第8章数据通信PPT课件

1、 第第8章章 数据通信数据通信本章学习目标本章学习目标了解通信的有关概念了解通信的有关概念掌握串行通信和并行通信的原理掌握串行通信和并行通信的原理掌握常见串行接口掌握常见串行接口(RS232/RS485/SPI/I2C)的原理的原理及应用方法及应用方法掌握单片机并行接口的扩展方法掌握单片机并行接口的扩展方法1/1601 、串行通信的分类串行通信的分类（1）按照串行数据的同步方式分类）按照串行数据的同步方式分类 按照串行数据的同步方式，串行通信可以按照串行数据的同步方式，串行通信可以分为分为同步通信同步通信和和异步通信异步通信两类两类8.1.1 8.1.1 串行通信的相关概念串行通信的相关概念2

2、/1601）异步通信）异步通信在异步通信在异步通信(Asynchronous Communication)方方式中，接收器和发送器使用各自的时钟，它们式中，接收器和发送器使用各自的时钟，它们的工作是非同步的的工作是非同步的。在异步传送中，每一个字符要用在异步传送中，每一个字符要用起始位起始位和和停止停止位位作为字符开始和结束的标志，以作为字符开始和结束的标志，以字符字符为单位为单位一个个地发送和接收。一个个地发送和接收。3/160波特率与比特率波特率与比特率波特率波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其位时间内载波调制状态

3、改变次数来表示，其单单位为波特位为波特(Baud)。波特率与比特率的关系波特率与比特率的关系是比特率是比特率=波特率波特率单单个调制状态对应的二进制位数。个调制状态对应的二进制位数。在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率元传输速率，简称波特率。波特率是传输通道波特率是传输通道频宽的指标。频宽的指标。4/1602）同步通信）同步通信同步通信同步通信(Synchronous Communication）是一）是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只种连

4、续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。这里的信息帧和异步通信中的传送一帧信息。这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。字符帧不同，通常含有若干个数据字符。根据控制规程，数据格式分为根据控制规程，数据格式分为面向字符面向字符及及面向面向比特比特两种。两种。5/1608.2 串行接口串行接口8.2.1 单片机的串行接口单片机的串行接口 IAP15W4K58S4单片机具有单片机具有4个采用个采用UART工作工作方式的全双工串行通信接口方式的全双工串行通信接口（串口（串口1和串口和串口2）。）。每个串口由每个串口由u 2个数据缓冲器、个数据缓冲器、u 1个移位寄存器个

5、移位寄存器u 1个串行控制寄存器个串行控制寄存器u 1个波特率发生器个波特率发生器等组成。等组成。6/160接收缓冲器接收缓冲器只能读出，不能写入，而发送缓冲器则只能写只能读出，不能写入，而发送缓冲器则只能写入，不能读出。它们共用一个地址号。入，不能读出。它们共用一个地址号。IAP15W4K58S4的串行口既可以用于的串行口既可以用于串行异步通信串行异步通信，也可，也可以构成以构成同步移位寄存器同步移位寄存器。7/160u每个串口的数据缓冲器每个串口的数据缓冲器由由串行接收缓冲器串行接收缓冲器和和发送发送缓冲器缓冲器构成，它们在物理构成，它们在物理上是独立的，既可以接收上是独立的，既可以接收数

6、据也可以发送数据，还数据也可以发送数据，还可以同时发送和接收数据可以同时发送和接收数据。（1）串口）串口1控制寄存器控制寄存器SCONSCON（地址为（地址为98H，复位值为，复位值为00H）用于确）用于确定串口定串口1的操作方式和控制串口的操作方式和控制串口1的某些功能，的某些功能，也可用于也可用于发送和接收第发送和接收第9个数据位（个数据位（TB8、RB8），），并设有接收和发送中断标志（并设有接收和发送中断标志（RI及及TI）位。位。SCON各位的定义如下各位的定义如下 ：位号位号D7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0位名称位名称SM0/FESM1SM2RENTB8RB8TIRI

7、8/160表表8-2 串行通信的工作方式串行通信的工作方式注：当注：当T1工作于模式工作于模式0且且T1x12 = 0时，时，T1的溢出率的溢出率= SYSclk/12/( 65536 RL_TH1,RL_TL1)；当当T1工作于模式工作于模式0且且T1x12 = 1时，时，T1的溢出率的溢出率= SYSclk / (65536RL_TH1,RL_TL1)。当当AUXR.2/T2x12=0时，时，T2的溢出率的溢出率=SYSclk/12/(65536RL_TH2,RL_TL2 )；当当AUXR.2/T2x12 = 1时，时，T2的溢出率的溢出率=SYSclk/(65536RL_TH2,RL_T

