单片机原理及应用(C语言版)7 串口通信.ppt
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1、单片机原理及应用单片机原理及应用(C语言版)语言版)第第1章章 MCS-51单片机串行口单片机串行口第第1章章 MCS-51单片机串行口单片机串行口 目目 录录1.1 串行通信基本知识串行通信基本知识1.2 串行口结构及控制串行口结构及控制1.3 串行口工作方式串行口工作方式1.4 串行口应用举例串行口应用举例1.5 单片机与单片机与PC机通信的接口电路机通信的接口电路本章要点本章要点 本章主要讲述本章主要讲述MCS-51单片机串行口的单片机串行口的结构、工作原理以及应用结构、工作原理以及应用。主要内容包括串行通信基本知识、主要内容包括串行通信基本知识、MCS-51单片机串行口结构、串行口工作
2、方式以及单片机串行口结构、串行口工作方式以及单片机与单片机与PC机通信的接口电路。机通信的接口电路。1.1 串行通信基本知识串行通信基本知识主要内容主要内容1.1.1 数据通信数据通信1.1.2 异步通信和同步通信异步通信和同步通信1.1.3 波特率波特率1.1.4 通信方向通信方向1.1.5 串行通信接口种类串行通信接口种类1.1.1 数据通信数据通信 计算机与外界的信息交换称为通信计算机与外界的信息交换称为通信。基本。基本的通信方法有并行通信和串行通信两种。的通信方法有并行通信和串行通信两种。1并行通信并行通信单位信息(通常指一个字节)的各位数据单位信息(通常指一个字节)的各位数据同时传送
3、同时传送的通信方法称为并行通信。的通信方法称为并行通信。2串行通信串行通信单位信息的各位数据被分时单位信息的各位数据被分时一位一位依次一位一位依次顺序传送顺序传送的通信方式称为串行通信。的通信方式称为串行通信。1.1.1 数据通信数据通信图图1-1 并行通信示意图并行通信示意图从图中可以看出从图中可以看出:并行通信连线多,速度快,适合并行通信连线多,速度快,适合近距离近距离通信;通信;串行通信连线少,速度慢,适合串行通信连线少,速度慢,适合远距离远距离通信。通信。图图1-1 并行通信示意图并行通信示意图图图1-2 串行通信示意图串行通信示意图1异步通信异步通信异步通信中,传送的数据可以是一个异
4、步通信中,传送的数据可以是一个字符字符代码或一个代码或一个字节字节数据,数据以数据,数据以帧帧的形式一帧一的形式一帧一帧传送。帧传送。1.1.2 异步通信和同步通信异步通信和同步通信图图1-3 异步通信的一帧数据格式异步通信的一帧数据格式2同步通信同步通信在同步通信中,每一数据块发送开始时,在同步通信中,每一数据块发送开始时,先发送先发送一个或两个同步字符一个或两个同步字符,使发送与接收,使发送与接收取得同步,然后再顺序发送数据。数据块的取得同步,然后再顺序发送数据。数据块的各个字符间各个字符间取消起始位和停止位取消起始位和停止位,所以通信,所以通信速度得以提高速度得以提高。1.1.2 异步通
5、信和同步通信异步通信和同步通信图图1-4 同步通信数据帧格式同步通信数据帧格式1.1.3 波特率波特率在串行通信中,对数据传送速度有一定在串行通信中,对数据传送速度有一定要求。要求。波特率表示每秒传送的位数波特率表示每秒传送的位数,单位为,单位为b/s(记作波特)。(记作波特)。例如:数据传送速率为每秒钟例如:数据传送速率为每秒钟10个字符,个字符,若每个字符的一帧为若每个字符的一帧为11位,则传送波持率为:位,则传送波持率为:11b/字符字符10字符字符/s110b/s异步通信的传送速率一般在异步通信的传送速率一般在5019 200b/s之间之间。1.1.4 通信方向通信方向单工方式:单工方
6、式:一对传输线只允许一对传输线只允许单方向单方向传送传送数据;数据;半双工方式:半双工方式:一对传输线允许向两个方向一对传输线允许向两个方向中的任一方向传送数据,但中的任一方向传送数据,但不能同时不能同时进行;进行;全双工方式:全双工方式:用两对传输线连接在发送器用两对传输线连接在发送器和接收器上,发送和接收和接收器上,发送和接收能同时能同时进行。进行。1.1.4 通信方向通信方向图图1-5 串行通信传输方式串行通信传输方式1.1.5 串行通信接口种类串行通信接口种类根据串行通信格式及约定(如同步方式、根据串行通信格式及约定(如同步方式、通信速率、数据块格式等)不同,形成了通信速率、数据块格式
7、等)不同,形成了许多串行通信接口标准,如常见的:许多串行通信接口标准,如常见的:UART(串行异步通信接口)、(串行异步通信接口)、USB(通用串行总线接口)、(通用串行总线接口)、I2C(集成电路间的串行总线)、(集成电路间的串行总线)、SPI(串行外设总线)、(串行外设总线)、485总线、总线、CAN总线接口等。总线接口等。1.2 串行口串行口结构及控制结构及控制主要内容主要内容1.2.1 MCS-51串行口结构串行口结构1.2.2 与串行口有关的特与串行口有关的特殊功能寄存器殊功能寄存器1.2.3 波特率设计波特率设计1.2.1 MCS-51串行口结构串行口结构图图1-6 串行口方式串行
