第三节 串行口.ppt

串行通信的基本概念,传输方式：单工：传输信号是单向的半双工：传输信号双向但不能同时全双工：传输信号双向且能同时,波特率：每秒传输二进制位数的量（kbps或kb/s）。,同步通信波特率可达56kbps或更高,异步通信波特率可达20kbps,7.3串行口,并行通讯的特点：有多少数据位就需多少根数据线，各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但传送成本高。主机与存储器、存储器与存储器之间的数据传送都是并行的。并行通讯的距离通常小于30米。串行通讯的特点：数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但速度慢，特别适合数据位数多和远距离数据传送。计算机与远程终端或终端与终端之间的数据传送通常都是串行的，串行通讯的距离可以从几米到几千公里。,同步通讯格式(双同步字符),在同步通讯中，在待传送的数据块（由n个数据组成）前安排同步字符（常约定12个），由时钟实现发送端和接收端同步，开始传送数据时检测到规定的同步字符后，接着就按顺序连续传送数据，直到通讯告一段落。收/发双方必须使用相同的同步字符。发送方除了传送数据外，还要把时钟信号同时传送出去。同步传送的优点是可以提高传送速率，但硬件较复杂。适用于信息量很大，传输速度要求较高的场合，速度可达每秒800000位。,异步串行通信的帧格式,在异步串行数据通讯中数据是一帧一帧（包含一个字符代码或一字节数据）传送的，每一帧数据，包含起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分。,起始位:通讯线上没有数据传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备要发送一帧数据时，首先发出一个逻辑“0”状态，这个逻辑低电平就是起始位。发送设备通过发送起始位而开始一个字符的传送，接收设备检测到这个低电平后，就开始准备接收数据。因此，起始位的作用是表示一帧数据传送开始。数据位:起始位之后就传送数据位。在数据位中，低位在前（左），高位在后（右）。由于字符编码方式的不同，数据位可以是5、6、7或8位。奇偶校验位:用于对字符传送作正确性检查。奇偶校验位是可选择的，有3种可能，即奇、偶或无校验，由用户根据需要选定。停止位:在奇偶位或数据位（当无奇偶校验时）之后发送的是停止位，用以标志一个字符传送的结束，它对应于逻辑“1”状态。停止位可以是1、1.5或2位。在实际应用中根据需要确定。,位时间是一个数据位的时间宽度。帧(frame)：从起始位开始到停止位结束的时间间隔称之为一帧。就是一个字符的完整通信格式。异步通讯收/发双方必须使用相同的帧格式。异步传送可以是连续的，也可以是断续的。连续的异步串行数据传送，则是在一帧数据的停止位之后，立即发送下一帧的起始位，开始新一帧数据的传送，即帧与帧之间是连续的。而断续的异步串行数据传送，则是在一帧结束之后维持数据线的高电平状态，即空闲位。新一帧数据的起始位可以在任何时刻开始，并不要求整数倍的位时间。与同步通讯相比，异步通讯常用于传输信息量不太大、传输速度比较低的场合，如每秒509600位。,近程通信的连接和代码波形图,近程的串行通信和远程的串行通信在信号形式上有所不同。近程通信又称本地通信，采用数字信号直接传送形式，就是在传送过程中不改变原数据代码的波形和频率。这种数据传送方式称为基带传送方式。如图所示，计算机内部的数据信号是TTL电平标准，而通信线上的数据信号却是RS-232C电平标准。虽然电平标准不同，但数据信号的波形和频率并没有改变。近程串行通信只需用传输线把两机的接口电路直接连起来即可实现，既方便又经济。,近程串行通信,数字信号通过电话线传送发生畸变,在远程串行通信中，应使用专用的通信电缆，出于经济考虑通常使用电话线传送信息。由于电话线频带很窄，约303000HZ，如图所示，若用数字信号直接通讯，经过远距离传送后，信号就会产生畸变，接收方将因为数字信号逻辑电平模糊不清而无法鉴别，从而导致通讯失败。,远程串行通信,远程串行通信的连接和代码波形图,为解决信号畸变问题，通常用频率调制法，把数字信号转变为模拟信号再传送。即以不同频率的载波信号代表数字信号的两种不同电平状态，这种数据传送方式就称为频带传送方式。在串行通讯的发送端应该有调制器，以便把电平信号调制为频率信号；而在接收端则应有解调器，以便把频率信号解调为电平信号。远程串行通信多采用双工方式，即通信双方都具有发送和接收功能。即设调制解调器（modem）。