单片机原理与c51编程课件8第八章 串行通信技术.ppt

,第八章 串行通信技术,课程目标、课程重点与难点,课程目标： 掌握微机控制系统串行通信的基本概念，RS-232C串行接口的含义及应用。掌握单片机双机通信的应用程序设计，了解单片机多机通信的特点和应用。 课程重点与难点： RS-232C串行接口应用，单片机串行通信的工作方式，单片机双机通信的应用程序设计。,8.1 串行通信基础知识,1、通信基本概念 通信：将数据从一端发送到另一端，以实现数据的交换。 如： 人与人之间的对话 计算机与设备间的数据交换 计算机与计算机间的数据发送 广播或卫星的数据发送 通信系统包括：发送端、接收端、转换数据的接口及发送数 据的通道。,8.1 串行通信基础知识,2、并行通信与串行通信 并行通信：一次的传输量为8个位（l个字节）。 串行通信：一次只传输l个位（也就是一个标准电位状态）。,图8-1 并行通信与串行通信的传输方式 a)并行传输 b)串行传输,8.1 串行通信基础知识,3、同步通信与异步通信 （1）同步通信：发送器和接收器必须使用同一个时钟控制串行数据的发送和接收。 通信特点：在每个数据块传送开始时，先发送1-2位同步字符使收/发双方同步后再发送数据，当数据传送完毕后，发送器发送结束串行通信同步字符，停止串行通信。 同步通信虽然一次传送数据量较大，由于要求收发时钟严格同步，在实际应用中较难实现，所以在实际工程中应用较少。,8.1 串行通信基础知识,（2）异步通信：发送器和接收器分别使用自己的时钟，两个时钟的频率大致相同，能在短时间内保持同步即可。异步通信字符数据的传送格式，每一帧数据均由起始位、数据位、校验位和停止位组成。,图8-2 异步串行通信数据格式,8.1 串行通信基础知识,起始位：表示串行数据通信开始，逻辑0有效，固定为1位。 数据位：可选择5-8位，在工业中，常采用7位ASC码来表示 发送的数据，而最高为作为奇偶校验位用。 校验位：检查所发送数据正确性的一种核对码，固定为1位。 停止位：表示传送数据的结束，可选择l位、1.5位或2位。,8.1 串行通信基础知识,4、串行通信三种方式 单工方式：数据只能从一方发送到另一方，数据的流动方向 是固定的。 半双工方式：数据流动的方向是双向的，但在某一时刻，数 据只能在一个方向上流动。 全双工方式：允许数据同时在两个方向流动，既通信双方发 送数据和接受数据同时进行。,8.1 串行通信基础知识,5、串行通信协议 （1）串行通信的数据的格式：确定数据帧的结构，如1帧数据10位（起始为1位、数据为7位、校验位1位、停止位1位）或1帧数据11位（起始为1位、数据为8位、校验位1位、停止位1位）。 （2）波特率：表示数据传送的速率，表示每秒所能传送数据的位数，用bps 表示，如2400bps 、4800bps 、9600bps 等。若波特率为4800bps ，1帧数据为10位，则每秒所能传送的字符为480个。,8.1 串行通信基础知识,（3）校验方式 在单片机串行通信时，常采用奇校验位（Odd Parity）和偶 校验位（Even Parity）两种方式。 偶校验：发送字符中（包括校验位在内）含“1”的个数为偶数。 奇校验：发送字符中（包括校验位在内）含“1”的个数为奇数。 如：发送字符“A”时，A的ASC码是41H（01000001B），含有“1”的为偶数，如果采用偶校验，则校验位是0，发送数据“41H”即可；如果采用奇校验，则校验位必须为1,发送字符“A”时,实际发送的是“C1H”。,8.2 串行通信接口,1、串行通信接口类型 异步串行通信接口主要有： （1）RS-232C通信接口：最早的通信接口，应用广泛。 （2）RS-485（RS-422）通信接口：用于多结点、远距离的主 从式多机通信。 （3）20mA电流环：多由于干扰比较复杂的场合。 （4）CAN总线接口：是一种多主总线，用于多主对等通信系统。 （5）USB通信接口：速度较快、最多可接127个节点，通信距离较短。,8.2 串行通信接口,2、RS-232C串行通信接口 （1） RS-232C串行通信接口特点： 通信距离：小于15m。 通信速率：20KB/S。 机械接口：25针/9针D型接口。 电气特性：采用负逻辑电平。 逻辑“1”：-5V15V。 逻辑“0”：+5V+15V。,8.2 串行通信接口,（2） RS-232C串行通信接口连接： 工程应用中，RS-232C接口通常采用9针D型口。