单片机原理及应用 第九章(含作业题).ppt

第9章单片机串行通信,9.1串行通信基础9.2单片机串行接口9.3应用程序设计,第9章单片机串行通信,单片机应用系统设计教学课件,9.1串行通信基础,9.1.1概述,9.1.2串行通信方式,9.1.3通用异步接收器和发送器UART,9.1.4串行通信的接口标准,单片机应用系统设计教学课件,串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送。串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。常见的有：通用异步收发器(UART)本课程介绍的串口通用同步串行总线（USB）I2C总线CAN总线SPI总线RS-485，RS-232C，RS422A标准等等,9.1.1概述,单片机应用系统设计教学课件,数据通信的几个术语：,并行：数据各位同时进行传送串行：数据逐位顺序进行传送,异步串行通信:以字符为单位进行传送同步串行通信:以数据块为单位进行传送波特率(bps.):单位时间传送的位数,9.1.1概述,9.1.2串行通信方式,1、单工方式：这种方式只允许数据向一个固定的方向传输。,数据传输仅能从发送设备传输到接收设备。,2、半双工方式：数据可以从A发送到B，也可以由B发送到A。但A、B之间只有一根传输线，因此同一时刻只能作一个方向的传送。其传送方向由收发控制开关K切换。平时一般让A、B方都处于接收状态，以便能够随时响应对方的呼叫。,两个串行通信设备之间只有一条数据线，数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。,9.1.2串行通信方式,3、全双工方式：数据可同时在两个方向上传送。,3种方式中，1）全双工方式的效率最高；2）半双工方式配置和编程相对灵活，传输成本较低；3）串行通信设备常选用半双工方式。,9.1.2串行通信方式,UART是一个能异步传输的数据总线。TXD：发送数据线RXD：接收数据线接收和发送可以单独进行，也可以同时进行。格式严格：每个数据以相同的位串形式传输。每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位、停止位组成。从起始到停止位结束时间称为一帧(frame)。,9.1.3通用异步接收器和发送器UART,发送方：传送时先输出起始位“0”作为联络信号，接下来的是数据位和奇偶校验位，停止位“1”表示一个字符的结束。其中，数据的低位在前，高位在后。字符之间允许有不定长度的空闲位。接收方：传送开始后，接收设备不断检测传输线的电平状态，当收到一系列的“1”(空闲位或停止位)之后，检测到一个“0”，说明起始位出现，就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。特点：所需传输线少，设备开销较小，在单片机控制系统中得到广泛的应用。但每个字符要附加23位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。,工作流程,9.1.3通用异步接收器和发送器UART,UART格式起始位：在通信线上没有数据被传送时处于逻辑1状态，当要发送数据时，首先发出一个逻辑0信号，这个逻辑0信号就是起始位。数据位：起始位后位。数据位的个数可以是58位，MSC-51中常采用8位数据传送，从最低有效位开始发送。奇偶校验位：检测有限差错。偶校验：组成数据位和奇偶位的逻辑1个数必须是偶数。奇校验：逻辑1的个数必须是奇数。停止位：停止位是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位或2位的逻辑1。停止位后，通信线又恢复逻辑1状态。,9.1.3通用异步接收器和发送器UART,校验和方法,特点：校验和方法效率更高，可靠性更高。,奇偶校验法数据校验位（偶校验）校验位（奇校验）64H0110010010偶校验：数据区与检验位中1的总数为偶数。奇校验：数据区与检验位中1的总数为奇数。,校验方法,9.1.3通用异步接收器和发送器UART,波特率：数据传送速率，即每秒钟传送二进制代码的位数。单位：位/秒(bit/s)或波特（Baudrate）。数据位宽(每一位代码的传输时间)Td1/Baudrate接收设备和发射设备需要保持相同的传送波特率。如果传送速率为200字符/秒，每个字符包含10个代码位，则传送的波特率是：200字符/秒10位/字符=2000波特=2000bps每一位代码的传送时间Td为波特率的倒数：,波特率,9.1.3通用异步接收器和发送器UART,最常用的通信接口：RS-232、RS-449、RS-422、RS-423、RS-485等。