串口与串行通讯.pptVIP

,第六章：单片机串口及应用,本讲重点： 51单片机的串行口结构； 与串行口相关的特殊功能寄存器； 串行通讯的波特率设置； 串行口的 4种工作方式及其编程.,串行通讯应用示意图,TXD RXD,RXD TXD,TXD RXD,RXD TXD,RS-232 或485,RS-232 或485,TXD RXD,RS-232,PC机 COM1,COM2,单片机甲、乙之间近距离通讯,单片机甲乙两地之间远距离通讯,单片机与PC机之间的数据通讯,串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送 串行通信的格式及约定（如：通讯速率、数据块格式、信号电平等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。 常见的有： 通用异步收发器(UART)本课程介绍的串口 通用串行总线（USB） I2C总线 CAN总线 SPI总线 RS-485，RS-232C，RS422A标准等等,串行通信,全双工串行接口(UART),数据通信的几个术语： 并行：数据各位同时进行传送 串行：数据逐位顺序进行传送,全双工:(串行通信)收/发可同时进行 半双工:(串行通信)收/发不可同时进行,异步串行通信:以字符为单位进行传送 同步串行通信:以数据块为单位进行传送 波特率(bps.):单位时间传送的位数,51单片机的串行接口,SBUF（发）,SBUF（收）,发送控制器 TI,接收控制器 RI,移位寄存器,波特率发生器T1,1,A累加器,(门),RxD,TxD,去申请中断,引脚,引脚,CPU内部,串行口的结构,两个同名的接收/发送缓冲寄存器SBUF 指令 MOV SBUF，A 启动一次数据发送,可向SBUF 再发送下一个数 指令 MOV A，SBUF 完成一次数据接收,SBUF可再 接收下一个数,接收/发送数据,无论是否采用中断方式 工作,每接收/发送一个数据都必须用指 令对 RI/TI 清0，以备下一次收/发。,串行口相关的SFR(SCON,PCON),SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R1,SCON, SM0，SM1：串行口4种工作方式的选择位。 0 0 方式0：8位移位寄存器I/O,波特率固定为 fosc/12 0 1 方式1：10位UART（1+8+1位）， 波特率可变,按公式计算 1 0 方式2：11位UART（1+8+1+1位）， 波特率固定=fosc x1/32或1/64 1 1 方式3：11位UART（1+8+1+1位）， 波特率可变，按公式计算, SM2：串行口多机通信控制位 （作为方式2、方式3的附加控制位）,串行口控制寄存器SCON(98H), RI,TI：串行口收/发数据申请中断标志位 1 申请中断； 0 不申请中断, TB8：方式2、3中，是要发送的第9位数据。 多机通信中,TB8=0 表示发送的是数据； TB8=1 表示发送的是地址。（奇偶校验）, RB8：在方式2、3中，是收到的第9位数据。 在多机通信中,用作区别地址帧/数据帧的 标志。（奇偶校验）,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI, REN：串行口接收允许控制位 = 1 表示允许接收； = 0 禁止接收。,SCON,SMOD GF1 GF0 PD 1DL,电源控制寄存器 PCON（97H） 特殊功能寄存器PCON不能按位寻址, SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中， 是波特率加倍位 =1 时，波特率加倍 =0 时，波特率不加倍。 (在PCON中只有这一个位与串口有关), GF1,GF0：用户可自行定义使用的通用标志位,PCON, PD：掉电方式控制位 =0：常规工作方式。 =1：进入掉电方式: 振荡器停振 片内RAM和SRF的值保持不变 P0P3口维持原状。 程序停止 只有复位能使之退出掉电方式。,SMOD GF1 GF0 PD IDL,PCON, IDL：待机方式(空闲方式)控制位 =0：常规工作方式。 =1：进入待机方式： 振荡器继续振荡 中断、定时器、串口功能继续有效 片内RAM和SRF保持不变 CPU状态保持、P0P3口维持原状 程序停顿。 中断和复位能退出待机,继续后面的程序。,SMOD GF1 GF0 PD IDL,PCON, PD：掉电控制位 =0：常规方式。 =1：掉电方式: 振荡器停振 片内RAM和SRF不变 P0P3口维持原状 程序停止 只有复位能退出掉电, IDL：待机控制位 =0：常规方式。 =1：待机方式： 振荡器继续振荡 中断,定时器,串口有效 片内RAM和SRF不变 CPU状态,P0P3维持原状 程序停顿。 中断和复位能退出待机,继续后面的程序。,SMOD GF1 GF0 PD IDL,PCON,串行口工作方式 0,工作方式0：10位移位寄存器I/O方式,发送：SBUF中的串行数据由RxD逐位移出； TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12； 每送出8位数据 TI就自动置1； 需要用软件清零 TI。