单片机技术应用 教案6-3单片机的串口通信.docx
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1、单片机应用技术电子教案授课对象二年级第一学期的机电类专业 学生授课日期第21次课教材单片机应用技术出版社机械工业出版 社授课课题单片机的串口通信课时安排2课时教学目标1 .知识:了解并学习单片机的RS232串行通信,熟悉串口工作方式3的应用技巧。2 .技能:学会用编程软件编写程序,绘图软件绘制原理图并调试成功。3 .情感:培养学生分析问题、解决问题的能力,培养学生查询资料的能力和团结协作的意识。教学重点单片机RS232串行通信控制数码管循环显示数字。9教学难点单片机的RS232串行通信工作过程和工作方式使用。课型新授课教学方法工程教学法教学场景机房教学用具多媒体设备、电脑教学过程教学环节教学步
2、骤与内容教学 组织 形式(全 体讲 授、 分组 讲授 等)教 学时 间导入新课单片机是如何实现人机交互的呢,这节课我们就一起来学习单片机的RS232串口通信。全体 讲授103.方式2和方式3(1)特点8位异步串行通信UART接口。具有多机通信功能,两 种方式除了波特率设置不同外,其余功能完全相同。帧结 构为11位,包括起始位0, 8位数据位,1位可编程位 TB8/RB8, 1位停止位。(2)发送操作发送操作前,用指令定义TB8 (如作为奇偶校验位或 地址/数据标志位),由指令MOV SBUF, A将A中的数据 送入SBUF后启动发送操作;在发送操作中,已定义的TB8 位能自动加入待发送的8位数
3、据之后构成第9位,这样组 成的一帧完整数据自动从TXD端异步发送;发送完成后, T1自动置1,请求中断。要继续发送时,TI必须由指令清 0 (CLR TI) o在多机通信的发送操作中,用TB8作地址/数据标志 位。TB8=1,地址帧;TB8=0,数据帧。(3)接收操作在RI=0的前提下,用指令置REN=1,启动一帧数据的 接收,将接收数据的第9位送入RB8。该数据能否接收, 要由SM2和RB8的状态决定:SM2=0时,串行口不看RB8状态,无条件接收。SM2=1是多机通信方式,接收到的RB8是地址/数据标志位: 假设RB8=1,接收的信息是地址,此时RI自动置1,串行 口接收发送来的数据。假设
4、RB8=0,接收的信息是数据。对于SM2=1的从机, RI不置1,此数据丧失;对于SM2=0的从机,SBUF自动接 收发来的数据。4.波特率的设置在串行通信中,收发双方的数据传送率(波特率)要 有一定的约定,在MCS-51串行口的四种工作方式中,方 式0和方式2的波特率是固定的,而方式1和方式3的波 特率是可变的,由定时器门的溢出率与SMOD值来决定。(1)方式0方式0的波特率固定为晶振外冥的1/12,即波特率二 fosc/12 O(2)方式2方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD决定,可由 下式表示:(SMOD) =1 时,波特率=fosc/32; (SMOD) =0 时, 波特率二W6
5、4O(3)方式1和方式3当串行口工作于方式1,波特率是可变的,由SMOD和 定时器T1溢出率确定由下式计算,允许用户所取的波特 率范围比拟大。方式1的波特率二(2SM0732) XT1溢出率用定时器门作波特率发生器时,通常选用定时器工 作方式2 (8位自动重装定时初值),但要禁止T1中断 (ET1=O),以免T1溢出时产生不必要的中断。先设T1的 初值为X,那么每过28-x个机那周期,T1就会产生一次 溢出。溢出周期为:12X(28-X) / fo而T1的溢出率为溢 出周期之倒数,所以波特率的计算如式(7-2-2)所示。波特率二(2sxm732) * (f/12) X 1/(2smod-X)
6、(7-2-2)从而得到T1工作在方式2时的初值如式(7-2-3)所示。X=2- ( X f ) / ( 384 X 波特率)(7-2-3)如果串行通信选用很低的波特率,可将定时器置于方 式0(13位定时方式)或方式1(16位定时方式)。在这种情 况下,T1溢出时需要由中断服务程序来重装初值,那么 应该允许T1中断(ET1),但中断响应和中断处理的时间将 会对波特率精度带来一些误差。常用的波特率如表6-7 所示。表6-7常用波特率波 特 率f(MIIz)SM0D定时器T1C/ T方 式重装初 值12方式0最大12IxlO6 方式2最大12 11.059X1XVXVXV375x103 方式1、32
