6.3串口单片机原理及应用.ppt

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1、6.3 串行接口串行接口主要内容主要内容1 串口简介串口简介2 单片机串行口应用举例单片机串行口应用举例找找串行口的位置？串行通信基串行通信基础础 计算机通信计算机通信是指计算机与外部设备或计算机是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换与计算机之间的信息交换。通信有通信有并行通信并行通信和和串行通信串行通信两种方式。两种方式。并行通信并行通信通常是将数据字节的各位用多条数通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送据线同时进行传送。并行通信并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。传送

2、时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。串行通信串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串行通信的特点串行通信的特点：传输线少，长距离传送时：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。但数据的传送控制比并行通信复杂。串行通信的基本概念串行通信的基本概念 一、异步通信与同步通信一、异步通信与同步通信1、异步通信、异步通信 异步通信异步通信是指通信的是指通信的发发送与接收送与接收设备设备使用各自的使用各自的时钟时钟控控制数据的制数据的发发送和接收送和接收过过程。程。为为使双方的收使双方的

3、收发协调发协调，要求，要求发发送和接收送和接收设备设备的的时钟时钟尽可能一致。尽可能一致。异步通信的数据格式异步通信的数据格式：异步通信的特点异步通信的特点：不要求收发双方时钟的：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加每个字符要附加23位用于起止位，各帧位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。之间还有间隔，因此传输效率不高。2、同步通信、同步通信 同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为使双方达到完全同步。

4、此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持保持位同步位同步关系，关系，也保持字符同步也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。可以通过两种方法实现。外同步外同步 自同步自同步二、串行通信的传输方向二、串行通信的传输方向1、单工、单工单工单工是指数据传输仅能沿是指数据传输仅能沿一个方向一个方向，不能实现反向传输。，不能实现反向传输。2、半双工、半双工半双工半双工是指数据传输可以沿是指数据传输可以沿两个方向两个方向，但需要分时进行。，但需要分时进行。3、全双工、全双工

5、全双工全双工是指数据可以是指数据可以同时进行双向同时进行双向传输。传输。单工 半双工半双工 全双工全双工三、信号的调制与解调三、信号的调制与解调 利用调制器（利用调制器（Modulator）把数字信号转换成把数字信号转换成模拟信号模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器，然后送到通信线路上去，再由解调器（Demodulator）把从通信线路上收到的）把从通信线路上收到的模拟信模拟信号转换成数字信号号转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器。由于通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。四、串行通信的错误校验四、串行通信

6、的错误校验 1、奇偶校验奇偶校验 在发送数据时，数据位尾随的在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（位为奇偶校验位（1或或0）。）。奇校验时，数据中奇校验时，数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之的个数之和应为偶数。接收字符时，对和应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若发现的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。3、循环冗余校验循环冗余校验 这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之这种

7、校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性间的循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。校验等。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。2、代码和校验代码和校验 代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或）代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。，产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各接收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或）

8、，将所得的结果与发送方的字节异或），将所得的结果与发送方的“校验和校验和”进行比较，进行比较，相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。五、传输速率与传输距离五、传输速率与传输距离 1、传输速率、传输速率比特率比特率是是每秒钟传输二进制代码的位数每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：，单位是：位秒（位秒（bps）。如每秒钟传送）。如每秒钟传送240个字符，而每个个字符，而每个字符格式包含字符格式包含10位位(1个起始位、个起始位、1个停止位、个停止位、8个数个数据位据位)，这时的比特率为：，这时的比特率为：10位位240个个/秒秒=2400 bp

9、s波特率波特率表示表示每秒钟调制信号变化的次数每秒钟调制信号变化的次数，单位是：，单位是：波特（波特（Baud）。）。波特率和比特率不总是相同的，波特率和比特率不总是相同的，对于将数字信号对于将数字信号1或或0直接用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特直接用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是相同的。率和波特率是相同的。所以，我们也经常用波特率所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。表示数据的传输速率。2、传输距离与传输速率的关系、传输距离与传输速率的关系RS232,最大距离最大距离15米，米，RS422/485，最大距，最大距离离50-1000米不等米不等串行通信接口串行通信

10、接口标标准准 一、一、RS-232CRS-232C接口接口 RS-232C是是EIA（美国（美国电电子工子工业协业协会）会）1969年修年修订订RS-232C标标准。准。RS-232C定定义义了数据了数据终终端端设备设备（DTE）与数据）与数据通信通信设备设备（DCE）之）之间间的物理接口的物理接口标标准。准。1、机械特性、机械特性RS-232C接口接口规规定使用定使用25针连针连接器，接器，连连接器的尺寸及每个插接器的尺寸及每个插针针的排列位置都有明确的定的排列位置都有明确的定义义。（阳。（阳头头）2、功能特性、功能特性4、过程特性、过程特性 过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正过程特性

