第07章 单片机串行通信系统.ppt

第07章单片机串行通信系统,7.1概述6.2串行通信接口7.3串行通信工作方式7.4串行通信波特率设置7.5串行方式时间显示Proteus仿真,串行通信优点:便于长距离传送缺点:传送速度较慢,计算机与外界信息交换称为通信。,通信的基本方式可分为并行通信和串行通信：,并行通信是数据的各位同时发送或同时接收；,串行通信是数据的各位依次逐位发送或接收。,并行通信优点:传送速度快缺点:不便长距离传送,7.1概述,串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信。,并行通信和串行通信,7.1.1异步通信,串行异步传送中，通信双方必须事先约定：1、字符格式。双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。2、在异步通信中，发送端与接收端的波特率必须一致。（波特率(Baudrate)。波特率就是数据的传送速率，即每秒钟传送的二进制数位数，单位为位/秒。）,常用标准波特率：b/s110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、19200,7.1.2同步通信,波特率的倒数即为每位传输所需的时间。相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特率，否则无法成功地完成串行数据通信。,串行通信波特率,波特率bps(bitpersecond)定义:每秒传输数据的位数，即：,1波特=1位/秒（1bps）,7.1.3串行通信的制式,串行通信中，数据通常是在二个端点（点对点）之间进行传送，按照数据流动的方向可分成三种传送模式:单工、半双工、全双工.,1、单工方式（Simplex）：数据仅按一个固定方向传送。,2、半双工制式（HalfDuplex）,使用同一根传输线，数据可双向传送，但不能同时进行。,3、全双工制式（FullDuplex）,数据的发送和接收可同时进行,单工：广播,双工：电话,半双工：对讲机,指令清0RI/TI,波特率发生器,下降沿表示“0”起始位开始,波特率因子：16,波特率加倍,7.280C51串行通信接口,波特率因子,为保证数据传送的准确性，发送/接收时钟频率f应大于等于波特率Bf=nBn为波特率因子。同步时：n=1异步时：通常n=16，即16个时钟脉冲传送一位数据，在7、8、9三个时钟脉冲边沿采样数据，并采用三取二原则确定数据值,波特率误差与时钟频率,设晶振频率：6MHz.SMOD=0，串口方式1波特率B=4800b/s波特率误差8.5%波特率B=1200b/s波特率误差0.1%波特率不同，误差不同若选择晶振频率：11.059MHz.波特率误差普遍很小,发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和完成串行数据的发送；接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只需从SBUF中读出接收数据。,串行口特殊功能寄存器5个,1、串行数据缓冲器SBUF,在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。在物理上有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接收缓冲寄存器。,2、串行控制寄存器SCON,SM0SM1串行口工作方式选择位。SM2多机通信控制位。REN允许接收控制位。REN=1，允许接收。TB8方式2和方式3中要发送的第9位数据。RB8方式2和方式3中要接收的第9位数据。TI发送中断标志。RI接收中断标志。,SM0、SM1：串行口工作方式选择位。用于选择四种工作方式,SM2,通常，SM2主要用于从机的状态控制SM2=0表示从机为数据传送状态SM2=1表示从机为地址传送状态,3）REN允许串行接收控制位REN0禁止接收数据REN1允许接收数据4）TB8发送数据第9位。