单片机原理及应用第5章

5.1串行通信概述5.2串行口的结构及工作原理5.3MCS-51串行口的应用,第5章串行数字通信,5.1串行通信概述,在计算机系统中，主机与外设之间及主机系统与主机系统之间的数据交换称为通信，分为串行通信和并行通信。并行通信方式下数据的各位同时进行传送，并由传输数据的位数决定传输线的数目。串行通信方式下数据一位一位串行地顺序传送，最少只需一根传输线即可完成。按照串行数据的时钟控制方式，串行通信可以分为同步通信和异步通信两种。,5.1.1同步通信和异步通信,1、同步通信,2、异步通信,在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，通过传输线被接收端一帧一帧地接收。发送端和接收端由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收。字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分组成，如图所示为11位的帧格式。波特率为每秒传送二进制数码的位数，单位为b/s，是异步通信的一个重要指标。,2、异步通信格式,5.1.2串行通信的制式,单工方式单方向由发送端向接收端传送。半双工方式两个工作站之间通过传输线进行数据的交替双向传送。全双工方式由两条传输线连接两个工作站，两站之间的数据可同时双向传送。,5.1.2串行通信的三种制式,5.1.3串行通信的信号传输,1、通信线的连接方式,图5.4通信线的连接方式,2、RS-232C接口标准,(a)25针的连接器(b)9针的连接器图5.5RS-232C接口,MCS-51串行口的结构由串行口控制电路、发送电路和接收电路3部分组成，其结构如图所示。发送电路由发送缓冲器SBUF和发送控制电路组成，用于串行口的发送；接收电路由接收缓冲器SBUF和接收控制电路组成，用于串行口的接收。,5.2串行口的结构及工作原理,5.2.1串行口的结构,5.2.2串行口的控制,1、串行口的控制寄存器SCON,方式2或3时，SM2=0，则单机工作，接收一帧数据后，不管第9位（RB8）是0或1，都置RI=1，接收到的数据装入SBUF中；SM2=1，则多机通信，若RB8=1，激活RI，引起接收中断方式1中，当接收时，SM2=1则只有收到有效停止位才激活RI。方式0时，SM2置为0,寄存器SCON的结构,2、电源控制寄存器PCON,PCON称为电源控制寄存器，格式如表5.4所示。串行通信中只用了其中的最高位SMOD，初始化时，SMOD=0，其余各位用于电源管理。PCON的字节地址为87H，无位地址，只能进行字节寻址。,为1时，方式1、2、3的波特率加倍,5.2.3串行口的工作方式.方式发送时，“SBUF（发送）”相当于一个并入串出的移位寄存器，由MCS-51的内部总线并行接收8位数据，并从TxD线串行输出；接收时，“SBUF（接收）”相当于一个串入并出的移位寄存器，从RxD线接收一帧串行数据，并把它并行送入内部总线。发送操作是在TI=0下进行的，CPU通过执行movsbuf,a指令给“sbuf(发送)”送出发送字符后，RxD线上即可发出8位数据，TxD线上发送同步脉冲。8位数据发送完毕后，TI由硬件置位，并向CPU请求中断。响应后用软件使TI清零，然后再给“sbuf(发送)”送下一个欲发送字符，重复上述过程。接收过程是在RI=0和REN=1条件下启动的。串行数据由RxD线输入，TxD线输出同步脉冲。接收电路接收到8位数据后，RI自动置“”和发出串行口中断请求。CPU查询到RI=1或响应中断后便可通过mova,sbuf把接收到的数据送。RI由软件复位。,.方式此方式下，串行口设定为10位异步通信方式。字符帧中有8位数据位，1位起始位和1位停止位。发送操作在TI=0时，执行movsbuf,A开始，然后发送电路自动在8位发送字符前后分别添加1位起始位和停止位，并在移位脉冲作用下在TxD线上依次发送一帧信息，发送完后自动维持TxD线为高电平。TI由硬件在发送停止位时置位，由软件复位。接收操作在RI=0和REN=1进行。接收电路连续8次采样到RxD为低电平时，相应检测器便可确认RxD线上有了起始位。此后，接收电路就改为对第7,8,9三个脉冲进行检测，以三中取二原则来确定所采样数据的值。在接收到第9数据位（停止位）时，须满足：RI=0和SM2=0或接收到的停止位为“”，才能把接收到的8位字符存入“sbuf(发送)”中，把停止位送RB8中，使RI=1和发出串行口中断请求。若条件不满足，则此次收到的数据被舍去，不装入“SBUF(接收）”中。,3.方式和方式二者都是11位异步收发。方式的波特率由MCS-51主频fosc经32或64分频后提供；方式的波特率由定时器T1的溢出率经32分频后提供，是可调的。二者的发送和接收过程和方式类似。不同之处在于：发送时，CPU除要把发送字符装入“SBUF(发送）”外，还把第9位数据位预先装入SCON的TB8中。第9位数据由用户安排，可以是奇偶校验位，也可是其他控制位。第9位数据位的装入可通过以下指令来完成：SETBTB8CLRTB8第9数据位的值装入TB8后，可用一条以SBUF为目的的传送指令把发送数据装入SBUF来启动发送过程。一帧数据发送完后，TI=1，CPU可通过查询TI来以同样方式发送下一字符帧。,接收时，须满足：RI=0、SM2=0或收到的第9数据位为“”，只有同时满足，接收到的字符才能送入SBUF，第9数据位才能装入RB8中，并使RI=1；否则，此次收到的数据无效，RI也不置位。