,接收：串行数据由RxD逐位移入SBUF中； TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12； 每接收 8位数据RI就自动置1； 需要用软件清零 RI。,经常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用扩展接口。,方式0工作时，多用查询方式编程： 发送：MOV SBUF，A 接收：JNB RI，$ JNB TI，$ CLR RI CLR TI MOV A, SBUF,工作方式0：8位移位寄存器I/O方式(续),复位时,SCON 已经被清零,缺省值: 方式0。,接收前,务必先置位 REN=1 允许接收数据。,串行口方式0的扩展应用经常用到,串行口常用工作方式0扩展出并行I/O口， 工作方式1、2、3则常用于串行通信,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,74LS164,74LS164,74LS164,74LS164是串入并出芯片；74LS165是并入串出芯片,h g f e d c b a,h g f e d c b a,+5V,共阳LED 数码管,VCC,TxD,RxD,51单片机,共阳极,h g f e d c b a,a,b,c,d,g,e,f,h,共阳LED数码管 公共端(字位) 接高电平， 笔划(字段) 置为低电平 就被点亮了,h g f e d c b a,累加器 A,1 1 0 0 0 0 0 0,0C0H = “0”,比如要显示“0” 须令a b c d e f 为“0” 电平，g h为“1”电平。,再比如要显示“3” 须令a b c d g 为“0” 电平，e f h为“1”电平。,1 0 1 1 0 0 0 0,0B0H = “3”,例：利用串行口工作方式0扩展出8位并行I/O口，驱动共阳LED数码管显示09。,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,+5V,VCC,TxD,RxD,51单片机,74LS164,共阳LED数码管,根据上图编写的通过串行口和 74LS164 驱动共阳LED数码管 (查表)显示0-9数字的子程序： DSPLY:MOV DPTR, #TABLE MOVC A, A+DPTR MOV SBUF, A JNB TI, $ CLR TI RET TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H DB 0B0H,99H,92H DB 82H,0F8H,80H,90H,h g f e d c b a,累加器 A,1 1 0 0 0 0 0 0,0C0H = “0”,1 0 1 1 0 0 0 0,0B0H = “3”,共阳极,h g f e d c b a,a,b,c,d,g,e,f,h,C51程序如下： #include void main( ) unsigned char table=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99, 0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90; SCON=0x00; SBUF=table5; /显示数字5 while (TI=0); TI=0; while(1); ,常用于串行通讯。除发/收8位数据外，还 在D0位前有一个起始位“0”； 在D7位后有一个停止位“1”。,方式1工作时： 发送端自动添加一个起始位和一个停止位； 接收端自动去掉一个起始位和一个停止位。,工作方式1:10位UART(1+8+1位)波特率可变,波特率可变 用定时器T1作波特率发生器： 公式：波特率 =（2SMOD/32）T1的溢出率,波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率, 溢出率：T1溢出的频繁程度 即：T1溢出一次所需时间的倒数。, 初值 X = 2n -,2SMOD fosc 32 波特率 12, 波特率 =,2SMOD fosc 32 12(2n - X),其中：X 是定时器初值, 初值 X = 2n -,2SMOD fosc 32 波特率 12, 例 题目要求用T1工作于方式2来产生波特率1200， 已知晶振频率=6MHz。要求出T1的初值：,初值 X = 28 -,20 6106 32 1200 12,= 256 - = 256 - 13.02,6106 460800, 243 = 0F3H 结果后面要用到,表格有多种, 晶振也不止一种,常用波特率和T1初值查表,RxD引脚为接收端，TxD引脚为发送端,由波特率 发生器T1控制发送速度,不同于方式0：收/发都 需要由TxD送出移位时钟。,T1作波特率发生器时初始化包括: 选定时器工作方式2(TMOD选8位自动重装); 将计算(或查表)出的初值X赋给TH1,TL1; 启动T1 (SETB TR1); 对T1不要开中断 !,工作方式1的接收/发送,串行口的初始化包括: 对SCON选工作方式 对PCON设波特率加倍位“SMOD”(缺省值=0) 如果是接收数据,仍要先置“1”REN位,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON, SM0，SM1：串行口工作方式选择位。 