在方式2和方式3时，TB8为所要发送的第9位数据在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的信息是否地址。在SM2=1时，TB8=1，表明信息为地址但在SM2=0时，也可用作数据的奇偶校验位。方式0，方式1中，该位不用,5）RB8接收数据第9位在方式2、3时，RB8是接收的第9位数据。可作为奇偶校验位或地址帧的标志在方式1时，若SM2=0,RB8是接收的停止位在方式0时，不使用RB86）TI发送中断标志位在方式0时，发送完第8位数据后，该位由硬件置位。在其它方式下，于发送停止位之前，由硬件置位,并向CPU申请中断CPU在响应中断后，必须用软件清零。在非中断方式，TI也可供查询使用。7）RI接收中断标志位在方式0时，接收完第8位数据后，该位由硬件置位。在其它方式下，于接收到停止位之前，该位由硬件置位,并向CPU申请中断在CPU响应中断后，也必须用软件清零在非中断方式，RI也可供查询使用。,3、电源控制寄存器PCON,SMOD=1：波特率加倍SMOD=0：表示波特率不加倍。,）GF1,GF0用户可自行定义的通用标志位）PD掉电方式控制位PD=0：常规工作方式PD=1：进入掉电方式CPU处于掉电方式时,振荡器停振，片内RAM和SRF的值保持不变，P0P3口维持原状，程序停止。只有复位能退出掉电方式。4）IDL待机方式(空闲方式)控制位。IDL=0：常规工作方式IDL=1：进入待机方式CPU处于待机方式时,振荡器继续振荡，中断、定时器、串口功能继续有效，片内RAM和SRF保持不变，CPU状态保持，P0P3口维持原状，程序停顿。中断、复位都能退出待机状态。,4.中断允许控制寄存器IE(A8H),总中断允许控制位。EA=1，开放所有中断；EA=0，禁止所有中断。,串行口中断(包括串行发、串行收)允许位。ES=1，允许串行口中断；ES=0，禁止串行口中断。,定时/计数器T1中断允许位。ET1=1，允许定时器T1中断；ET1=0，禁止定时器T1中断。,外部中断1中断允许位。EX1=1，允许外部中断1中断；EX1=0，禁止外部中断1中断。,定时/计数器T0中断允许位。ET0=1，允许定时器0中断；ET0=0，禁止定时器0中断。,外部中断0中断允许位。EX0=1，允许外部中断0中断；EX0=0，禁止外部中断0中断。,5.中断优先级控制寄存器IP(B8H),串行口中断优先级控制位。PS=1，设定串行口为高优先级中断；PS=0，设定串行口为低优先级中断。,定时器T1中断优先级控制位。PT1=1，设定定时器T1中断为高优先级中断；PT1=0，设定定时器T1中断为低优先级中断。,外部中断1中断优先级控制位。PX1=1，设定外部中断1为高优先级中断；PX1=0，设定外部中断1为低优先级中断。,定时器T0中断优先级控制位。PT0=1，设定定时器T0中断为高优先级中断；PT0=0，设定定时器T0中断为低优先级中断。,外部中断0中断优先级控制位。PX0=1，设定外部中断0为高优先级中断；PX0=0，设定外部中断0为低优先级中断。,中断源同级自然优先级外部中断0最高级定时器T0中断外部中断1定时器T1中断串行口中断最低级,工作方式移位寄存器方式，可外接移位寄存器以扩展I/O口，也可以外接同步输入/输出设备。一帧信息有8位数据，低位在前，高位在后，没有起始位和停止位数据从RXD输入或输出。TXD用来输出同步脉冲。数据格式如下：,波特率固定为fosc/12。,前,后,7.3串行通信方式,指令将TI/RI清零,方式0工作时，多用查询方式编程：发送：MOVSBUF，AJNBTI，$CLRTI接收：JNBRI，$CLRRIMOVA,SBUF注）复位时，SCON被清零，工作方式的缺省值为方式0。接收前，务必先置位REN=1方允许接收数据。,【例7.3-1】74LS165芯片的输入端接8个开关，利用单片机串行方式0将开关的状态串行输入单片机，并在LED上显示。