片机的串行通信技术.pptVIP

第7章 单片机的串行通信技术,7.1 串行通信概述 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.1 串行通信概述 7.1.1 数据通信 7.1.2 异步通信和同步通信 7.1.3 波特率的概念和串行通信的传输方向 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.1 串行通信概述,常用的数据通信包括两种形式：并行通信和串行通信。,并行通信,（1）并行方式数据的各位同时发送或同时接收。 传送速度快，但因需要多根传输线，故一般只在近距离通 信中使用。,7.1.1 数据通信,串行通信,（2）串行方式数据的各位依次逐位发送或接收。 传输速度慢，但因只需较少传输线，故适合于远距离通信。,7.1 串行通信概述 7.1.1 数据通信 7.1.2 异步通信和同步通信 7.1.3 波特率的概念和串行通信的传输方向 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.1 串行通信概述,7.1.2 异步通信和同步通信,在串行数据通信中，有同步通信和异步通信两种方式。,一帧数据由起始位、数据位、可编程位和停止位构成 特点收发双方不同步时，能够依靠在每帧开始时的不断对齐，自行纠正偏差，故对收发双方的时钟精度要求较低，但因每个字节都要建立一次同步，所以工作速度较低。,1. 异步通信以字符为单位组成字符帧进行的数据传送,2. 同步通信,同步通讯数据格式数据以块为单位连续传送。,在发一组数据时，只在开始用若干个同步字符作为双方的号令，然后连续发送整组数据。,特点数据是以数据块为单位连续传送的，结构紧凑，传输效率高，但要求双方有准确的时钟，对硬件要求高。,7.1 串行通信概述 7.1.1 数据通信 7.1.2 异步通信和同步通信 7.1.3 波特率的概念和串行通信的传输方向 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.1 串行通信概述,7.1.3 波特率的概念和串行通信的传输方向,波特率为每秒钟发送二进制数码的位数，即b/S (位/秒)。,在串行通信中，数据传输速率的快慢，通过波特率来衡量。,例如，在异步通信中传输速度为360字符/秒，每个字符又包含10位，则波特率为： 360字符/秒 * 10位/字符 3600波特,标准波特率：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特等。,三种传输形式：单工、半双工、全双工,在串行通信中，按照传输数据的流向，可分成三种传输形式：,单工通信 半双工通信 全双工通信 Simplex Half Duplex Full Duplex,80C51 内部设有一个全双工串行接口,收发双方角色固定不能互换,收发双方角色可换但需切换,收发双方互不影响双向通信,RXDReceive Data接收数据 TXDTransmit Data发送数据,7.1 串行通信概述 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.2.1串行口的结构组成 7.2.2串行口控制寄存器 7.3 串行通信工作方式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.2 串行口的结构组成及控制寄存器,7.1 串行口的结构组成,若干寄存器： 两个数据缓冲器SBUF（99H）+串行控制寄存器SCON（98H） +移位寄存器+ 。,两个引脚：数据接收RXD(P3.0) 和数据发送TXD(P3.1)。,内部数据并行写入SBUF发数据串行送出中断标志位TI硬件置1CPU响应中断TI软件清零，写入下一数据,CPU,(1) 发送数据过程（中断法）,外界数据串行送入移位寄存器数据并行送入SBUF收标志位RI硬件置1CPU响应中断RI软件清零，读走数据,CPU,(2) 接收数据的过程（中断法）,数据传送将串行数据按一定节拍（同步时钟脉冲）输出到传输线上，或从传输线上读入。,同步时钟信号可由系统时钟或定时器产生,发送数据时，发送时钟的下降沿将数据串行移位输出；,接收数据时，接收时钟的上升沿开始对数据位采样。,7.1 串行通信概述 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.2.1串行口的结构组成 7.2.2串行口控制寄存器 7.3 串行通信工作方式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.2 串行口的结构组成及控制寄存器,在物理上有两个SBUF：一个用于发送，另一个用于接收。在逻辑上只有一个SBUF（99H）。 可根据用法区分功能：,uchar counter; 待发送存放变量 SBUF = counter; 完成一次数据发送 counter = SBUF; 完成一次数据接收,CPU,7.2.2 串行口控制寄存器,(1) 串行数据缓冲器，SBUF,SM2、TB8、RB8主要用于多机通讯（略）,(2) 串口控制寄存器，SCON（98H）,由定时器产生的同步时钟,(3) 电源控制寄存器，PCON（87H）,通过SM0和SM1不同的取值，可选择串行通信中的四种工作方式。