[工学]第7章+串行通讯接口ppt课件

1、单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术第第7章串行通讯接口章串行通讯接口本章学习要求：本章学习要求：1.1.掌握串行通讯的根本概念；掌握串行通讯的根本概念；2.2.掌握串行通讯接口的电路构造；掌握串行通讯接口的电路构造；3.3.掌握四种任务方式及波特率的计算方法；掌握四种任务方式及波特率的计算方法；4.4.掌握串行通讯接口的掌握串行通讯接口的SFRSFR和编程方法。和编程方法。7.1 串行通讯的概念串行通讯的概念 7.1 串行通讯的概念串行通讯的概念7.1.1 串行通讯与并行通讯串行通讯与并行通讯并行通讯并行通讯数据的各位同时传送；数据的各位同时传送；串行通讯串行通讯数据一位一位地顺序传送。

2、数据一位一位地顺序传送。共需求两根线，一根数据线共需求两根线，一根数据线DATA和一根时钟线和一根时钟线CLK;按照时钟信号，从低到高逐个传送数据位按照时钟信号，从低到高逐个传送数据位.7.1 串行通讯的概念串行通讯的概念7.1.2 同步串行通讯与异步串行通讯同步串行通讯与异步串行通讯一、一、 同步串行通讯同步串行通讯7.1 串行通讯的概念串行通讯的概念二、二、 异步串行通讯异步串行通讯接纳端是如何区分起始位与接纳端是如何区分起始位与D0、D1、D2、D3、D4的？的？只需求一根数据线只需求一根数据线;字节按照固定的帧格式传送字节按照固定的帧格式传送.位时间每位宽位时间每位宽T = 波特率的倒

3、数；波特率的倒数； 例：波特率为例：波特率为9600时，时， 位宽位宽T=1/9600Baud=0.10417ms在异步通讯中，接纳设备和发送设备必需坚持一样的波特率。在异步通讯中，接纳设备和发送设备必需坚持一样的波特率。波特率与定时器关系亲密，大小是经过定时器波特率与定时器关系亲密，大小是经过定时器T1定时实现的定时实现的!7.1 串行通讯的概念串行通讯的概念7.1.3 波特率波特率是指每秒传送数据位的位数，是衡量传输速度的一个目的。是指每秒传送数据位的位数，是衡量传输速度的一个目的。单位是位单位是位/秒，秒，bit per second，简写，简写bps。7.1.4 单工、半双工、全双工通

4、讯方式单工、半双工、全双工通讯方式7.1 串行通讯的概念串行通讯的概念7.2 AT89C51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口7.2 AT89C51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口AT89C51单片机内部有一个单片机内部有一个 全双工串行接口；全双工串行接口；运用两个运用两个IO口，口， 发送端口发送端口TXD与接纳端口与接纳端口RXD.7.2.1 AT89C51单片机串行接口电路构造单片机串行接口电路构造7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口MOV SBUF，A发送终了标志位数据输出引脚时钟输出引脚波特率一一 同步串行接口同步串行接口思索题思索题:假设单片

5、机晶体频率为假设单片机晶体频率为12MHz，问单片机启动一字节，问单片机启动一字节的同步串行接口发送命令需求多长时间？同步串行接口电路接的同步串行接口发送命令需求多长时间？同步串行接口电路接纳到纳到CPU的发送指令后，完成该字节的发送需求多长时间？的发送指令后，完成该字节的发送需求多长时间？1us8us二二 异步串行接口异步串行接口7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口MOV SBUF，A发送终了标志位输出引脚输入引脚接纳终了标志位MOV A，SBUF波特率需求设置接纳允许标志位REN思索题思索题:1.假设单片机晶体频率为假设单片机晶体频率为12MHz，问单片机启动一字节

6、的异步，问单片机启动一字节的异步串行接口发送命令需求多长时间？串行接口发送命令需求多长时间？2.假设异步串行接口的波特率设置为假设异步串行接口的波特率设置为1200bps，问电路接纳到，问电路接纳到CPU的发送指令后，完成该字节的发送需求多长时间？的发送指令后，完成该字节的发送需求多长时间？7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口1. 1个机器周期，个机器周期，1us.2. (1/1200)*11s=0.0092s=9.2ms7.2.2 串行接口控制存放器串行接口控制存放器7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H