,ORG0000H;0000H单元存放转移指令AJMPSTART;跳转到主程序ORG0030H;主程序从0030H开始存放START:MOVSCON,#10H;设定串行口为方式0,并允许接收LOOP:CLRP3.2;并行输入数据SETBP3.2;允许串行移位操作JNBRI,$;等待接收完毕CLRRI;标志位清零MOVA,SBUF;接受数据MOVP2,A;送P2口显示LCALLDELAY;调用延时程序AJMPLOOP;循环,DELAY:MOVR6,#10;延时程序D1:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D1RETEND,工作方式8位异步通信接口，一帧有1O位信息，1位起始位(低电平信号)，8位数据位(先低位后高位)，1位停止位(高电平信号)。波特率可变，由定时器/计数器T1的溢出率和SMOD（PCON.7）决定。其格式如下：,波特率=(2SMOD/32)T1溢出率,定时器T1的溢出率计算定时器的溢出率是指在1秒钟内产生溢出的次数。定时器T1在工作方式2时，定时器T1的溢出一次所需要的时间为：(28N)12时钟周期=(28N)12/fosc(秒)于是，定时器每秒所溢出的次数为：定时器T1的溢出率=fosc/(12(28N)式中的N为时间常数，即T1的初值。,波特率与计数初值的关系,设波特率用B表示，计数初值用N表示，则波特率B与T1计数初值N之间的关系可以表示为：,【例7.3-2】双机通信。设甲乙两机以串行方式1进行数据传送，fosc=11.0592MHz，波特率为1200b/s。甲机发送的1、2、3、4、5、6、7、8八个数字，存在内部RAM40H4FH单元中，乙机接收后在数码管上显示。编程思路：T1的设置。设SMOD=0,T1工作在方式2。T0不用，则TMOD=20H，T1的计数初值为：X=256-(2011059200)/(32121200）=232=E8H由于T1用于波特率发生器，故禁止中断，TR1=1启动。串口设置。工作方式1（M0M1=01），其他位均为0，可得SCON=40H。查询方式传送，禁止串口中断。甲乙两机设置相同。,ORG0000H;在0000H单元存放转移指令LJMPTXDA;转移到主程序ORG0100H;主程序从0100H开始TXDA:MOV40H,#01H;40H单元存入01HMOV41H,#02H;41H单元存入02HMOV42H,#03H;42H单元存入03HMOV43H,#04H;43H单元存入04HMOV44H,#05H;44H单元存入05HMOV45H,#06H;45H单元存入06HMOV46H,#07H;46H单元存入07HMOV47H,#08H;47H单元存入08HMOVTMOD,#20H;置T1定时方式2,MOVTL1,#0E8H;T1初值.MOVTH1,#0E8HCLRET1;禁止T1中断SETBTR1;T1启动MOVSCON,#40H;串行方式1,禁止接收MOVPCON,#00H;SMOD=0CLRES;禁止串行中断MOVR0,#40H;发送数据区首地址MOVR2,#8;发送数据长度TRSA:MOVA,R0;读一个数据MOVSBUF,A;发送JNBTI,$;等待一帧数据发送完毕CLRTI;清发送中断标志INCR0;指向下一字节单元DJNZR2,TRSA;判8个数据发完否?未完继续SJMP$;循环等待END,乙机接收程序：ORG0000H;在0000H单元存放转移指令LJMPRXDB;转移到主程序ORG0100H;主程序从0100H开始RXDB:MOVTMOD,#20H;T1定时方式2MOVTL1,#0E8H;T1计数初值MOVTH1,#0E8H;T1计数重装值CLRET1;禁止T1中断SETBTR1;T1启动MOVSCON,#40H;置串行方式1,禁止接收MOVPCON,#00H;置SMOD=0CLRES;禁止串行中断MOVR0,#50H;置接收数据区首地址MOVR2,#8;置接收数据长度SETBREN;启动接收,RDSB:JNBRI,$;等待一帧数据接收完毕CLRRI;清接收中断标志MOVA,SBUF;读接收数据MOVR0,A;存接收数据INCR0;指向下一数据存储单元DJNZR2,RDSB;判8个数据接收完否?START1:MOVR1,#50H;显示数据首地址LOOP4:MOVA,R1;取显示数据MOVDPTR,#TAB;置共阳字段码表首址MOVCA,A+DPTR;查段码表MOVP2,A;送P2口显示LCALLDELAY;调用延时程