0 1 ：方式1，8位UART（1+8+1位）, REN：串行口接收允许位。 REN=1 允许接收,串行口控制寄存器SCON,0 1 0 1 0 0 0 0, TB8，RB8，TI，RI等位由运行中间的情况 决定，可先写成 “0”, SM2：串行口多机通信控制位,作为方式2、3 的附加控制位，此处不用，可写成“0”,MAIN： ORG 0023H MOV TMOD，#20H SBR1:JNB RI,SEND MOV TL1，#0F3H LCALL SIN MOV TH1，#0F3H SJMP NEXT SETB TR1 SEND:LCALL SOUT MOV SCON, #50H NEXT:RETI SETB EA SIN: SETB ES RET LCALL SOUT SOUT: SJMP $ RET,例：串行通信方式1应用 用T1工作于方式2，产生波特率1200bps,发送子程序 接收子程序 SOUT： SIN: MOV A，R0 MOV A,SBUF MOV C，P MOV C, P CPL C JNC ERR MOV ACC.7, C ANL A, #7FH INC R0 MOV R1, A MOV SBUF, A INC R1 CLR TI CLR RI RET RET,例 (续),删除,删除,由于波特率固定,常用于单片机间通讯。 数据由8+1位组成，通常附加的一位 (TB8/RB8)用于“奇偶校验”。,工作方式2: 11位UART(1+8+1+1位)两种波特率,方式2的波特率 = fosc 2SMOD/64 即: fosc 1/32 或 fosc 1/64 两种,奇偶校验是检验串行通信双方传输的数据正确与否的一个措施，并不能保证通信数据的传输一定正确。 换言之：如果奇偶校验发生错误，表明数据传输一定出错了；如果奇偶校验没有出错，绝不等于数据传输完全正确。,奇校验：8位有效数据连同1位附加位中， 二进制“1”的个数为奇数 偶校验：8位有效数据连同1位附加位中， 二进制“1”的个数为偶数,约定接收采用奇校验 若接收到的9位数据中“1”的个数为奇数， 则表明接收正确，取出8位有效数据即可； 若接收到的9位数据中“1”的个数为偶数， 则表明接收出错！应当进行出错处理。,约定发送采用奇校验 若发送的8位有效数据中“1”的个数为偶数， 则要人为添加一个附加位“1”一起发送； 若发送的8位有效数据中“1”的个数为奇数， 则要人为添加一个附加位“0”一起发送。,采用偶校验时，处理方法与奇校验相反,回顾： 程序状态字寄存器PSW中有一个奇偶状态位 P,CY,AC,F0,RS0,OV,P,RS1,PSW.7,PSW.0,P (PSW.0):奇偶状态位。 P=1 表示目前累加器中 “1”的个数为奇数 P=0 表示目前累加器中 “1”的个数为偶数 CPU随时监视着Acc的“1”的个数并自动反映在 P,工作方式2 的奇偶校验用法, 选用偶校验方式发送 PIPL: PUSH PSW ;保护现场 PUSH ACC CLR TI ;清发送中断标志以备下次发送 MOV A，R0 ;取由R0所指向的单元中的数据 MOV C, P ;将奇偶标志位通过C放进TB8 MOV TB8, C ;一起发送出去 MOV SBUF,A ;启动发送 INC R0 ;指针指向下一个数据单元 POP ACC ;恢复现场 POP PSW RETI ;中断返回,串口方式2 的奇偶校验用法：, 选用偶校验方式发送 如果 A 中的数的1的个数是奇数（P=1）， 将TB8写成“1”一起发出去； 反之：若（P=0）则写TB8=“0”发出去。 选用偶校验方式接收 若收到的数中P=0,且检查到RB8=0就可能对了 若收到的数中P=1,且检查到RB8=1就可能对了 若P=0且RB8=1或P=1且RB8=0就一定出错了！,串口方式2 的奇偶校验用法：,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R1,SCON,串行口控制寄存器SCON,TB8 RB8, 选用偶校验方式接收： PIPL:PUSH PSW ;保护现场 PUSH ACC CLR RI ;清发送中断标志以备下次发送 MOV A，SBUF;读进收到的数据 MOV C, P ;奇偶标志位C =JNB P，L1 JNC L1 ;C=0时转到L1 P=0时转到L1 JNB RB8,ERR;P=1时转到L2，若RB8=0“出错” SJMP L2 ;RB8=1 则表明接收正确，转L2 L1: JB RB8,ERR;P=0且RB8=1表明“出错” L2: MOV R0, A ;P=0且RB8=0表明接收正确 INC R0 ;指针指向下一个数据单元 POP ACC ;恢复现场 POP PSW ERR:出错处理 RETI ;中断返回 RETI,例:编程将甲机片内RAM中30H3FH中的16个数据发送给乙机，串行口工作在方式2，波特率固定，TB8作为奇偶校验位。,分析：两台单片机应用系统在进行通信时，如果距离较近，接口只需三根导线，将它们的串行口直接相连，即可实现双机通信，如图所示。