8、L2 )。9/1602、串行口的工作方式、串行口的工作方式IAP15W4K58S4单片机的串行口单片机的串行口1有有4种工作方种工作方式，通过设置式，通过设置SCON寄存器的寄存器的SM0和和SM1进行进行选择选择 。现分别加以介绍。现分别加以介绍。方式方式0：移位寄存器方式移位寄存器方式方式方式1：8位可变波特率方式位可变波特率方式方式方式2：9位固定波特率方式位固定波特率方式方式方式3：9位可变波特率方式位可变波特率方式10/1608.2.4 SPI8.2.4 SPI通信接口通信接口9.19.1模数转换器的工作原理及性能指标模数转换器的工作原理及性能指标一、模数转换器的工作原理一、模数转换

9、器的工作原理根据转换的工作原理不同，模数转换器可以分根据转换的工作原理不同，模数转换器可以分为为计数计数-比较式、逐次逼近式和双斜率积分式比较式、逐次逼近式和双斜率积分式。计数计数-比较式模数转换器结构简单，价格便宜比较式模数转换器结构简单，价格便宜，转换速度慢，较少采用。，转换速度慢，较少采用。下面主要介绍下面主要介绍逐次逼近式逐次逼近式和和双斜率积分式双斜率积分式模数模数转换器的工作原理。转换器的工作原理。12/1042、双积分式模数转换器的工作原理、双积分式模数转换器的工作原理双积分式模数转换器转换方法的双积分式模数转换器转换方法的抗干扰能力比抗干扰能力比逐次逼近式模数转换器强。逐次逼近

10、式模数转换器强。该方法的基础是测量两个时间：该方法的基础是测量两个时间：一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间另一个是在已知参考电压下放电所需的时间另一个是在已知参考电压下放电所需的时间模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比。个时间值之比。13/1041、分辨率、分辨率分辨率是分辨率是A/D转换器能够分辨转换器能够分辨最小信号的能力最小信号的能力，表示数字量，表示数字量变化变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。分辨率分辨率越高越高，转换时对输入模拟信号变化的反应

11、就，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏越灵敏。14/104使得输出离散信号产生一个变化所需的最小输入电压的差值被称作最低有效位（Least Significant Bit, LSB）电压。NVVQ2RefLowRefHi例如例如，8位位A/D转换器能够分辨出满刻度的转换器能够分辨出满刻度的1/256，若若满刻度输入电压为满刻度输入电压为5V，则该则该8位位A/D转换器转换器能够分辨出输入电压变化的最小值为能够分辨出输入电压变化的最小值为19.5mV，测量结果，测量结果FFH=15*16+16=256.若刻度输入电压为若刻度输入电压为2.5V，测量结果，测量结果80H. 一半一半8*16=1

12、2815/1044、转换、转换速率（速率（A/D和和D/A都有）都有）转换时间转换时间：A/D转换器转换器从启动转换到转换结束从启动转换到转换结束，输出稳定的数字量，需要的一定的转换时间输出稳定的数字量，需要的一定的转换时间。转换速率：转换速率：转换时间的倒数就是转换时间的倒数就是每秒钟能完成的每秒钟能完成的转换次数。转换次数。A/D转换器的型号不同，转换时间不同。转换器的型号不同，转换时间不同。逐次逼逐次逼近 式 单 片近 式 单 片 A / D 转 换 器 转 换 时 间 的 典 型 值 为转 换 器 转 换 时 间 的 典 型 值 为1.0200s。16/104 第第11章章 人机交互接

13、口人机交互接口本章学习目标本章学习目标掌握键盘接口技术掌握键盘接口技术掌握数码、液晶显示技术掌握数码、液晶显示技术了解数码管显示驱动和键盘扫描控制专用芯片了解数码管显示驱动和键盘扫描控制专用芯片17/67人机交互接口人机交互接口是指人与计算机之间建立联系、是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入交换信息的输入/输出设备的接口，这些设备输出设备的接口，这些设备包括键盘、显示器、打印机、鼠标器等。包括键盘、显示器、打印机、鼠标器等。本章主要介绍本章主要介绍键盘输入接口设计、显示原理及键盘输入接口设计、显示原理及接口技术。接口技术。18/67非编码非编码键盘键盘非编码键盘：非编码键盘：直接利用直接

