《单片机原理及应用》2010第8章串行接口与应用课件

单片机原理及应用 第8章串行接口与应用佘勇办公 科教楼110课件密码 kys2006Telmail sy 本节教学内容重点 内容 串行通信的基本概念51单片机的串行口结构与寄存器结构4种工作方式的收发原理和波特率计算多机通信重点 串行口结构波特率计算方式1 3的收发原理难点 方式1 3的收发原理与多机通信 8 1串行通信的基本知识 通信方式并行通信 一个信息单元的所有位被同时传送 特点 通信速度快 传输线数目多 仅适用于近距离通信串行通信 一个信息单元的各位被逐位按顺序传送 特点 通信速度慢 传输线数目少 适用于长距离通信串行通信的传送方向单工 仅能单向传送半双工 分时双向传送全双工 同时双向传送 串行通信的基本通信方式 异步通信异步串行通信以字符作为传送的单位 字符可以随机出现在数据流中 字符与字符之间没有严格的定时要求 是异步的 但是字符内部位与位之间有严格而精准的定时 是同步的传送速度较慢 但传输距离较长同步通信同步串行通信是以数据块 字符块 为传送单位的 每帧信息包含成百上千个字符 字符与字符之间是同步的 字符的位与位之间也是同步的数据块前必须有同步字符 有时甚至要求收发双方用同一个时钟源来控制发送和接收传送速度较异步快 但硬件复杂 传输距离较短 同步通信与异步通信的数据格式 异步通信的帧数据格式 特点和格式在异步通信中 为了使收发双方在随机传送的字符和字符间实现同步 需要在字符数据格式中设置起始位 1个0 和停止位 1个或几个1 接收端在检测到起始位时 开始接收字符 检测到停止位时 字符结束起止式异步通信的帧数据格式由4个部分构成 1位起始位 5 8位数据位 低位在前 高位在后 1位校验位 可能没有 1位或1 5位或2位停止位停止位后 下一个字符的起始位前是空闲位 逻辑高电平 异步通信的数据帧格式示意图 8 2MCS 51单片机的串行口的结构和工作方式 MCS 51单片机串行口可编程 全双工串行口核心UART 通用异步接收 发送器MCS 51单片机可以利用串行接口与其它计算机或串行外围设备进行双机或多机通信串行口有4种工作方式 串行口结构 串行口的硬件结构 UART 硬件组成 发送数据缓冲器 发送控制器 接收数据缓冲器 接收控制器 输入移位寄存器及附加电路等波特率发生器 可编程设定为定时器 计数器T1或T2 计数溢出信号 串行口的寄存器发送 接收数据缓冲器 SBUF串行口控制寄存器 SCON电源控制寄存器 PCON 上页 下页 1 数据缓冲器SBUF 包括物理上独立的发送缓冲器 接收缓冲器 发送缓冲器 只能写入不能读出 接收缓冲器 只能读出不能写入 二者共用一个地址99H 2 串行口控制寄存器 字节地址为98H 可位寻址 位地址为98H 9FH SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI SCON 98H 串行口关联寄存器 SM0 SM1 串行口工作方式选择位 如下表所示 000移位寄存器方式 用于I O扩展 0118位UART 波特率由定时器提供 1029位UART 波特率为fosc 32或fosc 64 1139位UART 波特率由定时器提供 表串行口工作方式 REN 上页 下页 TB8 在方式2和方式3中要发送的第9位数据 需要时由软件置位或复位 RB8 在方式2和方式3中要接收的第9位数据 在方式1时 如SM2 0 RB8是接收到的停止位 在方式0中 不使用RB8 TI 发送中断标志 在方式0串行发送第8位结束时由硬件置 1 或在其他方式中串行发送停止位的开始时置 1 必须由软件清 0 RI 接收中断标志 在方式0串行接收第8位结束时由硬件置 1 或在其他方式中串行接收停止位的开始时置 1 必须由软件清 0 上页 下页 SM2控制位的作用 方式0 必须SM2 0方式1 当SM2 1时 接收器必须接收到有效停止位才能置RI 1 接收数据装入SBUF 如果停止位为0 则接收数据丢失当SM2 0时 RB8是接收到的停止位 置RI 1 接收数据装入SBUF方式2 3 SM2为多机通信控制位当SM2 1 接收到的数据帧第9位为 1时 硬件才能置RI 1 如果为0 接收数据将丢失当SM2 