单片机基础课程串行通讯接口ppt课件

单片机原理及接口技术,第7章 串行通讯接口,本章学习要求：,1.掌握串行通讯的基本概念； 2.掌握串行通讯接口的电路结构； 3.掌握四种工作方式及波特率的计算方法； 4.掌握串行通讯接口的SFR和编程方法。,共需要两根线，一根数据线DATA和一根时钟线CLK; 按照时钟信号，从低到高逐个传送数据位.,7.1 串行通讯的概念,一、 同步串行通讯, 7.1 串行通讯的概念,7.1 串行通讯的概念,二、 异步串行通讯,接收端是如何区分起始位与D0、D1、D2、D3、D4的？,只需要一根数据线; 字节按照固定的帧格式传送.,位时间（每位宽）T = 波特率的倒数； 例：波特率为9600时， 位宽T=1/9600Baud=0.10417ms 在异步通讯中，接收设备和发送设备必须保持相同的波特率。,波特率与定时器关系密切，大小是通过定时器T1定时实现的!,7.1 串行通讯的概念,三 波特率,是指每秒传送数据位的位数，是衡量传输速度的一个指标。 单位是位/秒，bit per second，简写bps。,7.2 AT89C51单片机的串行通讯接口,7.2 AT89C51单片机的串行通讯接口,AT89C51单片机内部有一个 全双工串行接口； 使用两个IO口， 发送端口TXD与接收端口RXD.,7.2.1 AT89C51单片机串行接口电路结构,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,SBUF = 0x-;,发送完毕标志位,数据输出引脚,时钟输出引脚,波特率,一 同步串行接口,思考题:若单片机晶体频率为12MHz，问单片机启动一字节的同步串行接口发送命令需要多长时间？同步串行接口电路接收到CPU的发送指令后，完成该字节的发送需要多长时间？,1us 8us,二 异步串行接口,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,SBUF = 0x-,发送完毕标志位,输出引脚,输入引脚,接收完毕标志位,temp = SBUF;,波特率,需要设置接收允许标志位REN,思考题: 1.若单片机晶体频率为12MHz，问单片机启动一字节的异步串行接口发送命令需要多长时间？ 2.若异步串行接口的波特率设置为1200bps，问电路接收到CPU的发送指令后，完成该字节的发送需要多长时间？,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,1. 1个机器周期，1us. 2. (1/1200)*11s=0.0092s=9.2ms,7.2.2 串行接口控制寄存器,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,SFR:SCON串行接口控制器（98H）,SM2:允许方式2和方式3进行多机通讯控制位。在方式0、1中必须为0。 REN:允许串行口接收控制位。写1允许接收，写0禁止接收。 TB8:工作方式2和方式3下，发送的第9位数据，由软件写1或0。 RB8:工作方式2和方式3下，接收到的第9位数据。 TI:发送完毕中断标志位，发送SBUF内的数据发送出去后，硬件自动置位TI。TI必须由软件清0。 RI:接收完毕中断标志位，接收SBUF中接收到一个数据后，硬件自动置位RI。RI必须由软件清0。,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,SFR:SCON串行接口控制器（98H）,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,D7,D0,SMOD：波特率加倍位。在计算方式1、2、3的波特率时， 为1波特 率加倍，为0波特率不加倍。,SFR:PCON（87H）,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,7.2.3 串行接口的四种工作方式,一 工作方式0(同步串行通讯接口),串口发送时间T1,CPU启动发送命令时间T2 SBUF = 0x-;,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,方式0发送 当一个数据写入发送缓冲器SBUF（SBUF = 0x-;）时，串行口即将8位数据以fosc/12的波特率从RXD引脚输出（从低位到高位）， 同步时钟脉冲从TXD引脚输出，发送完毕中断标志TI置1，波形如下图。 再次发送数据前，必须用软件将TI清0（TI = 0;）。,工作方式0发送数据时，一般外接移位寄存器(如74HC164)实现串并转换,用于扩展键盘和显示接口。,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,74HC164 8-bit serial-in, parallel-out shift register,RXD,TXD,P1.0,D0,实际应用中，工作方式0很少用于接收数据。此节只讨论方式0发送数据。,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,ORG 0000H LJMP MAIN ；跳转主程序 ORG 0030H MAIIN: MOV SCON, #00H ; 定义串口工作方式0，禁止接收数据 MOV R0，#10H ；定义传送数据字节数 MOV DPTR，#3000H ；定义外部数据存储器指针 LOOP: MOVX A，DPTR ；读取数据 MOV SBUF，A ；发送数据 JNB TI，$ ；查询当前字节发送是否完毕 CLR TI ；软件清标志位 INC DPTR ；指针加1，准备读取下一单元数据 DJNZ R0，LOOP ；判断发送是否完毕 SJMP $ ；自循环,例7.1 编写程序，使用串口工作方式，依次发送外部数据存储器3000H-300FH单元内的数据。,分析：初始化串口控制寄存器SCON，定义工作方式的状态字为00H。发送采用查询方式，当查询到发送完毕标志位TI为后，发送下一个字节。,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,二 工作方式1(异步串行通讯接口),波特率计算公式： 定时器T1溢出率是指定时器T1一秒钟内溢出的次数。 发送或接收完一个字节后，必须软件将TI、RI清0。,方式1数据格式,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,方式1发送时序,方式1接收时序 注意设置接收允许控制位REN为1,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,三 工作方式2、3(异步串行通讯接口),发送或接收完一个字节后，必须软件将TI、RI清0。