,7.1 串行通信概述 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式 7.3.1 方式0（八位同步移位寄存器方式） 7.3.2 方式1（十位异步收发通信模式） 7.3.3 方式2、方式3数据帧格式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.3 串行通信工作方式及应用举例,7.3.1 方式0：八位同步移位寄存器方式,数据传输波特率固定为fosc/12 由RXD引脚输入或输出数据（低位在前,高位在后） 由TXD引脚输出同步时钟信号,扩展输出口,扩展输入口,用于扩展并行I/O接口,实例1 利用74LS164扩展并行输出口,并实现发光二极管循环控制功能,能将串行输入数据转为并行输出,工作原理： 1）CLEAR端若为低电平，输出端QAQG都为0； 2）CLEAR端若为高电平，且CLOCK端出现上升沿脉冲，则 输出端锁存输入端的电平,74LS164为8位串并转换移位寄存器,数据发送端A(B)RXD ； 同步时钟端CLKTXD； 数据清除端CLRP1.0,接线原理,#include sbit MR=P10; void delay() /延时 unsigned int i; for (i=0; i20000; i+) void main() unsigned char index, LED; /定义LED指针和显示字模 SCON = 0; /设置串行模块工作在方式0 MR = 1; / CLEAR端1，允许输入数据 while (1) LED=0xFE; for (index=0; index 8; index+) SBUF = LED; /控制L0灯点亮 do while(!TI); /通过TI查询判别数据是否输出结束 LED = (LED1) |1); /左移1位，末位置1 if (LED= 0xff) LED = 0xfe; /若已循环一遍，准备重新开始 delay(); ,实例1参考程序,实例1运行效果,7.1 串行通信概述 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式 7.3.1 方式0（八位同步移位寄存器方式） 7.3.2 方式1（十位异步收发通信模式） 7.3.3 方式2、方式3数据帧格式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.2 串行口的结构组成及控制寄存器,一帧信息：1个起始位(0)+8位数据位+1个停止位(1) ，其中起始位和停止位是自动插入的。,7.3.2 方式1：10位数据异步通讯方式,用于双机通信,波特率=2SMOD(T1的溢出率)/32 数据位由 P3.0 (RXD)端接收, 由P3.1(TXD)端发送 一帧信息为 10 位: 一位起始位（0）, 8 位数据位（低位在前）和一位停止位（1）。 发送过程: 用软件清除 TI后, CPU执行任何一条以 SBUF为目标寄存器的指令, 就启动发送过程。数据由TXD引脚输出, 此时的发送移位脉冲是由定时器/计数器 T1 送来的溢出信号经过 16 或 32 分频而取得的。一帧信号发送完时, 将置位发送中断标志TI=1, 向CPU申请中断。,2. 方式110位UART方式,用软件清除 RI后, 当允许接收位REN=1 时, 接收器以选定波特率的 16 倍的速率采样 RXD引脚上的电平, 即在一个数据位期间有 16 个检测脉冲, 并在第 7、 8、9 个脉冲期间采样接收信号, 然后用三中取二的原则确定检测值, 以抑制干扰。 并且采样是在每个数据位的中间, 避免了信号边沿的波形失真造成的采样错误。 当检测到有从“1”到“0”的负跳变时, 则启动接收过程, 在接收移位脉冲的控制下, 接收完一帧信息。 当最后一次移位脉冲产生时能满足下列两个条件: RI=0; 接收到的停止位为1 或 SM2=0。 则停止位送入RB8，8位数据进入SBUF，并置RI1，完成一次接收过程。否则，所接收到的一帧信息将丢失，接收器复位，并重新开始检测负跳变，以便接收下一帧信息。,接收过程:,发送条件：由SBUF = counter即可启动发送过程 发送完成：硬件TI置1,接收条件：在允许接收位REN=1时即可启动接收过程 接收完成：硬件RI置1，数据SBUF,指定T1为波特率时钟发生器（波特率时钟可变）,通常选择定时器方式2（取fosc为11.0592MHz）,例如： SCON=0x50; /串口设为方式1，TI和RI清零，允许接收 PCON=0x80; /波特率加倍（2） TMOD=0x20; /T1设为定时方式2 TH1=0xcc; /定时器初值 TL1=0xcc; /重置的定时初值 IE=10010000B;/中断使能（开中断） TR1=1; /启动T1,一般初始化过程,方式1应用举例,例7.3 将89C51单片机的TXD接RXD，实现单片机串行口数据自发自收，并将接收的数据通过P1口输出到发光二极管显示。系统时钟频率为11.0592MHz，自发送接收的波特率为2400bps。编写程序，要求：单片机串行口工作在方式，从TXD发送数据0x55，从RXD将该数据读回，并送P1口通过8个发光二极管显示。电路图如图7.13所示。