第9章串行接口及串行通信技术.ppt
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1、第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 第第9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.1 串行通信基础知识串行通信基础知识 9.2 AT89C51的串行接口的串行接口 9.3 AT89C51串行接口的应用与编程串行接口的应用与编程 9.4 PC机与单片机间的串行通信机与单片机间的串行通信 习题与思考题习题与思考题 第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.1 串行通信基础知识串行通信基础知识 9.1.1 并行通信和串行通信 1并行通信并行通信是指构成信息的二进制字符的各位数据同时传送的通信方法,如图9-1所示。2串行通信串行通信是指
2、构成信息的二进制字符的各位数据一位一位顺序地传送的通信方式,如图9-2所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-1并行通信示意图第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-2串行通信示意图第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.1.2 异步通信和同步通信串行通信又分为两种基本通信方式,即异步通信和同步通信。1.异步通信在异步通信中,被传送的信息通常是一个字符代码或一个字节数据,它们都以规定的相同传送格式(字符帧格式)一帧一帧地发送或接收。字符帧格式由四部分组成:起始位,数据位,奇偶校验位和停止位,如图9-3所示。
3、下面介绍各部分的功能。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-3异步通信帧格式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 (1)起始位:在没有数据传送时,通信线上处于逻辑“1”状态。(2)数据位:在起始位之后,发送端发出(接收端接收)的是数据位,数据的位数没有严格限制,如5位、6位、7位或8位等。由低位到高位逐位传送。(3)奇偶校验位:数据位发送完(接收完)之后,可发送奇偶校验位,它只占帧格式的一位,用于传送数据的有限差错检测或表示数据的一种性质,是发送和接收双方预先约定好的一种检验(检错)方式。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行
4、通信技术 (4)停止位:字符帧格式的最后部分为停止位,逻辑“1”电平有效,位数可以是1位、1/2位或2位。表示一个字符帧信息的结束,也为发送下一个字符帧信息做好准备。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 2同步通信串行通信中,发送设备和接收设备是相互独立、互不同步的,即接收端不知道发送端何时发送数据或发送的两组数据之间间隔多长时间,那么发送和接收之间靠什么信息协调从而同步工作呢?在异步通信中,是靠传送数据每个字符帧的起始位和停止位来协调同步的,即当接收端检测到传送线上出现“0”电平时,表示发送端己开始发送,而接收端也开始接收数据,两端协调同步工作,当接收端检测到停止位“
5、1”时,表示一帧数据已发送和接收完毕。图9-4表示同步通信的数据传送格式。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 同步字符数据字符1数据字符2数据字符n-1数据字符n校验字符校验字符图9-4同步通信数据传送格式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 3波特率在串行通信中,发送设备和接收设备之间除了采用相同的字符帧格式(异步通信)或相同的同步字符(同步通信)来协调同步工作外,两者之间发送数据的速度和接收数据的速度也必须相同,这样才能保证被传送数据的成功传送。波特率是串行通信的重要指标,对数据的成功传送至关重要。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行
6、接口及串行通信技术 9.1.3 串行通信的制式 1单工(Half duplex)制式在单工方式下,通信线的A端只有发送器,B端只有接收器,信息数据只能单方向传送,即只能由A端传送到B端而不能反传。如图9-5所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-5单工方式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 2半双工(Half duplex)制式半双工方式中,通信线路两端的设备都有一个发送器和一个接收器,如图9-6所示。数据可双方向传送但不能同时传送,即A端送B端收或B端送A端收,A、B两端的发送/接收只能通过半双工通信协议切换交替工作。第第9 9章章
7、 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-6半双工方式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 3全双工(Full duplex)制式在全双工方式下,通信线路A、B两端都有发送器和接收器,A、B之间有两个独立通信的回路,两端数据不是交替发送和接收,而是同时发送和接收。因此通信效率比前两种要高。该方式下所需的传输线至少要有三条,一条用于发送,一条用于接收,一条用于公用信号地,如图9-7所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-7全双工方式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.1.4串行通信数据的校验 1奇
8、偶校验奇偶校验的特点是按字符校验,即在数据发送时,在每一个字符的最高位之后都附加一个奇偶校验位“1”或“0”,使被传送字符(包括奇偶校验位)中含“1”的位数都为偶数(偶校验)或都为奇数(奇校验)。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 2和校验和校验是针对数据块的校验。发送端在发送数据块时,对块中的数据算术求和,然后将产生的单字节的算术和作为校验字符(和校验)附加到位数据块的结尾传给接收端。3.循环冗余码校验(CRC)CRC检验是对一个数据块校验一次,它被广泛地应用于同步串行通信方式中,例如对磁盘信息的读/写,对ROM或RAM存储区的完整性的校验等。第第9 9章章 串行接
9、口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.2 AT89C51的串行接口的串行接口 9.2.1 串行接口的结构及功能AT89C51串行口的结构框图如图9-8所示,主要由发送器、接收器和串行控制寄存器组成。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-8AT89C51串行口结构框图第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 1发送器和接收器发送器主要由发送缓冲寄存器SBUF和发送控制器组成。接收器主要由接收缓冲寄存器SBUF,接收移位寄存器和接收控制器组成。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 2串行口控制寄存器串行口控制寄存器SC