7、98HSM0SM1SM2REN TB8RB8TIRISM0SM1方式波特率功能说明001101010123Fosc/12可变（可变（T1）Fosc/32,64可变（可变（T1）同步移位寄存器同步移位寄存器8位异步通讯位异步通讯9位异步通讯位异步通讯9位异步通讯位异步通讯SFR:SCON串行接口控制器串行接口控制器98H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0 SM1 SM2 REN TB8RB8TIRISM2:允许方式允许方式2和方式和方式3进展多机通讯控制位。在方式进展多机通讯控制位。在方式0、1中中必需为必需为0。不做要求。不做要求REN:允许串行口接纳控制位。写允许串行口接

8、纳控制位。写1允许接纳，写允许接纳，写0制止接纳。制止接纳。TB8:任务方式任务方式2和方式和方式3下，发送的第下，发送的第9位数据，由软件写位数据，由软件写1或或0。RB8:任务方式任务方式2和方式和方式3下，接纳到的第下，接纳到的第9位数据。位数据。TI:发送终了中断标志位，发送发送终了中断标志位，发送SBUF内的数据发送出去后，硬内的数据发送出去后，硬件自动置位件自动置位TI。TI必需由软件清必需由软件清0。RI:接纳终了中断标志位，接纳接纳终了中断标志位，接纳SBUF中接纳到一个数据后，硬中接纳到一个数据后，硬件自动置位件自动置位RI。RI必需由软件清必需由软件清0。7.2 MCS-5

9、1单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口SFR:SCON串行接口控制器串行接口控制器98H7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口SMODD7D0SMOD：波特率加倍位。在计算方式：波特率加倍位。在计算方式1、2、3的波特率时，的波特率时， 为为1波特波特 率加倍，为率加倍，为0波特率不加倍。波特率不加倍。SFR:PCON87H7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口7.2.3 串行接口的四种任务方式串行接口的四种任务方式一一 任务方式任务方式0(同步串行通讯接口同步串行通讯接口)SM0SM1方式波特率功能说明001101010123Fosc/12可变

10、（T1）Fosc/32,64可变（T1）同步移位寄存器同步移位寄存器8位异步通讯9位异步通讯9位异步通讯串口发送时间T1CPU启动发送命令时间T2MOV SBUF,A7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口方式方式0发送发送当一个数据写入发送缓冲器当一个数据写入发送缓冲器SBUFMOV SBUF ，A时，串行口即将时，串行口即将8位数据以位数据以fosc/12的波特率从的波特率从RXD引脚引脚输出从低位到高位，输出从低位到高位， 同步时钟脉冲从同步时钟脉冲从TXD引脚输引脚输出，发送终了中断标志出，发送终了中断标志TI置置1，波形如以下图。，波形如以下图。再次发送数据前，必

11、需用软件将再次发送数据前，必需用软件将TI清清0CLR TI。任务方式任务方式0发送数据时，普通外接移位存放器发送数据时，普通外接移位存放器(如如74HC164)实现串并转换实现串并转换,用于扩展键盘和显示接口。用于扩展键盘和显示接口。7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口74HC1648-bit serial-in, parallel-out shift registerRXDTXDP1.0D0D1D0D2D1D0D0D3D2D1D0D1D4D3D2D0D1D2D5D4D3D0D1D2D3D6D5D4D0D1D2D3D4D7D6D5实践运用中，任务方式实践运用中，任务方

12、式0很少用于接纳数据。此节只讨论方很少用于接纳数据。此节只讨论方式式0发送数据。发送数据。7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口ORG 0000H LJMP MAIN ；跳转主程序；跳转主程序ORG 0030HMAIIN: MOV SCON, #00H ; 定义串口任务方式定义串口任务方式0，制止接纳数据，制止接纳数据MOV R0，#10H ；定义传送数据字节数；定义传送数据字节数 MOV DPTR，#3000H ；定义外部数据存储器指针；定义外部数据存储器指针LOOP: MOVX A，DPTR ；读取数据；读取数据 MOVSBUF，A ；发送数据；发送数据 JNB TI

13、，$ ；查询当前字节发送能否终了；查询当前字节发送能否终了 CLR TI；软件清标志位；软件清标志位 INC DPTR；指针加；指针加1，预备读取下一单元数据，预备读取下一单元数据 DJNZ R0，LOOP ；判别发送能否终了；判别发送能否终了 SJMP $ ；自循环；自循环例7.1 编写程序，运用串口任务方式，依次发送外部数据存储器3000H-300FH单元内的数据。分析：初始化串口控制存放器SCON，定义任务方式的形状字为00H。发送采用查询方式，当查询到发送终了标志位TI为后，发送下一个字节。7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口二二 任务方式任务方式1(异步串行通

