通信方式中,数据块内的各位数据之间没有间隔,传输效率高;发送、接收双方必须保持同步(使用同一时钟信号),且数据块长度越大,对同步要求就越高。同步通信设备复杂,成本高,一般只用在高速数字通信系统中。计算机系统中常用串行、并行接口计算机系统中常用串行、并行接口计算机系统中常用
8、串行、并行接口计算机系统中常用串行、并行接口并行:并行:并行:并行:EPPEPP:打印机:打印机:打印机:打印机IDEIDE:硬盘、电子盘:硬盘、电子盘:硬盘、电子盘:硬盘、电子盘IEEE488IEEE488(GPIBGPIB):智能化仪器):智能化仪器):智能化仪器):智能化仪器PCIPCI串行:q异步:nRS232-C 384Kbps(15 to 20m)nRS422、RS485 1.2Mbps(1200m)q同步:nUSB 1.1 12MbpsnUSB 2.0 480Mbpsn1394 400MbpsnSPI 26Mbps(Motorola)nMicrowire 10Mbps(Natio
9、nal Semiconductor,国家半导体公司)nI2C 400Kbps(Philips)nSPI:Serial peripheral interface四、串行通信数据传送方向四、串行通信数据传送方向单向传送:简称单工传送,数据只向一个方向传送半双向传送:简称半双工传送。特点:数据双向传送,一根传送线既作输入又作输出,但不能同时收发,由 软件控制传送方向。全双向传送:简称全双工传送。特点:数据双向传送,两根数据传送线,通信双方可同时进行接收和发送。三三 、串行接口功能串行接口功能1.发送器:并串数据格式转换,添加标识位和校验位,一 帧发送结束,设置结束标志,申请中断。2.接收器:串并数据
10、格式转换,检查错误,去掉标识位,保存有效数据,设置接收结束标志,申请中断。3.控制器:接收编程命令和控制参数,设置工作方式:同步/异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与 同步时钟比例等。发送器接收器发送器接收器五、波特率五、波特率波特率:数据传送速率,即每秒钟传送二进制代码的位数。单位:位/秒(bit/s)或波特。如果传送速率为200字符/秒,每个字符包含10个代码位,则传送的波特率是:200字符/秒10位/字符=2000波特=2000bps 每一位代码的传送时间Td为波特率的倒数:9.1.2 串行通信的接口标准串行通信的接口标准 最常用的通信接口:RS-232、RS-449、RS-422
11、、RS-423、RS-485等。一、一、RS-232C的接口信号的接口信号 见表RS232C 简介q信号线n25 芯,22 根信号线,常用9 根线n最简方式 3 根线nRXD:数据接收线nTXD:数据发送线nGND:地线q例如 PC 机上的串口COM1、COM2n电平制q采用负逻辑,对应电平如下:n1:5V 15Vn0:5V 15Vn常用驱动器q典型的线驱动器MC1488(反向驱动)12V 供电q典型的线接收器 MC1489(反向驱动)二、二、RS-232C的典型应用的典型应用四、四、RS-232C标准接口的电平转换标准接口的电平转换1.传输线驱动器MC1488 输入为TTL电平,输出为RS2
12、32电平。2.传输线接收器MC1489 输入为RS232电平,输出为TTL电平。异步串口硬件连接方式异步串口硬件连接方式单片机与单片机通信单片机与PC机通信四、四、RS-232C标准接口的电平转换标准接口的电平转换3、收发器、收发器MAX232可以实现TTL电平与RS-232C的双向转换(见P204)9.2.1 串行口控制寄存器串行口控制寄存器 一、1个全双工串行接口,可同时进行发送和接收。串行接口输入/输出引脚:TXD(P3.1)、RXD(P3.0)数据格式:按不同方式,一帧位数 8/10/11 发送/接收时,数据皆低位在前。一帧字符发送/接收结束,置位标志位(TI/RI)并申请SIO中断。
13、中断控制:中断允许位ES 中断入口:0023HD0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D8停止位停止位起始位起始位D79.2 MCS-519.2 MCS-51的串行接口的串行接口的串行接口的串行接口二、串行接口控制二、串行接口控制1.数据缓冲器数据缓冲器SBUF发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。(1)发送SBUF存放待发送的8位数据,写入SBUF将同时启动发送。发送指令:MOVSBUF,A(2)接收SBUF存放已接收成功的8位数据,供CPU读取。读取串行口接收数据指令:MOV A,SBUF2.串行口控制串行
14、口控制/状态寄存器状态寄存器SCON(98H)SM0 SM1 工作方式说 明波特率BR0 00同步移位寄存器方式fosc/120 1110位异步收发方式由T1的溢出率确定1 0211位异步收发方式fosc/32或fosc/641 1311位异步收发方式由T1的溢出率确定4种工作方式设定多机通讯控制接受控制,1-允许接受接收中断标志1接受完发送中断标志1发送完接收数据的第9位发送数据的第9位2.串行口控制串行口控制/状态寄存器状态寄存器SCON(98H)SM0,SM1:选择串行口4种工作方式。SM2:多机控制位,用于多机通讯。REN:允许接收控制位,REN=1,允许接收;REN=0,禁止接收。T