常用的连线示意图为： 发送数据：TXD，2脚 接收数据：RXD，3脚 信号地：7脚 数据设备准备好：DSR，6脚 数据终端准备好：DTR，9脚,图8-3 计算机与RS-232C的连接,8.2 串行通信接口,单片机控制系统中，常用的三线制连接方法如下：,图8-4 计算机与RS-232C的最简连接,8.2 串行通信接口,3、RS-232C串行口电平转换 RS232C的逻辑电平：负逻辑电平。 逻辑“1”：-5V-15V，逻辑“0”：5V15V TTL电平： 逻辑“1”3.5V-5V，逻辑“0”0V-2.5V。 二者电平不兼容，因此为了与TTL器件连接，必须进行电平转换。MC1488驱动器、MC1489接收器是RS232C通信接口中常用的集成电路转换器件。,8.2 串行通信接口,MC1488驱动器、MC1489接收器结构如下：,图8-5 a) MC1489总线接收 b)MC1488发送器,8.2 串行通信接口,4、 RS485通信接口 （1）机械特性 采用RS232/ RS485连接器（如ADAM4520）将PC串口RS232信号转换成RS485信号，或接入TTL/ RS485转换器（如MAX485）将I/ O接口芯片TTL电平信号转换成RS485信号，进行远距离高速双向串行通信。 （2）电气特性 信号负逻辑，2V6V表示“0”，- 6V- 2V表示“1”，二线双端半双工差分电平发送与接收，无公共地线，能有效克服共模干扰、抑制线路噪声，传输距离1.2km，最高数据传输速率可达10Mbit/s（40m）。,8.2 串行通信接口,5、 CAN通信接口 CAN是一种多主总线，通信介质为双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，通信距离可达10km。 单片机CAN总线的应用可以选择片内集成CAN控制器的单片机，如：Philips的80C591等；或采用独立CAN控制器，如：SJA1000CAN控制器等。收发器可采用PCA82C250/251 来完成是控制器和物理传输线路之间的接口。,8.3 89C51单片机串行接口,一、串行接口的结构 89C51单片机的串行口主要由二个物理上独立的串行数据缓冲器SBUF、发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门组成。如下图所示。 发送数据缓冲器SBUF只能写入，不能读出，接收数据缓冲器只能读出，不能写入，二个缓冲器共用一个地址99H。 串行口工作方式由控制寄存器SCON中的控制字决定。 串行通信的波特率发生器：由定时器T1或T2构成。,8.3 89C51单片机串行接口,图8-6 89C2051串行口组成示意图,8.3 89C51单片机串行接口,二、串行口控制寄存器SCON 串行口控制寄存器SCON字节地址为98H，可位寻址。 SCON用来设定串行口工作方式、接收发送控制以及设置状态标志。其格式如下： （1）SM0、SMl 串行口工作方式选择位，可选择4种工作方式如下表所示。,8.3 89C51单片机串行接口,（2）SM2 工作方式2、3中的允许多机通信控制位。若SM2=1、而接收到的第9位数据（RB8）为0，则RI（按收中断）不被激活。在方式1中，若SM2=1，只有接收到有效的停止位，RI才被激活。在方式0中，SM2必须是0。,8.3 89C51单片机串行接口,（3）REN 允许串行接收位。由软件置位或清除.REN1时允许接收.REN=0时禁止接收。 （4）TB8 发送数据位8。该位是方式2、3中要发送的第9位数据。在许多通信协议中，该位是奇偶位。可用软件置位与清零。在51系列单片机多机通信中用来表示是地址帧还是数据帧。 （5）RB8 接收数据位8，是方式2、3中所接收的第9位数据，在MCS51多机通信中为地址、数据标识位。方式0中RB8未用，方式1中，若SM2=0，RB8是已接收的停止位。,8.3 89C51单片机串行接口,（6）TI 发送中断标志。在方式0中，发送完第8位数据时，硬件自动置位;在其它方式中，在发送停止位之初，由硬件自动置位。TI=l时，申请中断，CPU响应中断后，发送下 一帧数据。在任何方式中，TI都必须由软件清零。 （7）RI 接收中断标志。在方式O中，第8位接收完毕，由硬件置位。其它方式中，在接收停止位的中间点由硬件置位。RI=l时申请中断，要求CPU取走数据。