14、讯接口异步串行通讯接口)SM0SM1方式波特率功能说明001101010123Fosc/12可变（可变（T1）Fosc/32,64可变（T1）同步移位寄存器8位异步通讯位异步通讯9位异步通讯9位异步通讯波特率计算公式：波特率计算公式： 定时器定时器T1溢出率是指定时器溢出率是指定时器T1一秒钟内溢出的次数。一秒钟内溢出的次数。发送或接纳完一个字节后，必需软件将发送或接纳完一个字节后，必需软件将TI、RI清清0。方式方式1数据格式数据格式)1()322(溢出率定时器TBaudRateSMOD7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口方式方式1发送时序发送时序方式方式1接纳时序接

15、纳时序留意设置接纳允许控制位留意设置接纳允许控制位REN为为17.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口三三 任务方式任务方式2、3(异步串行通讯接口异步串行通讯接口)SM0SM1方式波特率功能说明001101010123Fosc/12可变（T1）Fosc/32,64可变（可变（T1）同步移位寄存器（用于扩展I/O接口）8位异步通讯9位异步通讯位异步通讯9位异步通讯位异步通讯发送或接纳完一个字节后，必需软件将发送或接纳完一个字节后，必需软件将TI、RI清清0。方式方式2、方式、方式3的区别在于波特率的计算方法的区别在于波特率的计算方法 方式方式2： 方式方式3：数据格式数据格

16、式oscSMODfBaudRate)642()1()322(溢出率定时器TBaudRateSMOD7.2 MCS-51单片机的串行通讯接口单片机的串行通讯接口方式方式2、3发送时序发送时序方式方式2、3接纳时序接纳时序(不做要求不做要求)留意设置接纳允许控制位留意设置接纳允许控制位REN为为1；留意留意SM2的作用。的作用。SM2RB8描述描述0 x允许允许RI置置110不允许不允许RI置置111允许允许RI置置1SM0SM1方式波特率用途001101010123fosc/12扩充并口双机通讯多机通讯多机通讯T1任务方式任务方式2，初值自动重新装入的，初值自动重新装入的8位定时器位定时器)1(

17、)322(溢出率定时器TBaudRateSMODoscSMODfBaudRate)642()1()322(溢出率定时器TBaudRateSMOD定时时间溢出率定时器11T机器周期X256112256Xfosc)12256()322(XfBaudRateoscSMOD12322256BaudRatefXoscSMOD7.3 波特率的计算和设置波特率的计算和设置7.3 波特率的计算和设置波特率的计算和设置7.3 波特率的计算和设置波特率的计算和设置例7.2 知单片机晶体频率为12MHz，SMOD为0，串口任务方式1，波特率为2400bps，试求定时器T1的初值。HFX324398.24212322

18、4001012225660初始化程序定时器和串口初始化程序定时器和串口MOVTMOD，#20H；T1任务方式任务方式2MOVTH1，#0F3H；写时间常数；写时间常数MOVTL1，#0F3H ；T1初次定时初值初次定时初值SETBTR1；启动；启动T1MOVPCON，#00H；SMOD=0MOVSCON，#50H；串口方式；串口方式1，允许接纳，允许接纳波特率误差波特率误差为了保证通讯的可靠性，通讯双方波特率相对误差不为了保证通讯的可靠性，通讯双方波特率相对误差不应大于应大于2.5%。85.2403)122432561012()322(60BaudRateT1产生的常用波特率产生的常用波特率波

19、特率波特率bpsFoscSMODT1模式模式 T1初值初值1920011.0592MHz12FDH960011.0592MHz02FDH480011.0592MHz02FAH240011.0592MHz02F4H120011.0592MHz02E8H7.3 波特率的计算和设置波特率的计算和设置7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例SIO：MOV SCON，#控制形状字控制形状字 ；写方式字且；写方式字且TI=RI=0 ( MOV PCON，#80H ) ；波特率加倍；波特率加倍 ( MOV TMOD，#20H ) ；T1作波特率发生器作波特率发生器 ( MOV TH1，#X

20、) ；设定波特率；设定波特率 ( MOV TL1，#X ) ( SETB TR1) ；启动；启动T1 ( SETB EA) ；开串行接口中断；开串行接口中断 ( SETB ES)7.4.1 串行接口初始化编程格式串行接口初始化编程格式7.4.2 发送程序发送程序7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例假设数据在内部数据存储器内，假设数据在内部数据存储器内，R0指向数据首地址，指向数据首地址，数据字节数存储在数据字节数存储在R1中。中。1、查询方式：、查询方式：TRAM：MOV A，R0 ；取数据；取数据 MOV SBUF，A ；启动字节发送命令；启动字节发送命令JNBTI，$

