《单片机技术应用》项目五 单片机串行通信

项目五单片机串行通信任务一PC机与单片机通信(RS232协议)任务目标了解RS232协议基本知识了解多机通信的应用和串行通信中的控制寄存

器的使用掌握串行通信的重要指标学会编写单片机串行通信的程序任务分析由串口调试助手以16进制向单片机发送一数据，如01，如果单片机接收到数据将会原样返回给计算机，并且显示在串口调试助手的接收框内一、硬件工作（1）提供系统所需的电源和CPU工作所需的时钟振荡信号；（2）实验板上安装USB转串口的桥接芯片；二、软件工作（1）在PC机上安装一个串口调试程序------串口调试助手V2.2；（2）把我们的要求用单片机可以接收的语言“写”给单片机，也就是软件编程串行通信基础知识通信的分类分为并行通信和串行通信串行通信的分类可以分为异步通信和同步通信异步通信发送端和接收端由各自独立的时钟来控制，这两个时钟互不同步异步通信字符帧格式起始位：位于字符帧的开头，只占一位，只取低电平（0），用于告知接收设备，发送端开始发送一帧信息。因为线路在没有数据传送时保持高电平（1），接收端不断检测线路状态，当检测到由高到低的跳变信号（起始位）后，就知道发来一个新字符帧，应开始准备接收。数据位：紧接在起始位之后，通常为5~8位，具体位数由收、发双方事先约定。奇偶校验位：位于数据位之后，只占一位，用于检验数据传送的正确性。停止位：位于一个字符帧的最后，为高电平（1），可取1位、1.5位或2位，用于表示一帧信息已经结束，准备传送下一帧数据。若停止位以后不马上开始传送下一帧数据，则发送端应发出高电平的空闲位，使线路处于等待状态。串行通信的方式分为单工、半双工和全双工80C51系列单片机的串行接口通过引脚TXD(P3.1)发送串行数据，通过引脚RXD(P3.0)接收串行数据80C51系列单片机的串行接口串行口数据缓存器SBUFSBUF包含发送寄存器和接收寄存器，两者在物理上相互独立，一个只能被CPU写入数据，一个只能被CPU读出数据，但共用一个地址99H80C51系列单片机的串行接口串行口控制寄存器SCONSCON是一个可以位寻址的寄存器，用于控制串行口的工作方式，字节地址为98H，其格式如下所示：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON各位数据功能说明SM0、SM1：串行口工作方式选择位，共有四种工作方式。fosc是晶体振荡频率，UART是异步接收和发送器SM0SM1方式功能波特率0008位同步移位寄存器输入/输出fosc/1201110位UART可变10211位UARTfosc/32或fosc/6411311位UART可变SCON各位数据功能说明SM2：多机通信控制位，用在方式2和3中。当串行口以方式2或3接收数据时，若SM2=1，则只有当接收到的第9位数据为1时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并将RI置为1，向CPU申请中断；如果接收到的第9位数据为0时，将接收到的前8位数据丢弃。若SM2=0，不论接收到的第9位数据为1还是为0，都将接收到的前8位数据送入SBUF，并向CPU申请中断。而在方式1中，若SM2=1，则只有收到有效的停止位时，才将RI置为1。在方式0中，SM2应置为0。SCON各位数据功能说明REN：允许串行接收位。由软件置位或清零。REN=1，允许接收；REN=0，禁止接收。TB8：发送数据的第9位。在方式2和3中，它是第9位发送数据。也可约定作为奇偶校验位，或在多机通信中作为区别地址帧或数据帧的标识位。RB8：接收数据的第9位。在方式2和3中，它是接收的第9位数据。在方式1中，若SM2=0，则RB8中存放的是接收到的停止位。方式0中不使用RB8。SCON各位数据功能说明TI：发送中断标志位。在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位。在其他方式中，在发送停止时由硬件置位，因此TI置位是一帧数据发送结束的标志，同时申请中断。RI：接收中断标志位。在方式0中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其他方式中，在接收停止位的中间时刻由硬件置位。RI是接收完一帧数据的标志，也是中断申请；响应中断后，由软件清零。电源管理寄存器PCON主要是为单片机的电源控制而设置的8位专用寄存器SMODGF1GF0PDIDL串行口的工作方式有4种工作方式，由SCON中的SM0和SM1决定方式0----串行口作为同步移位寄存器使用方式1----串行口为波特率可调的10位异步通信接口方式2和3----串行口为11位异步通信接口，一帧字符包括1位起始位、8位数据位、1位附加位和1位停止位串行口的波特率方式0