一、RS232C标准简介,9.1.4串行通信的接口标准,信号线25芯，22根信号线，常用9根线最简方式3根线RXD：数据接收线TXD：数据发送线GND：地线例如：PC机上的串口COM1、COM2,9.1.4串行通信的接口标准,电平制采用负逻辑，对应电平如下：1：5V15V0：5V15V常用驱动器典型的线驱动器MC148812V供电典型的线接收器MC1489,9.1.4串行通信的接口标准,二、RS-232C的典型应用,9.1.4串行通信的接口标准,1.传输线驱动器MC1488输入为TTL电平，输出为RS232电平。2.传输线接收器MC1489输入为RS232电平，输出为TTL电平。,三、RS-232C标准接口的电平转换,9.1.4串行通信的接口标准,单片机与单片机通信,单片机与PC机通信,异步串口硬件连接方式,9.1.4串行通信的接口标准,可以实现TTL电平与RS-232C的双向转换,3、收发器MAX232,9.1.4串行通信的接口标准,9.2单片机串行接口,9.2.1串行口控制寄存器,9.2.2串行接口的工作方式,9.2.3计算波特率,一、1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0)数据格式：按不同方式，一帧位数8/10/11发送/接收时，数据皆低位在前。,一帧字符发送/接收结束，置位标志位(TI/RI)并申请SIO中断。中断控制：中断允许位ES中断入口：0023H,9.2.1串行口控制寄存器,1.数据缓冲器SBUF发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。（1）发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同时启动发送。发送指令：MOVSBUF，A（2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。读取串行口接收数据指令：MOVA，SBUF,二、串行接口控制,9.2.1串行口控制寄存器,SM0,SM1,SM2,REN,TB8,RB8,TI,RI,串行口接收中断标志,串行口工作方式设置：0011：方式0方式3,方式2和方式3的多机通信特征位,允许串行接收位：1：允许；0：禁止,接收到的第9位数据,要发送的第9位数据,串行口发送中断标志,9.2.1串行口控制寄存器,2.串行口控制/状态寄存器SCON(98H),串行口工作方式,9.2.1串行口控制寄存器,应用特点：1)两个中断标志，RI用于接收，TI用于发送。2)发送/接收前都必须对RI/TI清零，一帧数据发送/接收后，RI/TI自动置1，如要再发送/接收，必须用软件清零。3)方式0和1：数据发送/接收完成后，置位RI/TI，请求中断。方式2和3：数据接收完成后，视SM2和RB8状态确定RI和请求中断。,9.2.1串行口控制寄存器,电源控制寄存器-PCON,SMOD,NA,NA,NA,NA,NA,NA,NA,波特率加倍控制位1：加倍；0：不加倍,字节地址为87H，没有位寻址功能，需要字节传送。,9.2.1串行口控制寄存器,SM0，SM1选择四种工作方式。一、方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。1.一帧8位，无起始位和停止位。2.RXD：数据输入/输出端。TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。3.波特率BR=fosc/12如：fosc=12MHz，BR=1MHz，每位数据占1s。,9.2.2串行接口的工作方式,用于扩展单片机的并行I/O接口。串行口实现：并行串行的数据转换74LS165/74LS164实现：串行并行的数据转换。SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中断。TI或RI须由用户软件清“0”，可用如下指令：CLRTI；TI位清“0”CLRRI；RI位清“0”方式0时，SM2位必须为0。,9.2.2串行接口的工作方式,4.发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。接收过程：REN=1且RI=0，启动接收，一帧接收完毕，RI=1。