15、B8:发送数据的第9位,可作奇偶校验位和地址/数据标识位。方式方式2 2和和3 3时时,TB8TB8是要发送的第是要发送的第9 9位数据,可作为位数据,可作为奇偶校验位奇偶校验位使用,使用,或在多机或在多机通信中通信中可作为可作为地址帧地址帧或或数据帧数据帧的标志。的标志。=1=1为地址帧为地址帧,=0=0为数据帧为数据帧.RB8:接收数据的第9位或停止位。方式方式2 2和和3 3时时,RB8RB8存放接收到的第存放接收到的第9 9位数据位数据,作为奇偶校验位或地址帧作为奇偶校验位或地址帧/数据数据帧的标志位。在帧的标志位。在方式方式1 1,如果,如果SM2=0SM2=0,RB8RB8是接收到
16、的停止位。是接收到的停止位。在方式在方式0 0,不使用,不使用RB8RB8。TI:发送中断标志,发送一帧结束,TI=1,必须软件清零。方式方式0 0时,时,串行发送第串行发送第8 8位数据结束时由位数据结束时由硬件置硬件置“1”1”,其它其它工作方式工作方式,串行口发送停止位的开始时置,串行口发送停止位的开始时置“1”1”。TI=1TI=1,表,表示一帧数据发送结束,可供软件查询,也可申请中断。示一帧数据发送结束,可供软件查询,也可申请中断。CPUCPU响应中断后响应中断后,向向SBUFSBUF写入要发送的下一帧数据。写入要发送的下一帧数据。TITI必必须由软件清须由软件清0 0。RI:接收中
17、断标志,接收一帧结束,RI=1,必须软件清零。方式方式0 0时时,接收完第,接收完第8 8位数据时,位数据时,RIRI由由硬件置硬件置1 1。其它工作方其它工作方式式,串行接收到停止位时,该位置,串行接收到停止位时,该位置“1”1”。RI=1RI=1,表示一帧,表示一帧数据接收完毕,并申请中断数据接收完毕,并申请中断,CPU,CPU从接收从接收SBUFSBUF取走数据。取走数据。该位状态也可软件查询。该位状态也可软件查询。RIRI必须由软件清必须由软件清“0”0”。3、节电控制寄存器、节电控制寄存器PCONPCON,位地址87H。SMODSMOD=1SMOD=1,波特率,波特率加倍加倍,SMO
18、D=0SMOD=0,则,则不加倍。不加倍。GF0 GF1:通用标志位PD:掉电方式位:片内振荡停止,各种工作停止,内部RAM及特殊功能寄存器内容保持,只有硬件复位可结束掉电方式.IDL:冻结方式位:CPU时钟被封锁,状态完整保持,ALE PSEN无效,中断定时器串口工作,响应中断或硬件复位可结束冻结方式.PD,IDL同时为1时,取PD=1有效GF1GF0PDIDL SM0,SM1选择四种工作方式。一、方式0:同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。1.一帧8位,无起始位和停止位。2.RXD:数据输入/输出端。TXD:同步脉冲输出端,每个脉冲对应一个数据位。3.波特率BR=fosc/12 如
19、:fosc=12MHz,BR=1MHz,每位数据占1s。9.2.2 串行接口的工作方式串行接口的工作方式用于扩展单片机的并行I/O接口。串行口实现:并行串行的数据转换74LS165/74LS164实现:串行并行的数据转换。SCON中的TB8、RB8位没有用到,发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI,CPU响应中断。TI或RI须由用户软件清“0”,可用如下指令:CLR TI;TI位清“0”CLR RI;RI位清“0”方式0时,SM2位必须为0。D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 数据输入 RXD 9 TXD 移位脉冲 2 74LS165 8051 6 5 4 3 14 13 1
20、2 11 4.发送过程:写入SBUF,启动发送,一帧发送结束,TI=1。接收过程:REN=1且RI=0,启动接收,一帧接收完毕,RI=1。发发送送时时序序写入写入SBUFRXD输出输出TXDTID0D1D2D3D4D5D6D7写写REN=1RI=0RXD输入输入RI 接接收收时时序序(a)(b)方式0功能示意图(不要求)数据从RXD(P3.0)引脚串行输出,低位在先,高位在后;TXD(P3.1)引脚输出移位脉冲,其频率为fosc/12;发送完毕后,中断标志位TI为1。如要发送数据,如下所示:MOV SCON,#00H ;串行口方式0 MOV SBUF,A ;将数据送出 JNB TI,$;等待数
21、据发送完毕 移位寄存器方式举例移位寄存器方式举例二、二、方式方式1 8位数据异步通讯方式。1.一帧10位:8位数据位,1个起始位(0),1个停止位(1)。2.RXD:接收数据端。TXD:发送数据端。3.波特率:方式1的波特率由定时器(T1)的溢出率和SMOD的状态决定。用T1作为波特率发生器,BR=(2SMOD/32)T1溢出率。4.发送:写入SBUF,同时启动发送,一帧发送结束,TI=1。接收:REN=1,允许接收。接收完一帧,若RI=0且停止位为1(或SM2=0),将接收数据装入SBUF,停止位装入RB8(即RB8为1),并使RI=1;否则(若RB8为0,帧格式出错)丢弃接收数据,不置位R
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- 单片机 原理 应用 胡乾斌 第九
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