0 不论接收到的数据帧第9位为0为1 RI 1 数据被正常接收 多机通信 方式2 3可以用于双机通信和多机通信双机通信 置SM2 0 保证可靠接收多机通信 1 主机发送的地址帧第9位为1 数据第9位为02 从机接收地址帧时 SM2 1 接收数据帧时 SM2 0多机通信实例 工作流程见下页图 SM2 0 SM2在不同工作方式中的作用 3 特殊功能寄存器PCON 其字节地址87H 没有位寻址功能 PCON 87H SMOD 波特率选择位 SMOD 1时 波特率加倍 上页 下页 波特率的计算 方式0的波特率计算 BPS fOSC 12方式2的波特率计算 BPS 2SMOD fOSC 64方式1 3的波特率计算 波特率时钟由T1提供 BPS 2SMOD 32 fOSC 12 256 TH1 定时器T1的溢出率 串行口的波特率产生器 波特率计算实例 现要求串行口工作于方式3 由定时器T1提供波特率时钟 波特率为1200bps bitpersecond 设fOSC 11 059MHz SMOD位为0 定时器T1工作于方式2 请计算计数器初值BPS 2SMOD 32 fOSC 12 256 TH1 即 1200 20 32 fOSC 12 256 TH1 1200 11 059 106 32 12 256 TH1 256 TH1 110590 32 12 12 256 TH1 24TH1 256 24 232 0E8H 常见波特率 工作方式0 同步移位寄存器方式 SM0 0 SM1 0数据从RXD引脚上发送或接收 每帧数据8位 低位在前 高位在后 TXD引脚给出移位同步脉冲波特率固定 fOSC 12SM2必须为0启动条件发送 TI 0时 指令 MOVSBUF A 的执行引起的 写入SBUF 信号接收 RI 0时 REN 1 74LS164 数据输出 移位脉冲 一个数据写入SBUF 串口将数据从RXD输出 波特率fosc 12 TXD输出同步移位信号 发送完TI置1 D7D0 上页 下页 方式0扩展I O口硬件逻辑图 方式0发送 REN置1 串口将数据从RXD输入 波特率fosc 12 TXD输出同步移位信号 发送完RI置1 上页 下页 方式0扩展I O口硬件逻辑图 方式0接收 串行口方式0发送接收时序图 发送 接收 串行口方式0发送接收过程 发送 1 执行 MOVSBUF A 开始发送2 检测等待TI 1 等待发送完成3 软件清除TI 转向1步接收 1 软件置REN 1 RI清02 等待RI 13 当RI 1时 执行 MOVA SBUF 读入数据4 软件清除RI 转向2步 UART方式0扩展的LED显示系统 例8 3程序 ORG0000HMOVR7 8MOVSCON 00HDISP1 MOVA R7MOVDPTR TABMOVCA A DPTRMOVSBUF AJNBTI CLRTIDJNZR7 DISP1SJMP 工作方式1 10位异步方式 SM0 0 SM1 1 8位UART方式 数据帧10位 1起始位 8数据位 1停止位 RXD为接收端 TXD为发送端波特率可变 由定时器T1或T2的溢出速率和SMOD位决定如果SM2 1 则必须接收到有效停止位 否则 数据将丢失启动条件发送 TI 0时 指令 MOVSBUF A 的执行引起的 写入SBUF 信号接收 RI 0时 REN 1 串行口方式1发送接收时序图 发送 接收 SM2对方式1接收的影响 在方式1接收时 当8位数据和停止位全部移入后如果RI 0 SM2 0 8位数据装入SBUF 停止位装入RB8如果RI 0 SM2 1 如果停止位 1 8位数据装入SBUF 停止位装入RB8如果RI 0 SM2 1 如果停止位 0 数据丢失如果RI 1 则不论何种情况 数据都丢失 串行口方式1发送接收过程 发送 1 执行 MOVSBUF A 开始发送2 检测等待TI 1 等待发送完成3 软件清除TI 转向1步接收 1 软件置REN 1 RI清0 如果要求停止位可靠接收 SM2 1 否则 SM2 02 等待RI 13 当RI 1时 执行 MOVA SBUF 读入数据4 软件清除RI 转向2步 例8 7甲机中断方式 ORG0000HJMPMAINORG0023HJMPTRANMAIN