,甲机发送程序（汇编） 编程将甲机片内RAM中30H3FH中的16个数据发送给乙机，串行口工作在方式2，波特率固定，TB8作为奇偶校验位，程序如下： ORG 0050H MOV SCON，#80H ；设定串行口为工作方式2 MOV PCON，#00H ；波特率为fOSC/64 MOV RO，#30H ；设置发送数据指针 MOV R3，#10H ；设置存放的数据块长度 XHA： MOV A，R0 ；取出待发送的数据 MOV C，P ；将A中的奇偶位送C MOV TB8，C ；奇偶位送TB8 MOV SBUF，A ；发送数据 LOOP：JBC TI，ZZ1 ；判断一帧数据是否发送完成 AJMP LOOP ；没有发送完继续发送 ZZ1： INC R0 ；发送完一字节取下一个数据 DJNZ R3，XHA ；判断16个数据是否发送完成 END,乙机接收程序（汇编）：接收甲机发送的16个数据并存放在本机内部RAM（30H3FH）中，串行口工作在方式2，核对奇偶校验位，并对接收数据的正确性进行判断，如果数据有错，转出错处理程序。 ORG 0050H MOV SCON，#90H ；设定串行口为工作方式2，并允许接收 MOV PCON，#00H ；波特率为fOSC/64 MOV RO，#30H ；设置接收数据指针 MOV R3，#10H ；设置存放的数据块长度 LOOP： JBC RI，JSH ；判断一帧数据是否接收完成 AJMP LOOP ； JSH： MOV A，SBUF ；将接收数据送A中 JB PSW.0，OHT ；判断接收到的数据的奇偶性 JB RB8，ERR ；如果与发送的奇偶性不同，转错误处理 AJMP RTH ；转正确处理 OHT： JNB RB8，ERR RTH： MOV R0，A ；接收数据送内部RAM INC R0 ；内存指针加1 DJNZ R3，LOOP ；判断16个数据是否接收完成 JS1： AJMP JS1 ERR： END,甲机发送端程序（C51）： #include #define uchar unsigned char void send(void); uchar code tr16=0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17, 0x18,0x19,0x1a,0x1b,0x1c,0x1d,0x1e,0x1f; void main(void) TMOD=0x20; TH1=0xf4; TL1=0xf4; /*晶振频率为12MHz,波特率为2400*/ SCON=0xd0; PCON=0x00; TR1=1; send(); void send() uchar i; for(i=0;i16;i+) SBUF=tri; while(!TI); TI=0; ,接收端C51程序： #include #define uchar unsigned char void rece( ); uchar re16; void main(void) TMOD=0x20; TH1=0xf4; TL1=0xf4; SCON=0xd0; PCON=0x00; TR1=1; rece( ); void rece() uchar m; for(m=0;m16;m+) while(RI=0); rem=SBUF; RI=0; ,工作方式3:当SM0,SM1为11时,串行口工作于方式3 11位UART(1+8+1+1位) 波特率可变,串口方式3和方式2唯一的区别是波特率机制不同。 方式2的波特率固定为时钟周期的32或64分频，不可变。此工作方式与其他串行通讯设备连接困难，因此不常用。 方式3的波特率可变，按前面的公式计算：,波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率, 波特率 =,2SMOD fosc 32 12(2n - X),其中：X 是定时器初值,模式2、3的应用：多机通讯,在方式2或方式3下，TB8是发送的第9位数据，可用软件置1和清0；RB8是接收到的第9位数据；这两位可以作为奇偶校验位。,SM2 :多机通信使能位. 1，模式0、1时: SM2不用，应设为0。时RI才能被正常激活并引发中断; 2，模式2、3时: 若SM2=0时，无论接收到的第9位RB8是1还是0，只要收到数据，RI就置1。 若SM2=1,收到的第9位(RB8)=0时,则RI不会被激活； 若SM2=1且RB8=1时,RI才能被激活=1并引发中断。,用在多机通信时，TB8和RB8位可作为地址与数据帧的标志位，一般约定地址帧为“1”，数据帧为0。,利用第9位数据作为单片机之间通信的联络位，其关键在于巧妙地使用SM2位和接收到的第9个附加数据位(接收后放在RB8中)。通常主机与从机之间通信应做如下约定。 1）主机向从机发送地址信息时，其第9位数据必须为1，而向从机发送或接收从机送来的数据信息（包括命令）时，其第9位数据均应规定为0且主机的SM2也应设为0。 2）所有从机在建立与主机通信之前，均应处于对通信线路的监听状态。在监听状态下必须使SM2=1，此时只能收到主机发出的地址信息(第9位为1)，非地址信息不接受。 3）所有从机收到地址后均应进行识别，判断是否是主机呼叫本从机，如果收到的地址与本从机的地址相符合，即为呼叫本从机。当确认是主机呼叫本从机后，该从机应解除监听状态，使SM2=0，同时把本从机的地址发回主机作为应答信息，只有这样才能收到主机发送的有效数据或向主机发送数据。其它从机由于地址不符，仍保持监听状态，