11、规定了信号之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据确地接收和发送数据。远程通信连接远程通信连接 近程通信连接近程通信连接 5、RS-232C电平与电平与TTL电平转换驱动电路电平转换驱动电路MAX232/MAX3232 6、采用、采用RS-232C接口存在的问题接口存在的问题1、传输距离短，传输速率低传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为速率为20Kbps。2、有电平偏移有电平偏移 RS-232

12、C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降。并产生压降。3、抗干扰能力差抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。二、二、RS-422A接口接口 RS-422A输出驱动器为双端平衡驱动器输出

13、驱动器为双端平衡驱动器。如果其中一条。如果其中一条线为逻辑线为逻辑“1”状态，另一条线就为逻辑状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端，比采用单端不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。差分电路差分电路能从地线干能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨200mV以上电位差。以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响。扰和电磁干扰的影

14、响。RS-422A传输速率（传输速率（90Kbps）时，）时，传输距离可达传输距离可达1200米。米。三、三、RS-485接口接口 RS-485是是RS-422A的变型：的变型：RS-422A用于全双工，而用于全双工，而RS-485则用于半双工。则用于半双工。RS-485是一种是一种多发送器多发送器标准，在通信标准，在通信线路上最多可以使用线路上最多可以使用32 对差分驱动器对差分驱动器/接收器。如果在一个网接收器。如果在一个网络中连接的设备超过络中连接的设备超过32个，还可以使用中继器。个，还可以使用中继器。RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑

15、1和逻辑和逻辑0。由于发送方需要。由于发送方需要两根传输线两根传输线，接收方也需要两根传输线。，接收方也需要两根传输线。传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达传输距离可达1200米米，传输速，传输速率可达率可达1Mbps。7.2 串口相关寄存器串口相关寄存器 有两个物理上独立的接收、发送缓冲器有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用，它们占用同一地址同一地址99H；接收器是双缓冲结构；接收器是双缓冲结构；发送缓冲器，因为；发送缓冲器，因为发送时发送时CP

16、U是主动的，不会产生重叠错误。是主动的，不会产生重叠错误。SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：发送控制以及设置状态标志：1 1、SCONSCON SM0和和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：为工作方式选择位，可选择四种工作方式：PCON中只有一位中只有一位SMOD与串行口工作有关与串行口工作有关：SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式波特率倍增位。在串行口方式1、方式方式2、方式、方式3时，波特率与时，波特率与SMOD有关，当有关，当SMOD=1时，时，波特率提高一倍

17、。复位时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。7.3 7.3 串口工作方式串口工作方式 一、方式一、方式0 方式方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚）引脚输入或输出，同步移位脉冲由输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发）引脚输出。发送和接收均为送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为为fosc/12。1、方式、方式0输出输出 2、方式、方式0输入输入 方式方式0接收和发送电路接

18、收和发送电路方式0举例方式0发送数据方式0接收数据 二、方式二、方式1 方式方式1是是10位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位起始位，位起始位，8位数据位，位数据位，1位停止位。位停止位。1、方式、方式1输出输出 2、方式、方式1输入输入 三、方式三、方式2和方式和方式3 方式方式2或方式或方式3时为时为11位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为数据发为数据发送引脚，送引脚，RXD为数据接收引脚为数据接收引脚。方式方式2和方式和方式3时起

19、始位时起始位1位，数据位，数据9位（含位（含1位附加的第位附加的第9位，位，发送时为发送时为SCON中的中的TB8，接收时为，接收时为RB8），停止位），停止位1位，一位，一帧数据为帧数据为11位。方式位。方式2的波特率固定为晶振频率的的波特率固定为晶振频率的1/64或或1/32，方式，方式3的波特率由定时器的波特率由定时器T1的溢出率决定。的溢出率决定。1、方式、方式2和方式和方式3输出输出 发送开始时，先把起始位发送开始时，先把起始位0输出到输出到TXD引脚，然后发送移引脚，然后发送移位寄存器的输出位（位寄存器的输出位（D0）到）到TXD引脚。每一个移位脉冲都使引脚。每一个移位脉冲都使输出

20、移位寄存器的各位右移一位，并由输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。引脚输出。第一次移位时，停止位第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第移入输出移位寄存器的第9位上位上，以后每次移位，左边都移入，以后每次移位，左边都移入0。当停止位移至输出位。当停止位移至输出位时，左边其余位全为时，左边其余位全为0，检测电路检测到这一条件时，使控，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置制电路进行最后一次移位，并置TI=1，向，向CPU请求中断。请求中断。2、方式、方式2和方式和方式3输入输入 接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始接收时，数据从右边移入输入移位寄