,方式2、方式3的区别在于波特率的计算方法 方式2： 方式3： 数据格式,7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口,方式2、3发送时序,方式2、3接收时序(不做要求) 注意设置接收允许控制位REN为1； 注意SM2的作用。,T1工作方式2，初值自动重新装入的8位定时器,7.3 波特率的计算和设置,7.3 波特率的计算和设置,7.3 波特率的计算和设置,例7.2 已知单片机晶体频率为12MHz，SMOD为0，串口工作方式1，波特率为2400bps，试求定时器T1的初值。,波特率误差 为了保证通讯的可靠性，通讯双方波特率相对误差不应大于2.5%。,初始化程序（定时器和串口） SCON = 0x50; /串口方式1 ，允许接收 PCON = 0x00; /SMOD=0 TMOD = 0x20； /T1工作方式2 TH1 = 0xF3; /写时间常数 TL1 = 0xF3; /T1首次定时初值 TR1 = 1; /启动T1,T1产生的常用波特率,7.3 波特率的计算和设置,7.4 串行接口的应用与编程举例,1 串行接口初始化编程格式,SCON = 0x50; /串口方式,且TI RI清零,是否允许接收 PCON = 0x00; /SMOD=0/1， TMOD = 0x20； /T1工作方式2 TH1 = 0x-; /写时间常数 (TL1 = 0x-;) /T1首次定时初值 TR1 = 1; /启动T1 ( EA = 1; ) /允许中断 ( ES = 1; ) /允许串口中断,2 发送函数,7.4 串行接口的应用与编程举例,void fasong(uchar temp) SBUF = temp; /启动发送命令 while(TI); /等待发送完毕 TI = 0; /清发送完毕标志位,3 接收函数,REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。,uchar jieshou( void ) while(RI); /等待数据 RI = 0; /清标志位 return SBUF; /将接受到的数据返回,例7.3设有甲、乙两台单片机，编出两台单片机间实现如下串行通讯功能的程序,要求串口工作方式1,波特率为9600bps，单片机外接晶振为11.0592MHz。 甲方发送：将首址为2000H的32个字节的外部数据存储器数据块顺序向乙方发送； 乙方接收：将接收的32个字节的数据，保存到内部数据存储器中 。 程序编制的要点： 1、选定串口工作方式1，发送方控制字SCON为0100_0000B，接收方控制字SCON也是0101_0000B； 2、定时器T1工作工作方式2，初值为FDH，SMOD为0； 3、在程序中必须用软件清除标志位RI和TI。,7.4 串行接口的应用与编程举例,发送单片机程序 main( ) uint data xaddr= 0x2000; /定义外部数据存储器地址指针 uchar data num; /定义发送字节个数变量 SCON = 0x40; /发送方串口方式1，禁止接收 PCON = 0x00; /SMOD=0， 能否用CLR SMOD TMOD = 0x20; /定时器T1工作方式2 TH1 = 0xFD; /产生9600波特率的定时器初值 TR1 = 1; /启动定时器T1 for(num=0;num32;num+) fasong(XBYTExaddr+num); /取数据并发送 while(1); ,7.4 串行接口的应用与编程举例,void fasong(uchar temp) SBUF = temp; /启动发送命令 while(TI); /等待发送完毕 TI = 0; /清发送完毕标志位,7.4 串行接口的应用与编程举例,接收单片机程序 main( ) uchar data shuzu32; /定义32字节的数组 uchar data num; /定义接收字节个数变量 SCON = 0x50; /发送方串口方式1，允许接收 PCON = 0x00; /SMOD=0， 能否用CLR SMOD TMOD = 0x20; /定时器T1工作方式2 TH1 = 0xFD; /产生9600波特率的定时器初值 TR1 = 1; /启动定时器T1 for(num=0;num32;num+) shuzunum = jieshou( ); /取接收数据并保存 while(1); ,uchar jieshou( void ) while(RI); /等待数据 RI = 0; /清标志位 return SBUF; /将接受到的数据返回,7.5 PC机与MCS-51单片机的串口连接,7.5 PC机与MCS-51单片机的串口连接,因线电阻的存在使得信号在线路传输中存在电压衰减， 而因电磁干扰的存在使得信号在线路传输中存在电压变化， 所以常采用RS-232C电平负逻辑，拉开“0”和“1”的电压档次，提高信号的传输距离和通讯线路的抗干扰能力。,TTL正逻辑： “0”： 0 +0.8V； “1”： 2.0V+5V； 传输距离一般不超过1.5米。,RS-232C负逻辑： “0”：+5V+15V； “1”： -5V -15V； 典型传输信息的长度为15米。,1 RS-232C电平标准,2 PC机的串行接口介绍,9针RS-232C接口 有用信号： 2、RXD 3、TXD 5、GND 电气特性负逻辑 1、逻辑1为-5V到-15V 2、逻辑0为+5V到+15V,7.5 PC机与MCS-51单片机的串行接口连接,7.5 PC机与MCS-51单片机的串行接口连接,3 PC机与MCS-51单片机的串行接口连接,RS-232C与TTL电平转换芯片,7.5 PC机与MCS-51单片机的串行接口连接,PC机与MCS-51单片机的串行接口连接,RXD,TXD,两台单片机间远距离串行通讯接口连接,7.5 PC机与MCS-51单片机的串行接口连接,RXD,TXD,R1in 13,T1out 14,12,RXD,TXD,11,MAX232,MAX232,MAX232,1、串行通信的基本原理和基本方式（同步和异步）。 2、串行口控制/状态控制字SCON和 节电控制字PCON。 3、串行通信的4种工作方式及其对应的波特率、传送位数(8位、10位、11位、11位) 、时序和应用。 4、串行通信的应用： 发送和接收程序（查询方式、中断方式）。,本章小结,本章小结,本章小结,本章小结,TH0,TH1,