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1、Ch9 串行通口及应用 9.1 9.2串行通信基础MCS-51单片机的串行口 9.3点对点串行通信 9.4串行通信总线9 串行通9.4口及应用总通Ô总线及所连接的器件或设备了总线。Ô在监测与领域，该总线叫做分布式系统或集散系统；Ô若采用主从方式管理总线，则称系统为一点对多点的多机通；Ô若采用支持多主设备的管理方式，则称为多点对多点的多机通。9 串行通9.4口及应用总通Â I2C总线Ô(InterIntegratedCircuit)是Philips公司开发的一个双向2线总线，用于IC之间的通信，也称为Inter IC。Ô接口简

2、单，解决了数字电路设计中遇到的很多接口问题，已成为一个事实上的国际标准。9 串行通9.4口及应用总通Â I2C总线工作原理ª 总线器件Ô 器件：连接到总线上的ICÔÔ 主器：数据到总线的器件；：从总线接收数据的器件件：总线的器件；从件：被主件寻址的器件 每个器件都有一个唯一的地址识别，无论是MCU还是ADC、DAC；Ô 连接到总线的器件数量只受总线的最大电容限制；L 是一个多主机总线，当多个主机使用总线发生方法解决。或争用时通过仲裁L 大多数应用为主从式，即MCU为主机，其它均为从机。9 串行通9.4口及应用总通Â I2C总

3、线工作原理ª 总线信号Ô SCL(serial clock)：串行时钟，双向，用于同步数据位的传输，空闲电平；通常由主机发出，最大频率为：标准模式100KHz、快速模式400KHz、超快速模式1MHz、高速模式3.4MHz；Ô SDA(serial data)：串行数据，双向，用于传输数据位，空闲电平9 串行通9.4口及应用总通Â I2C总线工作原理ª 总线信号 所有器件的输出必须是漏极开路或集电极开路(线与)形式，总线要通过一个上拉电阻(R1、R2)连接到电源Vcc；L 主要电气规范：引脚最大输入电容10pF 低电平输入电压： . .高电平输

4、入电压：0.7Vcc Vcc(max) + 0.5 V或5.5 V，低电平输入电流：320mA，高电平输入电流：Ii 10µA9 串行通9.4口及应用总通ÂI2C总线工作原理ª数据传送数据传送总是以一个启始条件S开始、以一个停止条件P结束的；SDA上的数据只能在SCL处于低电稳定；ÔÔÔMSB；每个字节后必须跟一个响应位ACK，表示从机已接收到一个字节数据，方Ô法是：主机SDA(高电平)，从机将SDA变为低电平；Ô传输完成1字节后，紧接着传输下一个字节，每次传输的字节数不受限制，直至结束。到SDA线上的数据必须以字

5、节(8 bit)为，首先传输的bit应该是才能改变，在SCL高电必须保持9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：Microchip Technology Inc.生产的、符合I2C总线标准的E2PROM器Ô 4 KBit512×8bit字节地址范围000H01FFH512Byte9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：内部结构Ô SDA：串行数据Ô SCL：串行时钟，最大频率400KHz。Ô 地址送入“Address Register and Counter”、通过“Y D

6、ecoder、X Decoder”选择器的Byte；数据送入“16 byte Data Buffer”；9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：内部结构Ô Control Logic完成I2C接口和器读写操作，ÔWP：写保护输入，=1时，对保护器区域进行与写相关的任何操作；Ô Vcc：电源正极输入、范围2.55.0VDC，Vss：电源负极，Ô HV Generator：产生数据写入需要的高电压。9 串行通9.4口及应用总通9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：写入数据字节写方式页写

7、方式ª 字节写方式时序Ô 1010B标识码Ô地；A2A1ÔÔ器地址最A8；512B个单元需要9位地址。P0R/W：读写位，0写入、1读出；Ô 发出停止条件P后，24LC04B内部启动数据写入操作。9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：写入数据ª 页写方式时序写入16个字节后、发出停止条件P，启动数据写入操作。L 24LC04B没有提供写入完成状态标志9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：读出数据读当前地址字节数据随机读字节数据顺序读字节数据Ô

8、; 读当前地址字节数据读出“地址计数器（Address Register and Counter）” 数据字节保存的地址的9 串行通9.4口及应用总通Â 串行E2PROM 24LC04B：读出数据Ô 随机读字节数据读任意地址的数据字节¬先¬接着¬写入读出字和地址，确定“Address Register and Counter”中的值；字，随后24LC04B输出1字节数据；停止条件而不ACK，终止随机读。L 读出字节数据后，“Address Register and Counter”自动加1，指向下一个字节。9 串行通9.4口及应用总通Â

