UART、SPI、I2C串口通信.ppt

UART SPI I2C串口通信培训主讲赵建鹏 一 UART通信二 SPI通信三 I2C通信 UART SPI I2C串口通信 一 UART通信 1 串行通信和并行通信2 51系列单片机UART通信原理3 C8051F系列单片机的串口及波特率配置 1 串行通信和并行通信 数据通信 若干个数据设备之间的信息交换称为数据通信 两种方式 并行通信和串行通信 并行通信 是指数据的各位同时传送 每一位数据都需要一条传输线并且需要若干条控制信号线 这种方式仅适合于短距离的数据传输 并行传输的特点是 传输速率快 接口电路简单 1 串行通信和并行通信的区别 串行通信 是指数据中的各位分时传送 此时只需要一条数据线 外加一条公共信号地线和若干条控制信号线 因为一次只能传送一位 所以对于一个字节的数据 至少要分8位才能传送完毕 串行通信的特点 传输线少 长距离传输成本 但是传输控制比并行要相对复杂 数据传输方式 单工 半双工和全双工 1 串行通信和并行通信 单工 A只能发信号 B只能收信号 信号单向传输 半双工 A能发信号给B B也能发信号给A 但是这两个过程不能同时进行 最典型的例子是对讲机 全双工 A在给B发信号的同时B也能给A发信号 最典型的例子打电话 波特率 波特率是指每秒内传送二进制数据的位数以b s和bps 位 秒 为单位 1 串行通信和并行通信 2 51系列单片机UART通信 UART作为异步串口通信协议的一种 工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输 起始位 先发出一个逻辑 0 的信号 表示传输字符的开始 数据位 紧接着起始位之后 数据位的个数可以是4 5 6 7 8等 构成一个字符 通常采用ASCII码 从最低位开始传送 靠时钟定位 奇偶校验位 数据位加上这一位后 使得 1 的位数应为偶数 偶校验 或奇数 奇校验 以此来校验数据传送的正确性 2 51系列单片机UART通信 停止位 它是一个字符数据的结束标志 可以是1位 1 5位 2位的高电平 由于数据是在传输线上定时的 并且每一个设备有其自己的时钟 很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步 因此停止位不仅仅是表示传输的结束 并且提供计算机校正时钟同步的机会 适用于停止位的位数越多 不同时钟同步的容忍程度越大 但是数据传输率同时也越慢 空闲位 处于逻辑 1 状态 表示当前线路上没有数据传送 2 51系列单片机UART通信 2 51系列单片机UART通信 UART工作原理 发送数据过程 空闲状态 线路处于高电位 当收到发送数据指令后 拉低线路一个数据位的时间T 接着数据按低位到高位依次发送 数据发送完毕后 接着发送奇偶校验位和停止位 停止位为高电位 一帧数据发送结束 接收数据过程 空闲状态 线路处于高电位 当检测到线路的下降沿 线路电位由高电位变为低电位 时说明线路有数据传输 按照约定的波特率从低位到高位接收数据 数据接收完毕后 接着接收并比较奇偶校验位是否正确 如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存 2 51系列单片机UART通信 UART的接收数据时序为 当检测到数据的下降沿时 表明线路上有数据进行传输 这时计数器CNT开始计数 当计数器为24 16 8时 采样的值为第0位数据 当计数器的值为40时 采样的值为第1位数据 依此类推 进行后面6个数据的采样 如果需要进行奇偶校验 则当计数器的值152时 采样的值即为奇偶位 当计数器的值为168时 采样的值为 1 表示停止位 一帧数据接收完成 2 51系列单片机UART通信 2 51系列单片机UART通信 UART波特率发生器 波特率是衡量数据传输速率的指标 表示每秒传送数据的字符数 单位为Baud UART的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的 波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率 而是波特率时钟频率的16倍 目的是为在接收时进行精确地采样 以提取出异步的串行数据 根据给定的晶振时钟和要求的波特率 可以算出波特率分频计数值 2 51系列单片机UART通信 51单片机串口的四种方式 2 51系列单片机UART通信 方式0 方式0时 移位时钟脉冲由56 即第6个状态周期 第12个节拍 给出 即每个机器周期产生一个移位时钟 发送或接收一位数据 所以 波特率为振荡频率的十二分之一 并不受PCON寄存器中SMOD的影响 即 方式0的波特率 fosc 12 2 51系列单片机UART通信 2 51系列单片机UART通信 方式l和方式3的波特率方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定 故波特宰由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定 