14、利用口线连接按键开关口线连接按键开关或开或开关型传感器来实现，通过程序判断关型传感器来实现，通过程序判断口线的电平口线的电平就能够确定输入的键值就能够确定输入的键值。（数量少于（数量少于8个用）个用）优缺点：优缺点：设计简单，使用方便设计简单，使用方便，且因为具有共，且因为具有共用端，容易直接同开关电路或开关型传感器连用端，容易直接同开关电路或开关型传感器连接。但是这种方式的接。但是这种方式的口线利用率较低口线利用率较低，受单片，受单片机口线数量的限制，其键盘规模无法做大。机口线数量的限制，其键盘规模无法做大。11.1 11.1 键盘接口技术键盘接口技术19/67编码键盘编码键盘：将口线与按键

15、开关连接成将口线与按键开关连接成矩阵电路矩阵电路，通过通过软件扫描、识别软件扫描、识别I/O口上的编码口上的编码，按编，按编码规则识别码规则识别输入键值输入键值。4*4=16优点优点：口线利用率高，键盘规模可以做得较大口线利用率高，键盘规模可以做得较大。具体采用哪一种形式的键盘可以根据控制系统的具体采用哪一种形式的键盘可以根据控制系统的规模及用途决定。规模及用途决定。20/67键盘在使用中考虑到人员操作或机械特性在接键盘在使用中考虑到人员操作或机械特性在接触时产生的触时产生的抖动问题抖动问题，即按键开关在接通或断即按键开关在接通或断开瞬间并非完全可靠接触，而是开瞬间并非完全可靠接触，而是存在一

16、个抖动存在一个抖动期，期，在此期间的电平变化波形如图所示。在此期间的电平变化波形如图所示。图图11-2 按键闭合时的电平变化波形按键闭合时的电平变化波形21/67抖动期一般不超过抖动期一般不超过10 ms。在口线电平抖动期。在口线电平抖动期间，单片机无法准确检测出口线电平的正确值间，单片机无法准确检测出口线电平的正确值，必须采取一定的措施进行鉴别。，必须采取一定的措施进行鉴别。常用的方法是常用的方法是延时消抖法延时消抖法，例如遇到由高向低例如遇到由高向低的电平转换后先不急于读取口线键值，而是在的电平转换后先不急于读取口线键值，而是在中断服务程序的开始中断服务程序的开始执行一段执行一段1020

17、ms的的延延时程序。时程序。若延时程序后再次判断口线若延时程序后再次判断口线仍为低电仍为低电平则进入口线的键值读取程序，否则放弃键值平则进入口线的键值读取程序，否则放弃键值读取操作。读取操作。22/67例如，可以将例如，可以将P2口的口的8根根I/O线线排列成排列成44矩矩阵形式，连接阵形式，连接16只只按键。如图所示。按键。如图所示。R4R5R6R7R0R1R2R3+5V23451INT0P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7STC15F2K60S2CD4082图图11-3 44矩阵式键盘电路矩阵式键盘电路23/6711.2 显示技术显示技术11.2.1 11.2.

18、1 数码数码LED显示技术显示技术1、显示元件概述、显示元件概述主要显示元件主要显示元件：LED（发光二极管显示器）（发光二极管显示器）或或LCD（液晶显示器）（液晶显示器）。显示形式：笔画式显示形式：笔画式和和点阵式。点阵式。笔画式笔画式显示元件大多为显示元件大多为LED数码管数码管，用于显示，用于显示数字或简单字母信息，适合于规模较小的单片数字或简单字母信息，适合于规模较小的单片机系统。机系统。如果考虑到单片机系统功耗因素，也有笔画式如果考虑到单片机系统功耗因素，也有笔画式LCD数码管可供选用，但在控制和连接上要稍数码管可供选用，但在控制和连接上要稍微复杂一些。微复杂一些。24/672、七

19、段码、七段码LED显示器显示器LED数码管由数码管由8只只LED发光二极管发光二极管构成，构成，8只只LED发光二极管分别代表发光二极管分别代表组成数码的笔画（称为段）组成数码的笔画（称为段）和和该位数码的小数点该位数码的小数点。由于显示的。由于显示的数字由数字由7个显示个显示段组合而成，所以也称为七段码。段组合而成，所以也称为七段码。图图11-5 LED七段数码管显示器的结构七段数码管显示器的结构 25/67在在七段数码管显示器中为简化电路引出线，通常将七段数码管显示器中为简化电路引出线，通常将8只发只发光二极管的光二极管的阴极或阳极连接在一起阴极或阳极连接在一起作为电路的作为电路的公共端公共端，由，由此便出现了此便出现了共阴极共阴极