序INCR1;显示内容加1CJNER1,#58H,LOOP4;判断循环是否结束AJMPSTART1;跳转到START1,DELAY:MOVR5,#10;延时程序,给R5赋值DEL1:MOVR6,#100;中循环控制DEL2:MOVR7,#150;内循环控制DEL3:DJNZR7,DEL3;内循环体DJNZR6,DEL2;中循环体DJNZR5,DEL1;外循环体RETTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H;段码表END,工作方式9位异步通信接口，一帧有11位，1位起始位(低电平信号)，8位数据位(先低位后高位)，1位可编程位，1位停止位(高电平信号)。其格式如下：,在工作方式2下，波特率只有二种：SMOD0时，波特率为f0SC/64，SMOD1时，波特率为f0SC/32。波特率=(2SMOD/64)fosc,工作方式串行接口工作方式3也是9位异步通信接口，一帧信息有11位，1位起始位(低电平信号)，8位数据位(先低位后高位)，1位可编程位，1位停止位(高电平信号)。但波特率与工作方式1相同，由定时器/计数器T1的溢出率和SMOD（PCON.7）决定。也就是说方式3的工作机制与方式2相同，波特率与方式1相同，它是方式1和方式2的综合运用。,5多机通信,MCS-51单片机工作在串行方式2、3时，具有多机通信功能，可以实现一台主机与多台从机的信息交流。,图,从机：SM2=1表示接收地址状态，SM2=0表示接收数据状态TB8=1表示发送的信息是地址，TB8=0表示发送的信息是数据,主从多机通信的过程如下：使所有的从机工作在方式2或方式3，且SM2位置1，REN=1，以便接收主机发来的地址。主机发出要寻址的从机的一帧地址信息，其中包括8位需要与之通信的从机地址，第9位TB8=1。所有从机接收到地址帧后，置RI=1。各从机相应中断，进入中断服务程序，进行地址比较。对于地址相同的从机，使SM20，准备接收主机随后发来的数据信息；对于地址不符合的从机，仍保持SM2=1的状态，对主机随后发来的数据不予理睬，直至发送新的地址帧。主机给已被寻址到的从机发送控制指令和数据(数据帧的第9位TB8=0)实现主从通信。,总结,串行口应用的6个问题:1.工作方式：设定SCON的SM0、SM12.接收/发送：接收时REN=13.数据格式：方式2或3，设置TB84.波特率加倍：若工作方式不是模式0，设定SMOD5.波特率选择：方式0：固定，方式1，3计算T1初值，设置工作方式。方式2，2选1，选SMOD=0/1.6.中断设置：EA、ES、PS设置,为节省单片机并口资源，全自动洗衣机时间显示用串口驱动。全自动洗衣机一次洗衣时间一般不会超过99分钟，用2位LED数码管显示时间。用串口扩展并口的时间向仿真电路如下图所示。,7.6洗衣机串行方式时间显示电路Proteus仿真,图中用AT89C51单片机串行口扩展2个并行口接2位数码管组成显示电路。串行口工作于方式0，与外接的2片移位寄存器74LS164连接。74LS164是一个8位串入并出的移位寄存器，功能是接收AT89C51单片机串行通信口输出的串行数据并转换成并行数据输出，从而驱动LED数码管显示。两只LED数码管采用静态扫描显示方式，数码管为共阴极。使用串行口进行LED通信，程序编写相当简单，用户只需将需显示的数据直接送串口发送缓冲器，等待串行中断即可。,汇编语言参考程序：ORG0000H;在0000H单元存放转移指令LJMPNAIN;转移到主程序ORG000BH;定时器T0的中断入口地址LJMPINTERRUPT;转移到中断子程序ORG0200H;主程序从0200H开始MAIN:MOVTMOD,#01H;使用定时器T0,工作方式1MOVTH0,#3CH;置初T0值50msMOVTL0,#0B0HHMOVR0,#0;用于存1秒的计数次数SETBEA;开中断总允许SETBET0;允许T0中断SETBTR0;启动计时,LOOP:LCALLDisplay;循环调用显示子程序SJMPLOOPTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,