如下图，用电话线进行串行数据传送时，通常以1270Hz或2225Hz的频率信号代表RS-232C标准的高电平，以1070Hz或2025Hz的频率信号代表低电平。,单工通信方式,串行数据通讯共有以下三种数据传输线路：,全双工通信方式,半双工通信方式,半双工形式的数据传送也是双向的。但任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因为每个通讯设备的发送器或接收器要通过由软件控制的电子开关接到通讯线路上，通讯线两端通过半双工通讯协议进行功能切换。因此半双工形式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。如图所示。,串行口结构框图,串行口的结构与组成,1.数据缓冲寄存器SBUF两个SBUF，一个用于发送（只写）；一个用于接收（只读）。地址均为99H。,2.数据发送与接收控制发送控制器在波特率作用下，将发送SBUF中的数据由并到串，一位位地传输到发送端口；接收控制器在波特率作用下，将接收接收端口的数据由串到并，存入接收SBUF中。,7.3.1与串行口有关的SFR,1.串行口控制寄存器SCONSCON控制串口的工作方式，格式如下：,SM0、SM1：串行口工作方式选择位，由软件设定。,REN：允许接收控制位，由软件设定。REN=1时允许接收，REN=0时禁止接收。TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据，由软件设定，用作奇偶校验位或地址/数据标志位（为“0”时表示偶校验或数据，为“1”时表示奇校验或地址），后者多用于多机通信。硬件置位，软件清零。RB8：方式2和方式3中接收到的第9位数据，在方式1中，如果SM2=0，则RB8为收到的停止位。方式0不使用RB8。硬件置位，软件清零。,SM2：多机通信控制位，由软件设定。串行口的方式2和方式3适用于多机通信。在方式2或方式3中，当SM2=1时，只有收到RB8=1(表示地址)，才置位RI；即SM2=1用于多机通信中，只接收地址帧，不接收数据帧。而当SM2=0时，只要接收到一帧信息（无论是地址还是数据），RI都被置位。双机通信时，通常使SM2=0。在方式0中，SM2必须为0。,2.电源控制寄存器PCON,7.3.2串行口的工作方式1.方式0：移位寄存器方式,利用74LS164扩展并行输出口,利用CD4014扩展并行输入口,1）用并入串出8位移位寄存器74LS165扩展输入口使用移位寄存器芯片可以扩展一个或多个8位并行I/O口。这种方法不会占用片外RAM地址，而且可节省单片机的硬件开销。缺点是操作速度较慢，扩展芯片越多，速度越慢。P1.0=0;/并行置入16位数据;P1.0=1;/允许串行移位输出,串行口方式0应用于扩展并行I/O口,#includesbitP10=P10;voidmain(void)unsignedchari,a,b;unsignedintd20;F0=1;/设置读入字节奇偶数标志，F0=0已接收字节为奇数for(i=0;i20;i+)P1.0=0;/并行置入16位数据P1.0=1;/允许串行移位输出doSCON=0 x10;/设定串行方式0，启动接收while(RI=0);RI=0;if(F0=1)a=SBUF;elseb=SBUF;di=a*256+b;F0=!F0;while(F0=0);/接收偶数帧后重新并行置入数据/对读入数据进行处理,从16位扩展输入口读入20个双字节数据并存储,2）用串入并出8位移位寄存器74LS164扩展输出口,利用该方式扩展数码管显示电路。显示程序如下：/*j：输出数据个数；p：输出数据数组首地址*/voiddisplay(ucharj,uchar*p)uchari;SCON=0 x00;P1.1=1;for(i=0;i2；发光右移此外，串行口的并行I/O扩展功能还常用于LED显示器接口电路，但这种应用有时受速度的限制。,2.方式1一帧数据为10位：1位起始位、8位数据位和1位停止位。,方式2和方式3适用于多机通信。一帧数据为11位：1位起始位、8位数据位、1位可编程位（第9位数据，用作奇偶校验或地址/数据选择）和1位停止位。发送时，第9位数据为TB8，接收时，第9位数据送入RB8。发送与接收时序与方式1相似，仅仅是多了一位数据TB8或RB8。,3.方式2和方式3,1、波特率的设置在串行通信中，数据是按位进行传送的，因此用单位时间传送数据的位数来表示传送速率，称为波特率(baudrate)，单位为波特，即：1波特lbps（位秒）在串行通信中，数据位的发送和接收分别由发送时钟脉冲和接收时钟脉冲进行定时控制。