即 方式1和方式3的波特率 2SMOD 32 T1溢出率 其中 溢出率取决于计数速率和定时器的预置值 计数速率与TMOD寄存器中C T的状态有关 当C T 0时 计数速率 fosc 2 当C T 1时 计数速率取决于外部输入时钟频率 当定时器Tl作波特率发生器使用时 通常选用可自动装入初值模式 工作方式2 在工作方式2中 TLl作为计数用 而自动装入的初值放在THl中 设计数初值为x 则每过 256一x 个机器周期 定时器T1就会产生一次溢出 为了避免因溢出而引起中断 此时应禁止T1中断 这时 溢出周期为 2 51系列单片机UART通信 2 51系列单片机UART通信 3 C8051F系列单片机UART的使用 UART0的配置步骤 1 UART0相关寄存器配置如 UART0控制寄存器SCON0的REN0位 接受允许 定时器控制寄存器TCON0的TR1位 开定时器1 时钟控制寄存器CKCON的TIM位 定时器1时钟选择 定时器方式寄存器TOMD 最后不要忘记打开UART的交叉开关 2 配置波特率 配置串口工作方式1 定时器使用方式2 自动重装载的8位计数器 定时器 3 C8051F系列单片机UART的使用 3 C8051F系列单片机UART的使用 3 注意使用时要禁止定时器1终端ET1 0 TI0和RI0也要注意软清零 3 C8051F系列单片机UART的使用 C8051F系列UART1的使用 1 UART1包含一个由16位定时器和可编程预分频器构成的专用波特率发生器 能产生很宽范围的波特率 2 UART1有六个相关的特殊功能寄存器 三个用于波特率发生器 SBCON1 SBRLH1和SBRLL1 两个用于数据格式 控制和状态功能 SCON1和SMOD1 一个用于发送和接收数据 SBUF1 3 C8051F系列单片机UART的使用 3 关于UART1我们应该知道的几点 UART1波特率是由一个专用的16位定时器产生的 用三个寄存器 SBCON1 SBRLH1和SBRLL1 来配置波特率发生器 UART1波特率发生器控制寄存器 SBCON1 SFR定义19 4 使能或禁止波特率发生器 并为定时器选择预分频值 对于可靠的UART操作 建议不要将UART波特率配置为大于SYSCLK 16 3 C8051F系列单片机UART的使用 3 C8051F系列单片机UART的使用 二 SPI通信 1 SPI通信简介及特点2 SPI通信原理3 C8051F系列单片机的SPI通信配置 1 SPI通信简介及特点 SPI是英语SerialPeripheralinterface的缩写 顾名思义就是串行外围设备接口 SPI接口主要应用在EEPROM FLASH 实时时钟 AD转换器 还有数字信号处理器和数字信号解码器之间 SPI是一种高速的 全双工 同步的通信总线 并且在芯片的管脚上只占用四根线 节约了芯片的管脚 同时为PCB的布局上节省空间 提供方便 1 SPI通信简介及特点 SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口 该接口一般使用4条线 1 MOSI SPI总线主机输出 从机输入 SPIBusMasterOutput SlaveInput 2 MISO SPI总线主机输入 从机输出 SPIBusMasterInput SlaveOutput 3 SCLK 时钟信号 由主设备产生 4 CS 从设备使能信号 由主设备控制 Chipselect 有的IC此pin脚叫SS 2 SPI通信原理 SPI的通信原理很简单 它以主从方式工作 这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备 需要至少4根线 事实上3根也可以 用于单向传输时 也就是半双工方式 注 有的SPI接口芯片带有中断信号线INT 有的SPI接口芯片没有主机输出 从机输入数据线MOSI 2 SPI通信原理 2 SPI通信原理 2 SPI通信原理 2 SPI通信原理 2 SPI通信原理 2 SPI通信原理 2 SPI通信原理 3 C8051F系列单片机的SPI应用 C8051F系列单片机的SPI0的访问和控制是通过系统控制器中的4个特殊功能寄存器实现的 控制寄存器SPI0CN 数据寄存器SPI0DAT 配置寄存器SPI0CFG和时钟频率寄存器SPI0CKR 3 C8051F系列单片机的SPI应用 3 C8051F系列单片机的SPI应用 3 C8051F系列单片机的SPI应用 三 I2C通信 1 I2C通信简介及特点2 I2C通信原理 1 I2C通信介绍及特点 I2C Inter IntegratedCircuit 总线是PHILIPS公司开发的两线式串行总线 用于连接微控制器及其外围设备 是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准 它是同步通信的一种特殊形式 具有接口线少 控制方式简单 器件封装形式小 通信速率较高等优点 1 I2C通信介绍及特点 1 I2C通信介绍及特点 1 I2C通信介绍及特点 I2C总线上数据的传输速率在标