9、; 串行E2PROM 24LC04B：读出数据Ô 顺序读字节数据在当前读和随机读中，若主机ACK，则从机继续输出数据。类似随机读字节数据，只要读出一个字节后应答ACK=0,系统将自动增加地址，并随时后面单元的数据读出。9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机的I2C接口软件模拟方法实现与24LC04B接口；、接收缓冲区BFDASCLSDAEQUEQUEQU56HP1.0P1.19 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机的I2C接口；STC：启始条件子程序；SDA=1SETBNOPSDA；SCL=0CLRNOPSETBSCL；SCL=1SCL；，保证时

10、序要求NOP；SDA=1SETBSDA；，保证时序要求NOPCLR；SDA=0SDA NOP；SCL=0CLRSCLRET9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机的I2C接口；停止条件子程序SPC：；SDA=0CLRSDA NOP；SCL=0CLRNOPSETBSCL；SCL=1SCL；，保证时序要求NOP；SDA=0CLRSDA；，保证时序要求NOP SETBSDA NOP；SDA=1；SCL=0CLRRETSCL9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机的I2C接口；1字节子程序T1B：T1B1：R2，#8SCL；8bit计数；SCL=0MOVCLR；Cy

11、D7(要；SDACy的数据在A中)RLCMOV NOP NOPSETBASDA，C；，保证时序要求；SCL=1SCL；，保证时序要求NOPDJNZR2，T1B1RET9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机的I2C接口；接收1字节子程序；8bit计数；SCL=0：令24LC04B输出1 bitR1B：R1B1：R2，#8SCLMOVCLR；，保证时序要求NOPSETB SETB NOPNOP；设置P1.1为输入；SCL=1SDASCL；，保证时序要求C，SDAA R2，R1B1；Cy SDA；D0Cy (读出的数据在A中)MOVRLCDJNZRET9 串行通9.4口及应用总通

12、Â MCS51单片机的I2C接口；读出ACK子程序RACK：；SCL=0CLRNOPSCL；，保证时序要求NOPSETB MOV JCRET；SCL=1；Cy SDA；无确认，等待SCLC，SDA RAC1RAC1：9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机的I2C接口；写1字节数据子程序W1D：；开始条件LCALLMOVSTCA，#0A0H写入字和地址（000B）；1字节子程序；读出ACKLCALLLCALLT1BRACKA，#10HT1BRACK；8位地址MOVLCALLLCALL；读出ACK；取要写入的数据A，BFDAT1BMOVLCALL；数据；读出ACKLC

13、ALLRACK；停止条件LCALLRETSPC9 串行通9.4口及应用总通；随机读1字节数据子程序R1D：；开始条件写入地址LCALLSTCA，#0A0HT1B RACK A，#10H；和字MOVLCALL LCALL MOV；读出ACK；低8位地址LCALLLCALL LCALLT1BRACK STC A，#0A1；读出ACK；开始条件读出字MOVLCALLLCALLT1BRACK；读出ACK；接收1字节LCALLLCALLR1BSPC；停止条件BFDA，A；保存数据MOVRET9 串行通9.4口及应用总通Â SPI工作原理Ô SPI (Serial Peripheral

14、 Interface)：串行外设接口，一串行总线，Ô 采用3线连接1个主机(Master)管理多个从机(Slave)的，Ô用于单片机与多个器件之间、或多个单片机之间的高速同步数据传送。Ô 8Bit Shift Register：进行串入/并出与并入/串出的转换Ô MISO (MasterIn/SlaveOut)：主入从出，串行数据；Ô MOSI (MasterOut /SlaveIn)，主出从入，串行数据；Ô SPI Clock Generator：产生移位寄存器需要的移位时钟信号SCKÔ SS (Slave Select)

15、：主机输出选择从机，通信过程。 优点：数据传送速度高，缺点：需要I/O口线选择从机9 串行通9.4口及应用总通Â SPI工作原理为了配合主从机的移位时序，主机SCK极性CPOL(Clock Polarity)、SCK与MISO、 MOSI间的相位关系CPHA (Clock Phase)是可变的。Ô CPOL = 0CPHA=1SSSCK=0¬主机输出SS选择从机，主机MOSI、从机MISO输出MSB(b7)位；¬主机输出SCK，在SCK：主机将MISO上的数据位、从机将MOSI上的移入移位寄存器；¬ 主机输出SCK，在SCK：主机MOSI、从机