,9.2.2串行接口的工作方式,SBUF（发）,SBUF（收）,发送控制器TI,接收控制器RI,移位寄存器,波特率发生器T1,1,A累加器,(门)移位寄存器,RxD,TxD,去申请中断,引脚,引脚,9.2.2串行接口的工作方式,数据从RXD（P3.0）引脚串行输出，低位在先，高位在后；TXD（P3.1）引脚输出移位脉冲，其频率为fosc/12；发送完毕后，中断标志位TI为1。如要发送数据，如下所示：MOVSCON,#00H；串行口方式0MOVSBUF,A；将数据送出JNBTI,$；等待数据发送完毕,移位寄存器方式举例,9.2.2串行接口的工作方式,8位数据异步通讯方式。1.一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。2.RXD：接收数据端。TXD：发送数据端。3.波特率：方式1的波特率由定时器(T1)的溢出率和SMOD的状态决定。用T1作为波特率发生器，BR=(2SMOD/32)T1溢出率。,9.2.2串行接口的工作方式,二.方式1,4.发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1。接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且停止位为1(或SM2=0)，将接收数据装入SBUF，停止位装入RB8（即RB8为1），并使RI=1；否则（若RB8为0，帧格式出错）丢弃接收数据，不置位RI。,9.2.2串行接口的工作方式,方式1,9.2.2串行接口的工作方式,9位数据异步通讯方式。1.一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位和多机通讯标识位。2.RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。3.波特率：方式2：BR=(2SMOD/64)fosc。方式3：BR=(2SMOD/32)T1溢出率。,9.2.2串行接口的工作方式,三、方式2和方式3,方式2,3,9.2.2串行接口的工作方式,方式2发送：STDI：PUSHPSW；保护现场PUSHACCSETBSM0；设置方式2发送CLRSM1CLRTI；中断标志清0MOVA，R0；取数据MOVC，P；奇偶位送TB8MOVTB8，CMOVSBUF，A；数据写入发送缓冲器，启动发送INCR0；数据指针加1POPACCPOPPSWRETI,9.2.2串行接口的工作方式,例:P213（胡）程序(参考）,方式2接收：PIRI：PUSHPSW；保护现场PUSHACCSETBSM0；设置方式2接收CLRSM1MOVA，SBUF；读接收数据MOVC，P；检测奇偶标志位JNCLOOP1；P=0，转LOOP1JNBRB8，ERP；P=1，RB8=0，出错，转ERPAJMPLOOP2；P=1，RB8=1，接收数据正确LOOP1：JBRB8，ERP；P=0，RB8=1，出错，转ERPLOOP2：MOVR0，A；接收数据送数据区INCR0ERP：POPACCPOPPSWRETI,例:P214(胡）程序(参考）,9.2.2串行接口的工作方式,方式0为固定波特率：BR=fosc/12方式2可选两种波特率：BR=(2SMOD/64)fosc方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。T1选方式2。BR=(2SMOD/32)T1溢出率串行口方式1、3，根据波特率，计算时间常数C。(若T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。)（胡）例9.2.1,9.2.3计算波特率,例：若8031单片机的时钟振荡频率为11.0592MHz，选用T1为方式2定时作为波特率发生器，波特率为2400b/s，求初值。这里时钟振荡频率选为11.0592MHz，就可使初值为整数，从而产生精确的波特率。,9.2.3计算波特率,INTT:MOVTMOD,#20H;选T1定时方式2MOVTH1,#0F3H;预置计数初值CMOVTL1,#0F3H;SETBTR1;启动定时器T1MOVPCON,#80H;SMOD=1MOVSCON,#50H；串行口方式1工作,初始化程序：,9.2.3计算波特率,在单片机的应用中，相同机种单片机的波特率很容易达到一致，只要晶振频率相同，可以采用完全一致的设置参数。异机种单片机的波特率设置较难达到一致，这时的设计原则应使两个通信设备之间的波特率误差小于2.5%。常用的串行接口波特率、晶振频率以及各参数的关系如（徐）P143表6.5所示。