但在方式1中，SM2l时，若未收到有效的停止位，不会对RI置位。RI须由软件清零。,8.3 89C51单片机串行接口,三、电源控制寄存器PCON 在HMOS的单片机中，该寄存器中除最高位外，其他位都是虚设的。最高位SMOD是串行口波特率的倍增位，当SMOD=l时串行口波特率加倍。系统复位时，SMOD0。PCON寄存器地址87H，不能进行为操作。,8.3 89C51单片机串行接口,四、串行口的工作方式 1、方式0 串行口为同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，为fOSC/12，数据由RXD（P3.0）端出入，同步移位脉冲由TXD（P3.1）端输出，发送、接收的是8位数据，低位在先。波特率为振荡频率的十二分之一。 （1）发送 执行任何一条将SBUF作为目的寄存器指令时，数据开始从RXD端串行发送。,8.3 89C51单片机串行接口,（2）接收 在满足REN=l和RI=0的条件下，就会启动一次接收过程。此时，RXD为串行输入端，TXD为同步脉冲输出端。 2、方式1 在方式l状态下，串行口为8位异步通信接口。一帧信息为l0位；l位起始位，8位数据（低位在先）和1位停止位。TXD为发送端，RXD为接收端。波特率不变。 （1）发送 串行口以方式1发送时，数据由TXD端输出，CPU执行一条写入SBUF的指令后，便启动串行口发送，发送完一帧信息时，发送中断标志置1。,8.3 89C51单片机串行接口,（2）接收 数据从RXD端输入。当允许输入位REN置l后，接收器便以波特率的16倍速率采样RXD端电平，当采样到l至O的跳变时，启动接收器接收。 方式1的接收数据时，在同时满足条件 1）RI=O； 2）SM2=0或接收到的停止位=1。 时，接收数据有效，实现装载SBUF、RB8及RI置1。,8.3 89C51单片机串行接口,3、方式2和方式3 方式2、3为9位异步通信口，发送、接收一帧信息由ll位组成，即起始位1位、数据8位（低位在先）、1位可编程位（第9数据位）和1位停止位发送时，可编程位（TB8）可设置0或1，接收时，可编程位送入SCON中的RB8。 （1）发送 方式2、3发送时，数据由TXD端输出，附加的第9位数据为SCON中的TB8。CPU执行一条写入SBUF的指令后，便立即启动发送器发送，送完一帧信息时，置Tl=l中断标志。,8.3 89C51单片机串行接口,（2）接收 与方式1类似，当REN=1时，CUP开始不断地对RXD采样，采样速率为波特率的16倍，当检测到负跳变后启动接收器，位检测器对每位采集3个值，用采3取2办法确定每位状态。当采至最后一位时，将8位数据装入SBUF，第9位数据装入RB8并置RI=l。 方式2、3在接受数据时，在同时满足条件 1）RI=O； 2）SM2=0或接收到的停止位=1。 时，接收数据有效，实现装载SBUF、RB8及RI置1。,8.3 89C51单片机串行接口,方式2、3的区别在于：方式2的波特率为fOSC/32或fOSC/64（fosc/）（64/2SMOD），而方式3的波特率可变。 五、串行通信的波特率 串行口在方式0和方式2工作时，其波特率为固定值。 方式0发送接收时，其波特率为振荡频率的十二分之一（fOSC/12）。 方式2发送接收时，其波特率为fosc/（64/2SMOD）。,8.3 89C51单片机串行接口,串行口在方式1和方式3的波特率可变，与溢出率有关。 51内核单片机常用定时器1作为波特率发生器，其波特率由下式确定： 波特率=（定时/计数器l溢出率）/（32/2SMOD） 其中SMOD为特殊功能寄存器PCON中的第8位特征位。 定时/计数器的溢出率取决于计数速率和定时时间常数。 溢出速率可由下式确定： 溢出率=计数速率/256一（TL1） T1工作于自动装载方式的工作方式2时， 计数速率=fOSC/12，,8.3 89C51单片机串行接口,定时/计数器产生的常用波特率如下表,8.3 89C51单片机串行接口,六、串行发送、接收实例 【例8-1】设计一个发送程序，将片内RAM50H5FH中的数据串行发送，串行口设定为方式2状态，TB8作奇偶校验位。 分析： （1）在数据写入发送缓冲器之前，先将数据的奇偶位P写 TB8，这时第9位数据作奇偶校验用。 （2）片内RAM50H5FH地址用指针来指向。 （3）发送数据采用查询方式。