波特率固定为时钟频率的1/12，即波特率=fosc/12。方式2

波特率由PCON中的SMOD决定。当SMOD=1时，波特率=fosc/32。当SMOD=0时，波特率=fosc/64串行口的波特率方式1和3

波特率的计算公式为：其中，X为定时器T1的计数初值8051串行口常用波特率串行通信协议是指通信双方的一种约定，包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题作出统一的规定，通信双方必须共同遵守，因此也叫做通信控制规程，或称传送控制规程串行通信接口的基本任务（1）实现数据格式化（2）进行串—并转换（3）控制数据传输速率（4）进行错误检测（5）进行TTL与EIA电平转换（6）提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线串行通信接口电路的组成由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成有关串行通信的物理标准传输率：所谓传输率就是指每秒传输多少位，传输率也常叫波特率RS232标准是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，原始编号全称是EIA-RS-232（简称232或RS232）RS232端口引脚定义串口调试助手V2.2数据接收显示窗口发送数据输入窗口硬件电路硬件电路晶振是11.0592M

USB转串口电路----桥接芯片PL2303RS232与TTL转换电路----MAX232

芯片元器件材料表序号名称型号、规格单位数量备注1U1AT89S51片12J111.0592MHZ只13C6，C7，C8，C9，C1020nf/25V只54R12K只15U29芯RSR232接口电缆根16U3HPPC机台17U4MAX232只18D155mm红发红色只1参考程序见教材任务二I2C总线AT24C02的读写操作任务目标

掌握I2C总线工作原理及其操作方法

了解AT24C系列E2PROM的基本知识

会用24C02芯片实现数据的读写操作任务分析利用单片机做一个0~99秒的自动计时器，并将计时显示在数码管上，然后随机关掉电源，再次通电以后计时器接着断电以前的状态继续计时。要想保存断电之前的状态，至少要完成以下几个工作：一、硬件工作（1）提供系统所需的电源和CPU工作所需的时钟振荡信号；（2）将单片机与AT24C02连接起来；二、软件工作

把我们的要求用单片机可以接收的语言“写”给单片机，也就是软件编程。I2C总线基础知识是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线生产于20世纪80年代，最初为音频和视频设备开发，现主要在服务器管理中使用，包括与单个组件状态的通信。如管理员可以对任何组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和风扇。可随时监控内存、硬盘、网络和系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。I2C总线特点最主要的特点是简单有效接口直接在组件上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互连成本。I2C总线的长度可达25英尺（7、8米），标准I2C总线传输速率可以到100Kbps，通过使用7位地址码，就能支持128个设备总线的构成由串行数据线SDA和串行时钟SCL构成，可发送和接收数据，在CPU和被控IC之间、IC和IC之间进行双向传送，最高速率可达100Kbps各种被控制电路都并联在这条总线上，有各自唯一的地址CPU发出的控制信号包含地址码和控制码两部分，地址码用来选址，即需要接通控制的模块电路；控制码决定进行调整的类别。这样，各模块电路虽然共用一条总线，却彼此独立。信号类型共有三种信号类型：开始信号、结束信号和应答信号开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。信号类型应答信号：I2C总线上的所有数据都是以8b一字节进行发送的，接收数据的IC收到数据后，向发送方发出特定的低电平脉冲，表示已经收到。CPU向受控模块发出一个信号后，等待受控模块发出一个应答信号，CPU收到应答信号后，根据实际情况作出是否传送信号的判断。若未收到应答信号，判断为受控模块发生故障I2C总线基本操作运用主/从双向通信方式控制字节

必须位于起始条件之后，其中高四位是器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，E2PROM一般为1010），接着三位是片选，最后一位是读/写位，1表示读操作，0表示写操作I2C总线基本操作写操作

分为字节写和页面写两种读操作

有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读I2C总线的应用中应注意的事项严格按照时序图的要求进行操作。若与端口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的时延。为了减少意外的干扰信号，将E2PROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有的话）或者在E2PROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电或者复位时做一次检测，以判断E2PROM是否被意外改写。AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行E2PROM，内部含有256个8位字节，具有工作电压宽（2.5~5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点AT24C021、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址，第8脚和第4脚分别接正电源和地，第5脚SDA是串行数据输入/输出，数据通过双向I2C总线串行传送，第6脚SCL为串行时钟输入线，第7脚WP是写保护引脚，将该引脚接VCC，E2P