10、ON用于设置串行口的工作方式、监视串行口工作状态、发送与接收的状态控制等。它是一个既可字节寻址又可位寻址的特殊功能寄存器。其格式如图9-9所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-9控制寄存器SCON的格式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 SCON寄存器各位的功能如下:(1)SM0、SM1:串行口工作方式选择位,可构成四种工作方式,如表9-1所示。(2)SM2:在方式2和方式3中多机通信的控制位。(3)REN:串行接收允许位。(4)TB8:在方式2或方式3中,是将要发送的第九位数据,由软件置位或清零,它可作为数据奇偶校验位,也可在多机
11、通信中作为地址帧或数据帧的标志位使用。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 表9-1 串行口工作方式选择SM0SM1工作方式功能波特率00011011方式0方式1方式2方式3同步移位寄存器10位异步收发11位异步收发11位异步收发fosc/12可变fosc/64或fosc/32可变第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 (5)RB8:在方式2或方式3中,是已接收到的第九位数据,可作为奇偶校验位。(6)TI:发送中断标志位。(7)RI:接收中断标志位,方式0中,在接收完第八位数据时由硬件置位。电源控制寄存器PCON中的第八位也与串行口有关,如图9-1
12、0所示。(8)SMOD:为波特率选择位。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-10电源控制寄存器PCON的格式第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.2.2串行通信的工作方式 1工作方式0在方式0下,串行口是作为同步移位寄存器使用的。其波特率固定为单片机振荡频率(fosc)的1/12,串行传送数据8位为一帧(没有起始、停止、奇偶校验位)。由RXD(P3.0)端输出或输入,低位在前,高位在后。TXD(P3.1)端输出同步移位脉冲,可以作为外部扩展的移位寄存器的移位时钟,因而串行口方式0常用于扩展外部并行I/O口。串行发送时,外部可扩展一片(
13、或几片)串入并出的移位寄存器,如图9-11所示。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-11方式0扩展并行输出口第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 串行接收时,外部可扩展一片(或几片)并入串出的移位寄存器,如图9-12所示。当由软件使REN置为1,RI=0时,即启动串行口以方式0接收数据。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-12方式0扩展并行输入口第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 2工作方式1在方式1下,串行口工作在10位异步通信方式,发送或接收一帧信息中,除8位数据移位外,还包含
14、一个起始位(0)和一个停止位(1),其波特率是可变的。工作方式1的波特率是可变的,由定时器T1的计数溢出率决定。相应的公式为波特率=定时器T1溢出率第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 定时器T1的计数溢出率计算公式为定时器T1溢出率=式中,K为定时器T1的位数,与定时器T1的工作方式有关(见第5章介绍),则波特率计算公式为波特率=第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 3工作方式2在方式2下,串行口工作在11位异步通信方式。一帧信息包含一个起始位“0”,八个数据位,一个可编程第九数据位和一个停止位“1”。其中可编程位是SCON中的TB8位,在八个
15、数据位之后,可作奇偶校验位或地址/数据帧的标志位使用,由使用者确定。方式2的波特率是固定的。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 4工作方式3在方式3下,串行口同样工作在11位异步通信方式,其通信过程与方式2完全相同,所不同的是波特率,方式3的波特率由定时器T1的计数溢出率决定,确定方法与工作方式1中的完全一样。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 表9-2 常用波特率及误差晶振频率/MHz波特率/HzSMODTH1包装初值实际波特率误差12.0096001F9H8923712.0048000F9H4460712.0024000F3H24040.
16、1612.0012000E6H12020.1611.0592192001FDH19200011.059296000FDH9600011.059248000EAH4800011.059224000F4H2400011.059212000E8H12000第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.2.3 多机通信AT89C51单片机串行口工作在方式2或方式3时,可实现多机通信功能,即一台主机和多台从机之间通信,如图9-13所示。当主机向从机发送信息时,主机首先发送一个地址帧,此帧数据的第九数据位TB8应设置为“1”,以表示是地址帧,8位数据位是某台从机的地址。第第9 9章章
17、串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 图9-13多机通信连接图第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 这种通信只能在主从机之间进行,从机之间的通信需经主机作中介才能实现。经过上面分析,多机通信的过程可总结如下:(1)主、从机均初始化为方式2或方式3,且置SM2=1,REN=1,串行开中断。(2)主机置位TB8=1,向从机发送寻址地址帧,各从机因满足接收条件(SM2=1,RB8=1),从而接收到主机发来的地址,并与本机地址比较。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 (3)地址一致的从机将SM2清零,并向主机返回地址,供主机核对,不一致的从机恢
18、复初始状态。(4)主机核对返回的地址,若与刚才发出的地址一致则准备发送数据,若不一致则返回(1)重新开始。(5)主机向从机发送数据,此时主机TB8=0,只有被选中的那台从机能接收到该数据,其他从机则舍弃该数据。(6)本次通信结束后,主从机重新置SM2=1,又可进行新一次的通信。第第9 9章章 串行接口及串行通信技术串行接口及串行通信技术 9.3 AT89C51串行接口的应用与编程串行接口的应用与编程 9.3.1 工作方式0的应用串行口工作方式0主要用于扩展并行I/O口,扩展成并行输出口时,需要外接一片8位串行输入并行输出的同步移位寄存器74HC164或CD4094。扩展成并行输入口时,需要外接
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- 第9章 串行接口及串行通信技术 串行 接口 通信 技术
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