21、；等待发送终了；等待发送终了CLR TI；软件清标志位；软件清标志位 INC R0 ；预备下一次发送；预备下一次发送DJNZ R1，TRAM RET2、中断方式：、中断方式： ORG 0023H ；串行口中断入口；串行口中断入口 SJMP SINTMAIN： ；初始化编程；初始化编程TRAM：MOV A， R0 ；取数据；取数据 MOV SBUF，A ；发送第一个字符；发送第一个字符SJMP $ ；其它任务；其它任务 SINT：CLR TI ；中断效力程序；中断效力程序INC R0 DJNZ R1，SINT1SINT2：RETISINT1：MOV A， R0 ；取数据；取数据MOV SBUF，

22、A ；发送下一个字符；发送下一个字符SJMP SINT27.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例7.4.3 接纳程序接纳程序7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例REN=1REN=1、RI=0RI=0等待接纳，当等待接纳，当RI=1RI=1，从，从SBUFSBUF读取数据。读取数据。将接纳到的数据存储到将接纳到的数据存储到R0R0所指单元中，所指单元中，接纳字节个数存储在接纳字节个数存储在R1R1中。中。1.查询方式：查询方式： WAIT：JNB RI，$；查询等待；查询等待 CLR RINEXT：MOV A，SBUF ；读取接纳数据；读取接纳数据 MOV R

23、0，A；保管数据；保管数据 INC R0 ；预备下一次接纳；预备下一次接纳 DJNZ R1, WAIT RET7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例2.中断方式：中断方式： ORG 0023H SJMP RINTMAIN：；初始化编程；初始化编程 SJMP $ ；其它义务；其它义务 RINT：CLR RI ；清中断标志；清中断标志 MOV A，SBUF ；读取接纳数据；读取接纳数据 MOV R0，A ；保管数据；保管数据 INC R0 RETI例例7.3设有甲、乙两台单片机，编出两台单片机间实现如下串行设有甲、乙两台单片机，编出两台单片机间实现如下串行通讯功能的程序通讯功能的

24、程序,要求串口任务方式要求串口任务方式1,波特率为波特率为9600bps，单，单片机外接晶振为片机外接晶振为11.0592MHz。甲方发送：将首址为甲方发送：将首址为2000H的的32个字节的外部数据存储器数据个字节的外部数据存储器数据块顺序向乙方发送；块顺序向乙方发送；乙方接纳：将接纳的乙方接纳：将接纳的32个字节的数据，顺序存放在以首址为个字节的数据，顺序存放在以首址为40H的内部数据存储器中的内部数据存储器中 。程序编制的要点：程序编制的要点：1、选定串口任务方式、选定串口任务方式1，发送方控制字，发送方控制字SCON为为0100_0000B，接纳方控制字接纳方控制字SCON也是也是01

25、01_0000B；2、定时器、定时器T1任务任务方式任务任务方式2，初值为，初值为FDH，SMOD为为0；3、在程序中必需用软件去除中断标志位、在程序中必需用软件去除中断标志位RI和和TI。7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例发送程序发送程序 ORG 0000H LJMP MAIN ；转主程序；转主程序ORG 0030H MAIN： MOV SCON，#01000000B ；置串行口任务方式；置串行口任务方式1,制止接纳制止接纳 MOV PCON，#00H ；SMOD=0 能否用能否用CLR SMOD MOV TMOD，#20H ；定时器；定时器1为任务方式为任务方式2 M

26、OV TH1，#0FDH ；产生；产生9600波特率的时间常数波特率的时间常数 MOV TL1，#0FDH SETB TR1 ；启动定时器；启动定时器1 MOV DPTR，#2000H ；首地址；首地址 MOV R1, #20H ；传送字节数初值；传送字节数初值LOOP: MOVX A，DPTR ；取一个字节待发送；取一个字节待发送 MOV SBUF，A ；启动串行口发送命令；启动串行口发送命令 JNB TI，$ ; 等待当前字节发送完等待当前字节发送完 CLR TI ；软件清标志位；软件清标志位 INC DPTR ；地址指针加；地址指针加1 DJNZ R1，LOOP ；判别能否发送终了；判别