16、MISO移出1位数据；¬主机输出8个SCK后，b0(LSB)已经移出，主机MOSI保持逻辑1、从机MISO输出MSB；¬主机将SS变高，从机MISO变为高阻状态。9 串行通9.4口及应用总通Â SPI工作原理Ô CPOL =0CPHA=0SSSCK=0¬ 主机输出信号SS选择从机，从机MISO输出LSB(b0)位；¬ 主机输出SCK，在SCK：主机MOSI、从机MISO移出1位数据；¬ 主机输出SCK，在SCK：主机将MISO上的数据位、从机将MOSI上的移入移位寄存器；¬ 主机输出8个SCK后，b0(LSB)已经

17、移出，主机MOSI保持逻辑1、从机MISO输出其LSB；¬ 主机将SS变高，从机MISO变为高阻状态 。9 串行通9.4口及应用总通Â 串行闪存M25P1616 MBit闪存(Flash memory)采用串行接口SPI，最高时钟频率75MHzÔ 16 Mbit的组织2MByte32个区(sector) 64KByte/区HOLD256Byte为1页(page) WS字节地址范围000000H0FFFFFHÔ readonly memory area：Ô Status Register：包含状态位和标识码(ID)位9 串行通9.4口及应用总通&

18、#194; 串行闪存M25P16Ô D：串行数据输入，它通过I/O Shift Register接收指令、地址和数据Ô 指令送入Control Logic，工作状态，Ô 地址送入Address Register and Counter、通过Y Decoder、X Decoder选择存的Byte，Ô 数据通过“256 byte Data Buffer”写入Ô Q：串行数据输出器。HOLD WS9 串行通9.4口及应用总通Â 串行闪存M25P16Ô C：移位时钟，/S：选择输入Ô 支持SPI的模式规律：在时钟C移入数据

19、，在时钟C移出数据。Ô /W：写保护输入Ô /HOLD：暂停串行数据Ô Vcc：电源正极输入、范围2.73.6VDC，Vss：电源负极，Ô High voltage Generator：产生数据写入需要的高电压。9 串行通9.4口及应用总通Â 串行闪存M25P16Ô 按字节读出的指令时序读出数据有按字节读和按字节高速读2种方式S¬ /S选择M25P16；¬ 接收1 byte按字节读数据指令码(03H)；¬ 接收24 bit地址A23A0，地址可以是000000H0FFFFFH中的任何值；¬ 输出

20、1 byte读数b7b0，输出后地址自动加1；¬ 若继续输出数据字节，保持/S低，继续输出；若不，使/S结束指令。9 串行通9.4口及应用总通Â 串行闪存M25P16Ô 页写入方式写入数据的指令时序即一次写入256字节数据，且页地址最好从00H开始。SS¬ /S选择M25P16；¬ 接收1 byte写入数据页指令码(02H)；¬ 接收24 bit地址A23A0，地址可以是000000H0FFFFFH中的任何值；9 串行通9.4口及应用总通Â 串行闪存M25P16Ô 页写入方式写入数据的指令时序SS¬ 接收

21、第1 byte数据；接收第2 byte数据， ；¬ 接收256 byte数据后，使/S结束指令，M25P16开始写入数据。 在写入数据前必须先清除(Erase)器，清除就是把器内容写入1。一次可以清除1个区，也可一次清除整个器9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存当需要大量数据时，使用串行闪存扩展是一个合适的方法。Ô D3：线性集成稳压器，为D2提供3V电源；Ô D4：OC输出门(74LVC07)，作用是转换逻辑电平。Ô AT89S53与MCS51单片机兼容，但内部含有SPI接口。 +5V+5V+3V+5VD1D2D3AT89

22、S53 D4M25P16TPS76030 P1.4SSSVcc +3V OutIn VccMOSI EN P1.5DHOLD P1.6 MISOQWGND VssSCKP1.7CVss9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存Ô 为了操作SPI设立了SPCR、SPSR和SPDR等SFR。Ô SPDR：SPI数据寄存器，与接收的同名、同地址。Ô SPCR：SPI寄存器9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存Ô SPSR：SPI状态寄存器9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存P1，