7、11.059111A 00 00 00 00 0A222222222AFFH FDH FDH FAH F4HE8H 1DH 72H FEEBH62500 19200 96004800 24001200137. 5 110211.059211.059211.059211.98210000000110612三、RS-232接口电路RS-232c是EIA在1969年推出的。全名是“数据终端设备 DTE (如计算机和各种终端机)和数据通讯设备DCE (如调制解 调器MODEM)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。它适 合于数据传输速率在020 000bps范围内的通信。RS-232是一种串行接口标准
8、,RS-232接口就是符合RS-232 标准的接口,也称RS-232 口、串口、异步或COM (通信)口。 串口的电气特性:1)、RS-232串口通信最远距离是50英尺; 2)、RS232可做到双向传输,全双工通讯,最高传输速率20kbps; 3)、RS-232c上传送的数字量采用负逻辑,且与地对称。逻辑1: -3-15V ,逻辑0: +3+15V。而单片机的工作电压低 电平为0V ,高电平为+5V,因此,为保证通信双方电平匹配, 需要在单片机串口与RS-232接口之间加电平转换器。电平转换 器常用的集成电平转换芯片MAX232可以实现RS-232C / TTL电 平的双向转换。MAX232是
9、的一款兼容RS-232标准的芯片。该 器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路,提 供TIA/E1A-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232T;标准,每 一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平, 每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TTA/ETA-232-F电平。其 芯片引脚和原理图如图6-4所示。MAX232TTL/CMOS 输入C 倍压锯C2+10 -10VC2-电压反相器_15图6-4 MAX232芯片引脚和原理图它只使用单一的+ 5V电源供电,配接4个1 “F电解电容 即可完成RS-232电平与TTL电平之间的转换。将89C5
10、1芯片的 RXD(P3.0)引脚与MAX232的信号输入端T2in (10脚)连接, TXD(P3. 1)引脚与MAX232的信号输出端T2out (7脚)连接;将 MAX232的信号输出端T2out(7脚)与RS-232接口的2号脚(RXD) 连接,MAX232的信号输入端T2in (10脚)与RS-232接口的3 脚(TXD)连接;同时将RS-232接口的脚脚(GND)接地即可。RS232接口有两种结构:一种是9针,-种是25针。实际 上DB25中有许多引脚很少使用,在计算机与终端通讯中一般只图6-4 MAX232芯片引脚和原理图它只使用单一的+ 5V电源供电,配接4个1 “F电解电容 即
11、可完成RS-232电平与TTL电平之间的转换。将89C51芯片的 RXD(P3.0)引脚与MAX232的信号输入端T2in (10脚)连接, TXD(P3. 1)引脚与MAX232的信号输出端T2out (7脚)连接;将 MAX232的信号输出端T2out(7脚)与RS-232接口的2号脚(RXD) 连接,MAX232的信号输入端T2in (10脚)与RS-232接口的3 脚(TXD)连接;同时将RS-232接口的脚脚(GND)接地即可。RS232接口有两种结构:一种是9针,-种是25针。实际 上DB25中有许多引脚很少使用,在计算机与终端通讯中一般只使用3-9条引线。最常用的9条引线的信号内
12、容见表6-8所示。 两个串口连接时,接收数据针脚与发送数据针脚相连,彼此交 叉,信号地对应相接即可。传输线采用屏蔽双绞线。如图6-5所 不ORXD红色线 蓝色线RXDTXD蓝色扇 X红色线Tx6GNB屏蔽线 屏蔽线图6-5 9针传输线连接示意图表6-8 DB9和DB25的常用信号1却说明DB9 引 脚DB25 引脚信号名 称符号流向功能32发送数 据TXDDTE-DCEDTE发送串 行数据23接收数 据RXDDTE-DCEDTE接收串 行数据74请求发 送RTSDTE-DCEDTE请求 DCE将线路 切换到发送 方式85允许发 送CTSDTE一DCEDCE告诉 DTE线路已 接通可以发 送数据