,串行口的工作方式,串行口的通信波特率.方式的波特率-固定，为fosc/12.方式2的波特率-fosc/32或fosc/64可用公式：波特率=(2SMOD/64)fosc.方式或的波特率其波特率是由定时器的溢出率决定。波特率(2SMOD/32)定时器T1溢出率而定时器溢出率=1/(2k-初值)12/fosc）代入得波特率=(2SMOD/32)fosc/（12(2k-初值)）其中为1的位数。方式时为13，方式时为16，方式和时为8.,5.3MCS-51串行口的应用,5.3.1串并变换,串行口方式0的应用有两种：一种是把串行口变为串入并出的输出口；另一种是把串行口变为并入串出的输入口。,如图所示电路，将串行口设置为方式0，外接一片串入并出的8位同步移位寄存器CD4094或74LS164。串口输出端RxD接移位寄存器串行输入端DATA，移位时钟脉冲TxD端接移位寄存器时钟控制端CLK，在移位时钟控制下串行数据移入寄存器；P1.0接移位寄存器输出允许端STB，通过软件置位或复位控制并行输出。,1、串入并出的输出口,=1时，DATA输入端关闭，但允许8位数据并行输出；=0时，8位并行数据输出端关闭，但允许串行数据从DATA输入,2、并入串出的输入口,在串口方式0下外接一个并入串出的移位寄存器CD4014或74LS165，即可扩展一个并行输入口。串口RxD端输入CD4014输出端Q8移出的串行数据，TxD端仍然提供移位时钟给移位寄存器的时钟端CLK。,=1时，并行输入数据，串行输出关闭；=0时，开始串行输出，并行输入关闭,串并变换,5.3.2单片机的双机通信,除方式0外，串口在方式1、方式2和方式3下均用于异步串行通信。MCS-51单片机的异步串行通信根据应用可分为双机通信和多机通信。双机之间的串行通信应考虑接口电路、通信协议等。,根据两机通信距离的远近采取不同的接口电路，如果两个8051应用系统相距很近，将它们的串行口直接相连，如图5.4(a)所示；如果想增加通信距离，减少通道及电源干扰，必须在通信线路上加入辅助电路，如加入光耦合器和电平转换电路，如图5.4(b)所示。,1、接口电路,2、双机的通信协议,为确保通信成功，通信双方要遵守共同约定的协议。协议内容包括双方采取一致的通信方式，一致的波特率设定，确认接收机、发送机，设定通信开始发送机的呼叫信号、接收机的应答信号，通信结束的标志信号等。按图5.4(a)所示，串行口工作方式1进行甲机发送、乙机接收异步通信，通信双方波特率均采用2400波特，甲机的呼叫信号为“10H”，乙机同意接收的应答信号为“20H”，不同意接收的应答信号为“30H”。正确回发0FH。,选波特率2400b/s，T1作波特率发生器，方式2，计数初值C为：,256-（6MHz*2SMOD）/(384*2400b/s),取SMOD=1，则C=243=F3H,通常，双机通信中接收方采用中断方式接收数据，发送方采用查询方式发送数据。,发送方：T1初始化（TMOD、TH1、TL1、TR1）串行口初始化（SCON、PCON）LOOP：发送一个数据测试TI=1？为1说明数据已经发送出去，继续发送下一个数据，否则继续查询修改数据地址指针，或数据块未传送完则跳转至LOOP,例：双机通信实现数据块传送,接收方：（1）主程序：T1初始化（TMOD、TH1、TL1、TR1）串行口初始化（SCON、PCON）设置数据块首地址和数据块长度开中断（EA、ES、PS）（2）中断服务程序：RI0（若采用查询方式，则JBCRI，*，*为1的话表示接收完毕，将SBUF中数据写入指定单元中；同时修改数据地址指针，或数据块未传送完则中断返回；为0的话，中断返回）读取SBUF中数据，存入指定位置修改数据地址指针，或数据块未传送完则中断返回关串行口中断中断返回,5.3.3单片机与PC的通信,1、接口设计,在数据处理和过程控制应用领域，通常需要一台PC，由它来管理一台或若干台以单片机为核心的智能测量控制仪表。这时，也就是要实现PC和单片机之间的通信。,采用MAX232芯片的PC和单片机串行通信接口电路，与PC相连采用9芯标准插座。,2、程序编写,单片机通信程序编写,功能为：将PC键盘的输入发送给单片机，单片机收到PC发来的数据后，回送同一数据给PC，并在屏幕上显示出来。只要屏幕上显示的字符与所输入的字符相同，就说明二者之间的通信正常。通信双方约定：波特率为2400b/s；信息格式为8个数据位，1个停止位，无奇偶校验位。,MCS-51通过中断方式接收PC发送的数据并回送。单片机串行口工作在方式1，晶振频率为6MHz，波特率2400b/s，定时器T1按方式2工作，经计算，定时器预置值为0F3H，SMOD=1。,参考程序如下：ORG0000HLJMPCSH;转初始化程序ORG0023HLJMPINTS;转串行口中断程序ORG0050HCSH：MOVTMOD,#20H;设置定时器1为方式2MOVTL1,#0F3H;设置定时器预置值MOVTH1,#0F3HSETBTR1;启动定时器1MOVSCON,#50H;串行口初始化MOVPCON,#80HSETBEA;允许串行口中断SETBESLJMPMAIN;转主程序(主程序略)INTS：CLREA;关中断CLRRI;清串行口中断标志PUSHDPL;保护现场PUSHDPHPUSHAMOVA,SBUF;接收PC发送的数据MOVSBUF,A;将数据回送给PCWAIT：JNBTI,WAIT;等待发送CLRTIPOPA;发送完,恢