,应用C51编写的程序如下：,#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void main() uchar i=0x55;uint j=0; TMOD=0X20; /设置定时器1工作在模式2 TL1=0xf4; /根据传输的波特率设置定时器1初值 TH1=0xf4; PCON=0x00; /电源控制寄存器最高位为0，波特率不加倍 SCON=0x50; /选择工作方式1，使能收发功能 TR1=1; /启动定时器1 while(1) SBUF=i; /发送数据 dowhile(!RI); /等待发送数据返回 RI=0;TI=0; /软件将标志位RI和TI清0 i=SBUF; /读取数据 P1=i; /送入P1口显示 i=i; /将发送数据取反 for(j=0;j12500;j+); /延时 ,双机通信协议 通行方式：例如异步串行通信 波特率： 例如2400b/s 发机要求发送的呼叫信号：例如10H 收机同意接收的应答信号：例如20H 收机不同意接收的应答信号：例如30H 告知数据正确的应答信号：例如0FH 通信结束标志信号：例如0AH ,要求设计一个双机通信方案，甲机发送数据，乙机接收数据。两机的振荡频率为12MHz，波特率设置为2.4k，工作在串口方式1。 甲机循环发送0-15的数字，乙机接收后返回接收值。若发送值与返回值相等，继续发送下一数字，否则重复发送当前数字。 发送值和接收值应显示在LED数码管上; 采用查询法检查收发是否完成。,实例2：,实例2电路原理图,实例2程序流程图,实例2甲机参考程序,#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void delay(unsigned int time) uint j=0; for(;time0;time-) for(j=0;j15)counter=0;/修正计数器值 delay(500); /延时 ,实例2乙机参考程序,#include #define uchar unsigned char void main(void) uchar receiv; /定义接收缓冲 TMOD=0x20; /T1定时方式2 TH1=0xf4; /2400b/S TL1=0xf4; PCON=0x00; /SMOD0，波特率不加倍 TR1=1; /启动T1 SCON=0x50; /串行方式1，TI和RI清零，允许接收 while(1) while(RI=1) /等待接收完成 RI=0; /清RI标志 receiv=SBUF; /取得接收值 SBUF=receiv; /结果返回主机 while(TI=0); /等待发送完成 TI=0;/清TI标志 P2=receiv; /显示接收 ,实例2运行效果,7.1 串行通信概述 7.2 串行口的结构组成及控制寄存器 7.3 串行通信工作方式 7.3.1 方式0（八位同步移位寄存器方式） 7.3.2 方式1（十位异步收发通信模式） 7.3.3 方式2、方式3数据帧格式及应用举例 7.4 串行通信设计应用举例,7.2 串行口的结构组成及控制寄存器,因此：串行口工作于模式 2 和模式 3 时, 被定义为 9 位异步通信接口。 其每帧数据结构是 11 位的: 首先是起始位（0）, 其后是 8 位数据位D0D7（低位在先）, 第 10 位是可编程位D8, 最后一位是停止位（1）。,7.2.3 方式2、方式3数据帧格式及应用举例,方式2和方式3的数据帧都是11位用于多机通信 格式为：,可编程位可用作奇偶校验位，但在多机通信时，往往用作地址和数据的区别通讯标识。,一个起始位，8个数据位，一个可编程位和一个停止位,方式2与方式3的区别：,方式 2 和方式3 工作原理相似, 唯一的差别是方式2 的波特率是固定的, 即为 fOSC/ 32或 fOSC / 64; 而方式 3的波特率是可变的, 与定时器 T1的溢出率有关。 方式2的波特率=2SMOD(fosc/64) 方式3的波特率=2SMOD(T1的溢出率)/32 (与方式1同),注： 可编程位可以由软件置1或清0； 发送时在TB8中，连同八位数据通过串口发出。 收到数据后，数据存入接收SBUF内，可编程位存入RB8中。,发送过程：第9位数据-TB8 其它8位-SBUF 进行一次发送。当第9位数据(TB8)输出后，置位TI。 接收过程：在REN=1时，在第9位数据收到后，若下列条件同时满足： RI=0; SM2 =0 或接收到的第 9 位数据为“1”。 则将已接收到的数据装入SBUF和RB8，并置位RI。若不满足则接收无效。 可见，方式2和方式3的接收与方式1接收不同：其RB8装入的是第9位数据而方式1 RB8装入的是停止位。所接收的停止位的值与SBUF、 RB8 和 RI都没有关系, 利用这一特点可用于多机通信中。,方式2和方式3的发送和接收过程,方式2的波特率为固数值：,方式3的波特率和方式1相同，是可变的：,(与方式1同),波特率计算公式,串行口控制寄存器SCON中的SM2为多机通信接口控制位。串行口以方式2或3接收时，若SM2为1，则仅当接收到的第9位数据RB8为1时，数据才装入SBUF，置位RI，请求CPU对数据进行处理；当SM2为0时，则接收到一个数据后，不管第9位数据RB8是0还是1，都将数据装入接收缓冲器SBUF并置位中断标志RI，请求CPU处理。,多机通信原理,使所有从机的SM21，处于接收地址状态。 主机发送一帧地址信息，其中前8位为地址，第9位为地址标置1 从机收