13、66数据设 备准备 好DSRDTE一DCEDCE准备好57信号地SGND信号公共地18载波检 测DCDDTE一DCE表不DCE接 收到远程载 波420终备 据准 数端好DTRDTE-DCEDTE准备好922振铃指 示RIDTE一DCE表示DCE与 线路接通, 出现振铃数据格式为HOlOlOlOOBo1. RS-232串口通信参数(1)波特率:RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒 50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600. 19200 波特。(2)数据位:标准的值是5、7和8位,如何设置取决于 你想传送的信息。比方,标准的ASCII码是。127
14、(7位); 扩展的ASCH码是0-255 (8位)。(3)停止位:用于表示单个包的最后一位,典型的值为 1, 1.5和2位。由于数是在传输线上定时的,并且每一个设备 有其自己的时钟,很可能在通信中两台设备间出现了小小的不 同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束,并且提供计算机 校正时钟同步的机会。(4)奇偶校验位:在串口通信中一种简单的检错方式。 对于偶和奇校验的情况,串口会设置校验位(数据位后面的一 位),用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例 如,如果数据是011,那么对于偶校验,校验位为0,保证逻辑 高的位数是偶数个。如果是奇校验,校验位位1,这样就有3 个逻辑高位。2. RS
15、-232串口通信的传输格式串行通信中,线路空闲时,线路的TTL电平总是高,经反 向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平, 结束时Rs232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传 输。示波器读数时,左边是数据的高位。例如,对于16进制数 据55aaH,当采用8位数据位、1位停止位传输时,它在信号线 上的波形如图6-6 TTL电平和RS-232电平所示。 55H=01010101B,取反后OOOIOB,加入一个起始位1, 一个 停止位 0, 55H 的数据格式为 1010101010B; aaH=10101010B, 取反后01010101B,加入一个起始位1, 一个停
16、止位0, 55H的图6-6 TTL电平和RS-232电平3. RS-232串口通信的接收过程异步通信:接收器和发送器有各自的时钟;同步通信:发 送器和接收器由同一个时钟源控制。RS232是异步通信。(1)开始通信时,信号线为空闲(逻辑1),当检测到由 1到0的跳变时,开始对“接收时钟”计数。(2)当计到8个时钟时,对输入信号进行检测,假设仍为 低电平,那么确认这是“起始位”,而不是干扰信号。(3)接收端检测到起始位后,隔16个接收时钟,对输入 信号检测一次,把对应的值作为DO位数据。假设为逻辑1,作为 数据位1;假设为逻辑0,作为数据位0。(4)再隔16个接收时钟,对输入信号检测一次,把对应
17、的值作为D1位数据。直到全部数据位都输入。(5)检测校验位P (如果有的话)。(6)接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路 希望收到停止位S(逻辑1),假设此时未收到逻辑1,说明出现了 错误,在状态寄存器中置“帧错误”标志。假设没有错误,对全 部数据位进行奇偶校验,无校验错时,把数据位从移位寄存器 中送数据输入寄存器。假设校验错,在状态寄存器中置奇偶错标教学后记志。(7)本帧信息全部接收完,把线路上出现的高电平作为 空闲位。(8)当信号再次变为低时,开始进入下一帧的检测。单片机常用IL 0592M的的晶振,波特率为9600BPS每位位 宽 tl=l/9600s,晶振周期 t2=l/lL
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