8、口方式1、3内部结构示意简图内部结构示意简图1.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器与串行口有关的特殊功能寄存器1控制状态寄存器控制状态寄存器SCON用于定义串行通信口的工作方式和反映串用于定义串行通信口的工作方式和反映串行口状态,其字节地址为行口状态,其字节地址为98H,复位值为,复位值为0000 0000B,可位寻址可位寻址格式为:格式为:D1D6D5D4D3D2D1D0SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8TIRIlSM0和和SM1(SCON.1、SCON.6):串行):串行口工作方式选择位。口工作方式选择位。1.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器与串行口有关的特殊功能寄存器S
9、M0 SM1 工作方式工作方式功能说明功能说明波特率波特率00方式方式0同步移位寄存器同步移位寄存器fosc/1201方式方式18位数据位数据UART可变可变(T1溢出率溢出率/32或或/16)10方式方式29位数据位数据UARTfosc/64或或 fosc/3211方式方式39位数据位数据UART可变可变(T1溢出率溢出率/32或或/16)lSM2(SCON.5):多机通信控制位,在):多机通信控制位,在方式方式2或或3中使用。中使用。lREN(SCON.4):允许接收控制位,由):允许接收控制位,由软件置软件置1或清或清0。lTB8(SCON.3):发送数据的第):发送数据的第9位。位。l
10、RB8(SCON.2):接收数据的第):接收数据的第9位。位。lTI(SCON.1):发送中断标志。):发送中断标志。lRI(SCON.0):接收中断标志。):接收中断标志。1.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器与串行口有关的特殊功能寄存器关于关于TI和和RI:串行发送中断标志串行发送中断标志TI和接和接收中断收中断RI是同一个中断源,是同一个中断源,CPU事先不知道事先不知道是发送中断标志是发送中断标志TI还是接收中断标志还是接收中断标志RI产生产生的中断请求,所以,在全双工通信时,必须的中断请求,所以,在全双工通信时,必须由由软件来判别软件来判别。2电源控制寄存器电源控制寄存器PCON电
11、源控制寄存器电源控制寄存器PCON(地址为地址为81H)中中只有只有SMOD位与串行口工作有关位与串行口工作有关。D1D6D5D4D3D2D1D0SMOD-GF1GF0PDIDL1.2.2 与串行口有关的特殊功能寄存器与串行口有关的特殊功能寄存器SMOD(PCON.1):波特率倍增位。):波特率倍增位。串行口工作于方式串行口工作于方式1、方式、方式2和方式和方式3时,当时,当SMOD1时,串行口波特率加倍。复位值为时,串行口波特率加倍。复位值为0000 0000B。PCON寄存器寄存器不能进行位寻址不能进行位寻址。1.2.3 波特率设计波特率设计方式方式0和方式和方式2的波特率是的波特率是固定
12、的固定的,方式,方式1和方式和方式3的波特率是由定时器的波特率是由定时器T1的溢出率的溢出率来来决定的。在增强型单片机中,也可以使用决定的。在增强型单片机中,也可以使用T2作波特率发生器作波特率发生器。1方式方式0的波特率的波特率固定为振荡频率的固定为振荡频率的1/12。并不受。并不受PCON寄寄存器中存器中SMOD位的影响。位的影响。方式方式0的波特率的波特率=fosc/122方式方式2的波特率的波特率接收与发送的移位时钟由振荡频率接收与发送的移位时钟由振荡频率fosc的的第二节拍第二节拍P2时钟(时钟(fosc/2)给出,所以,方)给出,所以,方式式2波特率取决于波特率取决于PCON中中S
13、MOD位的值:当位的值:当SMOD=0时,波特率为时,波特率为fosc的的1/64;若;若SMOD=1,则波特率为,则波特率为fosc的的1/32。即。即方式方式2的波特率的波特率=2SMODfosc/641.2.3 波特率设计波特率设计3方式方式1和方式和方式3的波特率的波特率(1)T1作波特率发生器作波特率发生器在最典型应用中,定时器在最典型应用中,定时器T1选用定时器模选用定时器模式式2,此时,此时n=8,设定时器的初值为,设定时器的初值为X:于是,于是,X=256-方式方式1、3的波特率的波特率=(T1溢出速率)溢出速率)即波特率即波特率=/(2n-初值)初值)1.2.3 波特率设计波