MOVSCON 01100000BORLPCON 80HMOVTMOD 20HMOVTH1 26SETBTR1MOVR2 12MOVDPTR 2000HSETBESSETBEA SETBTIJMP TRAN CLRTIMOVXA DPTRMOVSBUF AINCDPTRDJNZR2 EXTCLREAEXT RETIEND 例8 7乙机中断方式 ORG0000HJMPMAINORG0023HJMPRECVMAIN MOVSCON 01101000BORLPCON 80HMOVTMOD 20HMOVTH1 26SETBTR1MOVR2 12MOVR0 40HSETBESSETBEA JMP RECV CLRRIMOVA SBUFMOVX R0 AINCR0DJNZR2 EXTCLREAEXT RETIEND 工作方式2 3 11位异步方式 方式2 SM0 1 SM1 0 方式3 SM0 1 SM1 1 9位UART方式 数据帧11位 1起始位 9数据位 1停止位 RXD为接收端 TXD为发送端方式2波特率固定 fOSC 32 SMOD 1 或fOSC 64 SMOD 0 方式3波特率可变 由定时器T1或T2的溢出速率和SMOD位决定如果SM2 1 则接收到的第9位数据必须为1 数据才能正常接收 否则 数据将丢失 串行口方式2 3发送接收时序图 发送 接收 串行口方式2 3发送接收过程 发送 1 置位TB8为待发送第9位数据位2 执行 MOVSBUF A 开始发送3 检测等待TI 14 软件清除TI 转向1步接收 1 软件置REN 1 RI清0 如果要求接收地址帧 SM2 1 如果要求接收数据帧 SM2 02 等待RI 1 在SM2 1时 收到的第9位必须为1 3 当RI 1时 执行 MOVA SBUF 读入数据4 软件清除RI 转向2步 多机通信 方式2 3可以用于双机通信和多机通信双机通信 置SM2 0 保证可靠接收多机通信 1 主机发送的地址帧第9位为1 数据第9位为02 从机接收地址帧时 SM2 1 接收数据帧时 SM2 0多机通信实例 工作流程见下页图 SM2 0 多机通信工作流程 置TB8 1 装载从机地址进A 发送 软件清TI 0 TI 1 置TB8 0 装载待传数据进A 发送 软件清TI 0 TI 1 各从机置REN 1 RI 0 SM2 1准备接收从机地址 RI 1 软件清RI 0 执行 MOVA SBUF 读入地址帧 是本机地址 置SM2 0 准备接收数据帧 Yes Yes No No Yes No No Yes 从机流程 主机流程 串行接口标准EIARS 232C EIA RS 232C由EIA和BELL于1969年发布该通信协议定义了一个25脚的接口标准 适用于数据传输速率为0 20000b s的通信RS 232C标准最初是为DTE和DCE制定的 它的发送和接收是在DTE的立场上来说的计算机的异步串行通信是借助于RS 232C协议 数据终端设备DTE 数据源和目的地 数据通信设备DCE 使数据符合线路要求 RS232接口连接器规范 EIA RS 232C标准的信号线 RS 232C信号线的定义 RS 232C标准规定了在串行通信时 DTE和DCE之间的接口信号RTS DTE用此信号有效向DCE请求发送数据CTS DCE送给DTE的RTS的响应信号 表示DCE可以接收DTE的发送数据RTS CTS作用 半双工MODEM系统中 作为发送方式和接收方式之间的切换全双工MODEM系统中 用作硬件流控制信号 调节DTE和DCE之间的发送数据流密度 RI 振铃信号 通知DTE已被呼叫DCD 数据载波检测信号 通知DTE DCE已与远端DCE建立载波 准备接收数据DSR DCE就绪信号 表示DCE可用DTR DTE就绪信号 表示DTE可用TxD 发送数据RxD 接收数据 图利用MODEM和电话线进行通信时RS 232C的连接 公用电话线或专用电话线 使用公用电话线时连接 RS 232C的最简单连接 RS 232C标准的电气特性 在TxD和RxD线上的逻辑电平1 Mark 3 15V0 Space 3 15V在RTS CTS DCD RI DSR DTR上信号有效 On状态 3 15V信号无效 Of