23、#0FFHSPCR，#0BFH SPCR，#0；初始化SPI；SPE=0；SPIE=0，SPE=0，MOVANL MOV；DORD=0，MSTR=1；CPOL=0，CPHA=0，；SPR1=1，SPR0=0SPCR，#12HORLNOPORLSPCR，#40H；SPE=1，打开SPIMOVS1BSPI：SPDR，A；写入1 Byte：A = 要写入的数据S1BSP1：MOVJNB RETA，SPSRACC.7，S1BSP1；读状态寄存器；完成?；是：返回9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存；写入256字节；M25P16写使能；缓冲区首地址WRDAT：LCALLMO

24、VWRMENDPTR，#2000H；选择M25P16CLRMOV LCALL MOVLCALLP1.4A，#02H S1BSPI A，#00HS1BSPI；页数据写入指令；24 Bit地址：A2316A，#08HS1BSPI；24 Bit地址：A158MOVLCALLA，#00HS1BSPI；24 Bit地址：A70MOVLCALL9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存；写入256字节；256字节计数；取1字节R6，#0A，DPTRMOVWRDA1：MOVXSPDR，AA，SPSR ACC.7，WRDA2 DPTR R6，WRDA1MOVWRDA2：MOVJNB I

25、NC DJNZ；读状态寄存器；1字节完成?；修改地址指针；256字节完成?A，SPDRP1.4；复位SPIE；启动M25P16页写入MOVSETB9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机扩展闪存；写入256字节WRDA3：NOPCLR；读M25P16状态寄存器P1.4A，#05HS1BSPI SPDR，#00H A，SPSRACC. ，WRDA5；指令MOVLCALL MOVWRDA5：MOVJNB；写入数据为00H或任意；读状态寄存器；接收完成?SETBMOVP1.4A，SPDR；是：状态寄存器ACC.0，WRDA3；页写入结束?；返回JBRET9 串行通9.4口及应用总通

26、Â MCS51单片机多机通信多个MCS51单片机之间可进行多机通信，一个级主从式总线分布式系统。Ô 只有1个单片机为主机，其它单片机均为从机；Ô 为了识别从机，必须给它们预先分别分配一个唯一的地址或编号1N。Ô 支持多机通信硬件条件在方式2、3时，SM2和RB8对RI的在SM2=1时，若RB8=0：则不置位RI 主机从机 1从机 N ··· ··· D TxDR TxDR Tx RxD MCS-51xD MCS-51xD MCS-51 P3.1 P3.09 串行通9.4口及应用总通Â

27、MCS51单片机多机通信Ô 多机¬ 主机首先法从机地址，且置RB8=1；数据时，置RB8=0；¬ 从机初始化后，均置SM2=1，通过RI等待接收的地址；¬ 从机接收1字节数据(地址)后，与预置的的地址进行比较；Ô相等：主机要与进行通信(被寻址)；置SM2=0，以便后续数据的RB8=0能激活RI；Ô不相等：主机不是与通信的，保持SM2=1；主机后续数据时RB8=0，激活RI。9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信MCS51单片机的串行口是一个UART，那么如何传送一个数据包呢?Ô 自定义十六进制数据

28、包¬地址：从机地址，1个字节；¬数据1N：要传送的数据，均为1个字节；¬：占1或2个字节，可按照以前的方法得到。Ô 如何确定一个数据包开始和结束呢?¬连续数据包，一旦接收字节的时间间隔大于某个值(如5ms)，就表明当前数据包已经完成，当然随后收到的数据也将是新的数据包。¬可以设立一个定时器监督接收字节的间隔，一旦间隔大于5ms就处理接收的数据包，处理完成后准备接收新的数据包。并9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信F 现有MCS51单片机的fosc =11.0592MHz，请编写程序实现主从式多机串行通信，

29、波特率为19200 bps。解：根据题意，设置串行口工作在方式3，使用CT1产生收发时钟，使用CT0监督接收字节的时间间隔。ª CT0 5mS定时：方式1计数脉冲频率=11059200/12 Hz，5mS需要脉冲数=5×103×（11059200/12）=4608初值：2164608=655364608=60536 =EE00H考虑中断响应及重置初值需要的时间，设初值=EE07Hª CT1方式219200 bps查表， 初值=FD H，SMOD=1注： 以方式3，11bit 需要时间 11/119200=13uS，故有可能正在接收一个字节时，发生5mS定

30、时中断。9 串行通9.4口及应用总通为了便于编程和提高程序执行效率，设立必要的标志和缓冲区。ª 主机程序；接收缓冲区 80HFFHBFSREQU80H；缓冲区FFH80HBFSTEQU0FFH；从机地址SADREQU30H；串行接收时间间隔定时器TSCREQU31H；正在串行接收标志MKSCEQU20H.0；接收到一个数据包标志MKSREQU20H.1；串行任务标志MKSTEQU20H.29 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信主机程序ORG0000H；初始化LJMPORGSTR000BH；CT0溢出中断中断服务程序PUSHLJMP ORG PUSHPUSH