,9.2.3计算波特率,例：串行口初始化编程格式：SIO：MOVSCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0MOVPCON，#80H；波特率加倍MOVTMOD，#20H；T1作波特率发生器MOVTH1，#X；选定波特率MOVTL1，#XSETBTR1SETBEA；开串行口中断SETBES,一、串行口初始化,9.3应用程序设计,1.查询方式：TRAM：MOVA，R0；取数据MOVSBUF，A；发送一个字符WAIT：JBCTI，NEXT；等待发送结束SJMPWAITNEXT：INCR0；准备下一次发送SJMPTRAM,二、发送程序,9.3应用程序设计,ORG0023H；串行口中断入口AJMPSINTMAIN：；初始化编程TRAM：MOVA，R0；取数据MOVSBUF，A；发送第一个字符H：SJMPH；其它工作SINT：CLRTI；中断服务程序INCR0MOVA，R0；取数据MOVSBUF，A；发送下一个字符RETI,2.中断方式：,9.3应用程序设计,REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。1.查询方式：WAIT：JBCRI，NEXT；查询等待SJMPWAITNEXT：MOVA，SBUF；读取接收数据MOVR0，A；保存数据INCR0；准备下一次接收SJMPWAIT,三、接收程序,9.3应用程序设计,MAINT：MOVSCON，#80H；串行口初始化，方式2MOVPCON，#80H；SETBEASETBES；开串行口中断MOVR0，#50H；设数据指针MOVR7，#10H；数据长度LOOP：MOVA，R0；取一个字符MOVC，P；加奇偶校验MOVTB8，CMOVSBUF，A；启动一次发送HERE：SJMPHERE；CPU执行其它任务,*异步通讯程序举例（参考）1.发送程序：将片内RAM50H起始单元的16个数由串行口发送。要求发送波特率为系统时钟的32分频，并进行奇偶校验。,9.3应用程序设计,ORG0023HAJMPTRANIORG1000HTRANI：PUSHACC；保护现场PUSHPSWCLRTI；清发送结束标志DJNZR7，NEXT；是否发送完？CLRES；发送完，关闭串行口中断SJMPTENDNEXT：INCR0；未发送完，修改指针MOVA，R0；取下一个字符MOVC，P；加奇偶校验MOVTB8，CMOVSBUF，A；发送一个字符TEND：POPPSW；恢复现场POPACCRETI；中断返回,9.3应用程序设计,RECS：MOVSCON，#50H；串行口方式1允许接收MOVTMOD，#20H；T1方式2定时MOVTL1，#0F4H；写入T1时间常数MOVTH1，#0F4HSETBTR1；启动T1MOVR0，#50H；设数据指针MOVR7，#10H；接收数据长度WAIT:JBCRI，NEXT；等待串行口接收SJMPWAITNEXT:MOVA，SBUF；读取接收字符MOVR0，A；保存一个字符INCR0；修改指针DJNZR7，WAIT；全部字符接收完?RET,2.接收程序：串行输入16个字符，存入片内RAM的50H起始单元，串行口波特率为2400(设晶振为11.0592MHz)。(参考）,9.3应用程序设计,RECS：MOVSCON，#0D0H；串行口方式3允许接收MOVTMOD，#20H；T1方式2定时MOVTL1，#0F4H；写入T1时间常数MOVTH1，#0F4HSETBTR1；启动T1MOVR0，#50H；设数据指针MOVR7，#10H；接收数据长度WAIT:JBCRI，NEXT；等待串行口接收SJMPWAITNEXT:MOVA，SBUF；取一个接收字符JNBP，COMP；奇偶校验JNBRB8，ERR；PRB8，数据出错SJMPRIGHT；P=RB8，数据正确COMP:JBRB8，ERRRIGHT:MOVR0，A；保存一个字符INCR0；修改指针DJNZR7，WAIT；全部字符接收完?CLRF0；F0=0，接收数据全部正确AJMPGDERR：SETBF0；F0=1，接收数据出错GD：RET,3.接收程序（参考）,9.3应用程序设计,A机发送：SEND：MOVA，R0MOVC，PMOVTB8，CMOVSBUF，AWAIT：JBCTI，NEXTSJMPWAITNEXT：INCR0DJNZR7，SENDRET,B机接收：WAIT:JBCRI，NEXT；等待串行口接收SJMPWAITNEXT:MOVA，SBUF；读取接收字符JNBP，COMP；奇偶校验JNBRB8，ERR；PRB8，出错SJMPSAVE；P=RB8=1，正确COMP:JBRB8，ERRSAVE:MOVR0，A；保存一个字符INCR0；修改指针DJNZR7，WAIT；全部字符接