时钟频率高，则波特率也高，通信速度就快；反之，时钟频率低，则波特率也低，通信速度就慢。串行通信可以使用的标准波特率在RS-232C标准中已有规定。使用时应根据速度需要、线路质量以及设备情况等因素选定。波特率选定之后，对于设计者来说，就是如何得到能满足波特率要求的发送时钟脉冲和接收时钟脉冲。在异步串行通讯中，发送设备和接收设备应保持相同的波特率，并以每一帧数据的起始位与发送设备保持同步，起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传送过程中必须保持一致。波特率可以用软件设置，由片内的定时/计数器T1产生。,7.3.3串行口初始化,方式0：波特率是固定的，为fosc/12方式2：SMOD=1时为fosc/32，SMOD=0时为fosc/64方式1和方式3：波特率=2SMODT1溢出率/32T1溢出率=1/定时时间,2、初始化步骤,（1）确定定时器1的工作方式（编程TMOD）（2）计算定时器1的初值（装载TH1，TL1）（3）启动定时器1（编程TCON-TR1）（4）确定串行口的控制（编程SCON，SMOD）（5）串行口若工作在中断方式，须开CPU和源中断（编程IE、IP）串行口进行数据传输时既可以采用中断方式，也可以采用查询方式,例：要求串行口以方式1工作，通信波特率为2400b/s，设振荡频率fosc为6MHz，请初始化T1和串口。,例：要求串行口以方式1工作，通信波特率为2400b/s，设振荡频率fosc为6MHz，请初始化T1和串口。解：若选SMOD=1，则T1串行口的初始化程序如下：TMOD=0 x20；设置T1为方式2TH1=0 xf3；置时间常数TL1=0 xf3TR1=1；启动T1PCON=0 x80；SMOD=1SCON=0 x50；设串行口为方式1,7.4PC机与单片机通信,从PC机和单片机帧格式可知：通过软件编程，使得PC机在发送地址（单片机编号）时，奇偶位为1，发送数据时为0；单片机接收时，TB8为1表示收到的是地址，为0表示收到的是数据。,PC机和单片机的帧格式,单片机的多机通信是指一台主机和多台从机之间的通信，其连接如图所示。主机发送的信息可传送到各个从机或指定的从机，而各从机发送的信息只能被主机接收。由于通讯直接以TTL电平进行，因此主从机之间的连线以不超过一米为宜。此外，各从机应当编址，以便主机能按地址寻找通讯伙伴。,单片机多机通讯原理,多机通信系统示意图,多机通讯是以主机发送信息，从机接收信息开始。主机发送时，通过设置串行口控制寄存器SCON的TB8位状态（即第9数据位的内容）来说明发送的是地址还是数据（为“0”时表示数据，为“1”时表示地址）。而在从机方面，为了接收信息，初始化时应把SCON的SM2位置“1”，因为多机通信时，串行口都工作在方式2或方式3下，接收数据要受SM2位的控制.当SM2=1时，则只有接收到的第9数据位状态为“1”（即RB81）时，才将数据送SBUF，并使RI置“1”，发出中断请求；否则接收的数据被舍弃。而当SM2=0时，无论第9数据位（RB8）是“0”还是“1”，都把接收到的数据送SBUF，即接收数据，并发出中断请求。,通讯开始，主机首先发送地址。由于各从机SM2=1和RB8=1，所以各从机接收到地址时，都分别发出中断请求，通过中断服务程序来判断主机发送的地址与本从机地址是否相符。若相符，则把该从机的SM2位清“0”，以准备接收其后传送来的数据。其余从机由于地址不符，则仍然保持SM2=1状态。此后主机发送数据，由于TB8=0，虽然各从机都能接收到，但只有SM2=0的那个被寻址的从机才把数据送SBUF。其余各从机皆因SM2=1和RB8=0，信息被丢失。这就是多机通信中主从机一对一的通讯情况。通讯只能在主从机之间进行，如若进行两个从机之间的通信，需通过主机作中介才能实现。,全部从机初始化为工作方式2或方式3，使SM2置“1”，处于只接收地址帧的状态，允许中断；主机TB8置“1”（第9位数据为1表示地址信息），发送一地址帧；所有从机接收到地址帧后，各自进入中断服务程序，进行地址比较。地址相符的从机，使SM2=0，以接收主机随后发来的数据信息，并向主机返回地址供主机核对；地址不相符的从机，仍保持SM2=1，对主机随后发来的数据不予理睬；核对无误后，主机向被寻址的从机发送命令，通知从机是进行数据接收还是进行数据发送，主机和被寻址从机之间进行数据通信；通信完毕后，该从机的SM2位被重新置位，所有从机都处于SM2=1，等待接收主机发来的一帧地址，以重新选定被寻址从机。,多机通信过程,多机通信协议,1）所有从机的SM2位置1，处于只接收地址帧的状态；2）主机发送一地址帧（第9位数据为1表示地址信