21、存器，在起始位位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且，且SM2=0（或接收到的第（或接收到的第9位数据为位数据为1）时，）时，接收到的数据装入接收缓冲器接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和和RB8（接收数（接收数据的第据的第9位），置位），置RI=1，向，向CPU请求中断。如果条件请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索，继续搜索RXD引引脚的负跳变。脚的负跳变。四、波特率的计算四、波特率的计算方式方式0的波特率的波特率=fosc/12方式方式2的波特率的波特率=（2SMOD/64）f

22、osc 方式方式1的波特率的波特率=（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）方式方式3的波特率的波特率=（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）T1 溢出率溢出率=fosc/12256（TH1）在单片机的应用中，常用的晶振频率为：在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和和11.0592MHz。所。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。如表所示。串行口工作之前，应对其进行初始化，主串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器要是设置产生波特率的定时器1、串行口控、串行口

23、控制和中断控制。具体步骤如下：制和中断控制。具体步骤如下：确定确定T1的工作方式的工作方式（编程（编程TMOD寄存器）；寄存器）；计算计算T1的初值的初值，装载，装载TH1、TL1；启动启动T1（编程（编程TCON中的中的TR1位）；位）；确定确定串行口控制串行口控制（编程（编程SCON寄存器）；寄存器）；串行口在中断方式工作时，要进行中断设置串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程（编程IE、IP寄存器）。寄存器）。Timer 2产生的常用波特率表 fOSC波特率611.059212161100 xf9-0 x57-0 xee-0 x3f3000 xfd-0 x8f0 xfb-0 x80

24、0 xfb-0 x1e0 xf9-0 x7d6000 xfe-0 xc80 xfd-0 xc00 xfd-0 x8f0 xfc-0 xbf12000 xff-0 x640 xfe-0 xe00 xfe-0 xc80 xfe-0 x5f24000 xff-0 xb20 xff-0 x700 xff-0 x640 xff-0 x3048000 xff-0 xd90 xff-0 xb80 xff-0 xb20 xff-0 x989600-0 xff-0 xdc0 xff-0 xd90 xff-0 xcc19200-0 xff-0 xee-0 xff-0 xe638400-0 xff-0 xf7-0

25、xff-0 xf376800-0 xff-0 xfa-串行通信方式串行通信方式 一、点对点的通信一、点对点的通信 1、硬件连接、硬件连接 二、多机通信二、多机通信 1、硬件连接、硬件连接 单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。所谓主从单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。要服从主机的调度、支配。80C31单片机的串行口方式单片机的串行口方式2和方和方式式3适于这种主从式的通信结构。当然采用不同的通信标准时，适于这种主从式的通信结构。当然采用不同

26、的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。在还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。在实际的多机应用系统中，常采用实际的多机应用系统中，常采用RS-485串行标准总线进行数串行标准总线进行数据传输。据传输。7.4 串口串口应应用用举举例例 1双机直连通信双机直连通信 2 串行电子时钟串行电子时钟最终效果初始化串口1.void init_com()2.3./11.0592MHZ 4./208 232 244 250 2535./1200 2400 4800 9600 192006./SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI7.SCON=0 x

27、50;8.IE|=0X90;9.PCON=0X80;10.TMOD|=0X20;11.TH1=250;12.TR1=1;13.TMOD|=0X01;14.TR0=1;15.16.状态图状态图状态状态1设置秒设置秒状态状态0运行运行1s，刷新时间，刷新时间其其它它键键状态状态2设置分设置分状态状态3设置小时设置小时接收到接收到S其其它它键键其其它它键键接收到接收到S接收到接收到S接收到接收到S字符输出函数void putchar(unsigned char n)SBUF=n;while(!TI);TI=0;定时初始化void init_t0()TH0=-500008;TL0=-50000;TMO

28、D|=0X01;IE|=0X82;定时中断void t0()interrupt 1 TH0=-500008;TL0=-50000;if(+cnt19)cnt=0;sec=1;字符串输出void puts(unsigned char*p)while(*p)putchar(*p+);回车函数void crlf()putchar(0 x0d);putchar(0 x0a);显示时间函数void display()unsigned char t8=0;t0=hour/10+0;t1=hour%10+0;t2=:;t3=minute/10+0;t4=minute%10+0;t5=:;t6=second/10+0;t7=second%10+0;puts(t);crlf();