31、PSWT0INT 0023H ACCPSW；串行口中断服务程序地址LJMPSCINTSTR：P3，#01H；P3.0（RXD）为输入ORL MOV MOV MOVIE，#12HTCON，#00H IP，#10H；EA=0，ES=1，ET0=1；关闭CT0、CT1；串行口中断优先级最高9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信主机程序TMOD，#21HTH0，#0EEH TL0，#07H；CT1定时方式2，产生收发时钟；CT0定时方式1，5ms初值；要考虑中断响应和重装初值指令MOVMOV MOVTH1，#0FDHTL1，#0FDH；波特率=19200BPS的初值MOVM

32、OV20H，#0；复位各种标志MOVPCON，#80HSCON，#0C0H TCON，#50H EA；SMOD=1，波特率=19200bps；Mode 3/9bit，SM2=0；启动CT0、CT1；开中断；主机主程序ORLMOV ORL SETB MAIN：9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信主机程序MAIN：；主机主程序 MKST，MAN1MKST；有任务?JNBCLR ；组织数据到缓冲区R1，#BFSTR3，#N；缓冲区指针字节数，包括从机地址字节MOVMOVA，SADRTB8；取从机地址；TB8=1表示MOVSETB的是从机地址SBUF，A；启动串行MOVR

33、0，#BFSRMKSC；接收缓冲区指针；清除正在串行接收标志MOVCLRMAN1：MKSR，MAINMKSR；接收到一个数据包?JNBCLR；处理数据包 LJMPMAIN9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信主机程序SCINT：；主机RI+TI中断服务程序TI，SCISRI，SCIR；中断?JBJB；接收中断?SCIE：POPPOPPSWACC RETISCIS：；清除中断标志CLRDJNZSETB SJMPTIR3，SCIS1 RENSCIE；结束?；是：打开接收，等待响应SCIS1：A，R1TB8SBUF，A；否：继续；TB8=0表示；MOVCLR MOV的是数

34、据；修改缓冲区指针DECSJMPR1SCIE9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信主机程序SCIR：；清除接收中断标志CLRRITSCR，#0 MKSC A，SBUF；复位时间间隔定时器MOV；置位正在串行接收标志SETB；读接收的数据字节MOVR0，A；保存数据MOV；修改接收缓冲区指针INCR0SJMPSCIE9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信主机程序；主机CT0溢出中断中断服务；任务：数据包间隙超过5mS，认为是一个新的数据包T0INT：TL0，#0EEHTH0，#07H TSCR TSCR，#2，T0I9 TSCR，#0 MK

35、SC，T0I9 MKSRPSWMOVMOV INC CJNE MOV JNB SETB POP RETI；重装入初值；时间间隔计数(5ms计数)；=10ms?；正在串行接收?；置位接收到一个数据包标志；恢复断点现场T0I9： 接收过数据MKSC=1，且间隔达到 10ms，认为接收完一个数据包9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信从机程序；接收缓冲区 80HFFH；与主机的相同；本机已被寻址标志BFSREQU EQU80HMKAD20H.0；接收到一个数据包标志MKSREQU20H.1ORGLJMPORG PUSH0000HSTR000BH PSW；初始化；CT0中断

36、中断服务程序LJMPORGT0INT0023H；串行口中断服务程序地址PUSHPUSH LJMPORLACCPSW SCINTP3，#01HSTR：；P3.0为输入9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信从机程序；与主机的相同；Mode 3/9bit，SM2=1；启动CT0、CT1 MOV ORLSCON，#0E0HTCON，#50H；打开串行口接收；开中断；从机主程序SETBSETB RENEAMAIN：MKSR，MAINMKSR；接收到一个完整数据包?JNBCLR；处理数据包，并响应数据 LJMPMAINSCINT：；从机RI+TI中断服务程序TI，SCISRI，SCIR PSW ACC；中断?JBJB POP POP RETI；接收中断?SCIE：9 串行通9.4口及应用总通Â MCS51单片机多机通信从机程序SCIS：；清除中断标志CLR SJMPTI；程序与主机的相同SCIESCIR：；清除接收中断标志；读接收的数据字节；本机已被寻址?；本机地址?；置位本机已被寻址标志CLRMOV JB CJNE