27、能否发送终了 SJMP $7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例7.4 串行接口的运用与编程举例串行接口的运用与编程举例接纳程序接纳程序 ORG 0000H LJMP MAIN ；转主程序；转主程序ORG 0030H MAIN： MOV SCON，#01010000B ；置串行口任务方式；置串行口任务方式1,允许接纳允许接纳 MOV PCON，#00H ；SMOD=0 能否用能否用CLR SMOD MOV TMOD，#20H ；定时器；定时器1为任务方式为任务方式2 MOV TH1，#0FDH ；产生；产生9600波特率的时间常数波特率的时间常数 MOV TL1，#0FDH

28、SETB TR1 ；启动定时器；启动定时器1 MOV R0，#40H ；首地址；首地址 MOV R1, #20H ；传送字节数初值；传送字节数初值LOOP: JNB RI，$ ; 等待接纳数据等待接纳数据 CLR RI ；软件清标志位；软件清标志位 MOV A ， SBUF ；从缓冲器中读取数据；从缓冲器中读取数据 MOVR0,A ；保管数据；保管数据 INC R0 ；地址指针加；地址指针加1 DJNZ R1，LOOP ；判别能否接纳终了；判别能否接纳终了 SJMP $7.5 AT89C51单片机串行接口的多机通讯单片机串行接口的多机通讯(不作要求不作要求)例例7.4 用串口方式用串口方式3设

29、计一个程序，主机将设计一个程序，主机将30H-3FH中的数据中的数据送从机送从机0 ，40H-4FH中的数据送从机中的数据送从机1 ，50H-5FH中的中的数据送从机数据送从机2，各从机分别将数据存入，各从机分别将数据存入20H-2FH单元中。单元中。要求数据传送波特率为要求数据传送波特率为19200bps，不运用校验位，单片，不运用校验位，单片机外接晶振频率为机外接晶振频率为11.0592MHz.SM2RB8描述描述0 x允许允许RI置置110不允许不允许RI置置111允许允许RI置置1串口任务方式串口任务方式2、方式、方式37.5 串行接口的的多机通讯串行接口的的多机通讯(不作要求不作要求

30、)u第一步：开机后使一切从机第一步：开机后使一切从机SM2=1；u第二步：主机发送一字节的从机地址，且发送的第九位第二步：主机发送一字节的从机地址，且发送的第九位TB8为为1 TB8为为1表示该表示该次发送的是从机地址；次发送的是从机地址；u第三步：由于第三步：由于TB8=1,从机从机SM2=1，一切从机都可以接纳到该地址。，一切从机都可以接纳到该地址。u 从机接纳到地址后，各自将所接纳到的地址与本从机的地址相比较。从机接纳到地址后，各自将所接纳到的地址与本从机的地址相比较。u对于地址对于地址 相符的从机，使相符的从机，使SM2清清0以接纳后续的数据。以接纳后续的数据。u对于地址不相符的从机，

31、使对于地址不相符的从机，使SM2为为1。u第四步：主机开场发送数据，且发送的第九位第四步：主机开场发送数据，且发送的第九位TB8为为0 TB8为为0表示该表示该次发送的是数据次发送的是数据 。u第五步：当主机需求与其他从机进展通讯时，继续从第二步开场。第五步：当主机需求与其他从机进展通讯时，继续从第二步开场。7.5 串行接口的的多机通讯串行接口的的多机通讯7.6 PC机与机与MCS-51单片机的串口衔接不做要求单片机的串口衔接不做要求7.6 PC机与机与MCS-51单片机的串口衔接单片机的串口衔接(不做要求不做要求)因线电阻的存在使得信号在线路传输中存在电压衰减，因线电阻的存在使得信号在线路传

32、输中存在电压衰减，而因电磁干扰的存在使得信号在线路传输中存在电压变化，而因电磁干扰的存在使得信号在线路传输中存在电压变化，所以常采用所以常采用RS-232C电平负逻辑，拉开电平负逻辑，拉开“0和和“1的电压档的电压档次，提高信号的传输间隔和通讯线路的抗干扰才干。次，提高信号的传输间隔和通讯线路的抗干扰才干。TTL正逻辑：正逻辑：“0： 0 +0.8V；“1： 2.0V+5V；传输间隔普通不超越传输间隔普通不超越1.5米。米。RS-232C负逻辑：负逻辑：“0：+5V+15V；“1： -5V -15V；典型传输信息的长度为典型传输信息的长度为15米。米。7.6.1 RS-232C电平规范电平规范7.6.2 PC机的串行接口引见机的串行接口引见u9针针RS-232C接口接口u有用信号：有用信号：u2、RXDu3、TXDu5、GNDu电气特性电气特性负逻辑负逻辑u1、逻辑、逻