14、特率设计(2)T2作波特率发生器作波特率发生器在增强型单片机中,还可以使用在增强型单片机中,还可以使用T2作为作为波特率发生器。当寄存器波特率发生器。当寄存器T2CON的位的位TCLK=1和(或)和(或)RCLK=1时,允许串行口时,允许串行口从从T2获得发送和(或)接收的波特率。获得发送和(或)接收的波特率。串行口方式串行口方式1、3的波特率的波特率=T2溢出率溢出率/16定时器定时器2作波特率发生器时,计数在每个作波特率发生器时,计数在每个状态周期状态周期递增。这样:递增。这样:方式方式1、3的波特率的波特率=1.2.3 波特率设计波特率设计主要内容主要内容1.3.1 串行口方式串行口方式
15、01.3.2 串行口方式串行口方式11.3.3 串行口方式串行口方式2和方式和方式31.3 串行口工作方式串行口工作方式1.3.1 串行口方式串行口方式0方式方式0为为同步移位寄存器输入同步移位寄存器输入/输出方式,输出方式,常用于扩展常用于扩展I/O口口。RXD为数据输入或输出为数据输入或输出,TXD为移位时钟为移位时钟,作为外接部件的同步信号。,作为外接部件的同步信号。方式方式0不适用于两个不适用于两个89C52之间之间的数据通的数据通信,可以通过外接移位寄存器来实现单片机信,可以通过外接移位寄存器来实现单片机的的接口扩展接口扩展。在这种方式下,收在这种方式下,收/发的数据为发的数据为8位
16、位,低,低位在前,无起始位、奇偶校验位及停止位,位在前,无起始位、奇偶校验位及停止位,波特率是固定的波特率是固定的。1.3.1 串行口方式串行口方式0发送电路发送电路接收电路接收电路1.3.2 串行口方式串行口方式1方式方式1真正用于串行发送或接收,为真正用于串行发送或接收,为10位位通用异步接口通用异步接口。TXD与与RXD分别用于发送与分别用于发送与接收数据。接收数据。收发一帧数据的格式为收发一帧数据的格式为1位起始位位起始位、8位数位数据位据位(低位在前)、(低位在前)、1位停止位位停止位,共,共10位。在位。在接收时,停止位进入接收时,停止位进入SCON的的RB8,此方式,此方式的传送
17、的传送波特率可调波特率可调。1.3.3 串行口方式串行口方式2和方式和方式3串行口工作在方式串行口工作在方式2和方式和方式3均为均为每帧每帧11位异步通信格式位异步通信格式,由,由TXD和和RXD发送与接发送与接收(两种方式操作是完全一样的,不同的收(两种方式操作是完全一样的,不同的只是特波率)。只是特波率)。每帧每帧11位:位:即即1位起始位位起始位、8位数据位位数据位(低位在前)、(低位在前)、1位可编程的第位可编程的第9数据位数据位和和1位停止位位停止位。发送时,发送时,第第9数据位(数据位(TB8)可以设置为)可以设置为1或或0,也可将奇偶位装入,也可将奇偶位装入TB8;接收时,接收时
18、,第第9数据位进入数据位进入SCON的的RB8。1.4 串行口应用举例串行口应用举例 主要内容主要内容 1.4.1 同步方式应用同步方式应用 1.4.2 异步方式应用异步方式应用1.4.1 同步方式应用同步方式应用MSC-51单片机的串行口在方式单片机的串行口在方式0时,以时,以同步方式操作同步方式操作。外接串入。外接串入/并出或并入并出或并入/串出串出器件,可器件,可实现实现I/O口的扩展口的扩展。例例1-2 用用89C52串行口外接串行口外接164串入串入/并出并出移位寄存器扩展移位寄存器扩展8位并行输出口,外接位并行输出口,外接165并并入入/串出移位寄存器扩展串出移位寄存器扩展8位并行
19、输入口。位并行输入口。8位并行输出口的每位都接一个发光二极管,位并行输出口的每位都接一个发光二极管,要求从要求从8位并行输入口读入开关的状态值,位并行输入口读入开关的状态值,使闭合开关对应的发光二极管点亮。如图使闭合开关对应的发光二极管点亮。如图1-13所示。所示。1.4.1 同步方式应用同步方式应用图图1-13 方式方式0扩展输入输出电路扩展输入输出电路解:解:数据的输入输出通过数据的输入输出通过RXD接收和发送,接收和发送,移位时钟通过移位时钟通过TXD送出,送出,14HC164用于串用于串/并转并转换,换,14HC165用于并用于并/串转换。串转换。C语言程序清单语言程序清单:#incl
20、udesbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;unsigned char data1;void main()SCON=0 x10;/串行口方式串行口方式0,允许,允许接收接收ES=1;EA=1;/允许允许串行口中断串行口中断1.4.1 同步方式应用同步方式应用P1_0=0;/关闭并行输出关闭并行输出P1_1=1;/并行置入数据并行置入数据P1_1=0;/开始串行移位开始串行移位SBUF=0;/送入串行数据送入串行数据while(1);/等待中断等待中断void s_srv()interrupt 4/中断服务程序中断服务程序if(TI)/发送中断发送中断TI=0;P1_0=1;/
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