单片机应用课件五.ppt

1、第八章 串行口的应用,广东机电职业技术学院-单片机应用,智能电子教研室,张永亮,单工方式：数据仅按一个固定方向传送，如广播、遥控等。 半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，如使用同一载频工作的无线电对讲机。 全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送，如普通电话。,1、 串行通信基础知识,1）数据通信的传输方式,第八章 串行口的应用,1）数据通信的传输方式,并行通信,速度快、距离短、引线多,速度慢、距离长、引线少,UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,USB: Universal Serial Bus,串行通信,2）并行通信

2、和串行通信,3）异步串行通信和同步串行通信,异步串行通信:简称为异步通信，所传输的数据格式（也称为串行帧）由1个起始位、7个或8个数据位、12个停止位（含1.5个停止位）和1个校验位组成。起始位约定为0，空闲位约定为1。在异步通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的。,Asynchronous,异步通信数据格式,同步通信：发送器和接收器由同一个时钟源控制。在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就会慢得多。同步 传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。 同步传输方式比异

3、步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。,同步串行通信,Synchronous,同步通信数据格式,4）波特率,它与字符的传送速率(字符/秒)之间有以下关系： 波特率=1帧的二进制编码位数帧/秒 要求发送端与接收端的波特率必须一致。,波特率BR（Baud Rate）是单位时间传输的数据位数，单位：bps（bit per second），1bps=1bit/s。波特率的倒数即为每位传输所需的时间。,例如异步通信传送数据每秒100帧，每帧11位，则该通信的波特率为 100帧/s11位/帧1100位/s1100波特 波特率

4、的倒数是传送1位二进制数所需的时间： T1/(1100位/s)0.91 ms/位,5）串行通信的校验,异步通信时可能会出现帧格式错、超时错等传输错误。在具有串行口应用的单片机开发中，应考虑在通信过程中对数据差错进行校验，因为差错校验是保证准确无误通信的关键。 常用差错校验方法有： 奇偶校验（51系列单片机编程采用此法） 和校验 循环冗余码校验。,在发送数据时，数据位尾随的一位数据为奇偶校验位（1或0）。 当设置为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和应为 奇数； 当设置为偶校验时，数据中1的个数与校验位中1的个数之和应 为偶数。 接收时，接收方应具有与发送方一致的差错检验设置，当接收 一

5、个字符时，对1的个数进行校验，若二者不一致，则说明数 据传送出现了差错。 奇偶校验是按字符校验，数据传输速度将受到影响。这种特点 使得它一般只用于异步串行通信中。,（1）奇偶校验,所谓和校验是指发送方将所发送的数据块求和（字节数 求和），并产生一个字节的校验字符（校验和）附加到 数据块末尾。 接收方接收数据时也是先对数据块求和，将所得结果与 发送方的校验和进行比较，相符则无差错，否则即出现 了差错。 这种和校验的特点是无法检验出字节位序的错误。,（2）和校验,MCS-51单片机串行口是由以下部分构成： 发送缓冲寄存器（SBUF），发送控制器，接收缓冲寄存器（SBUF），接收控制寄存器，移位寄存

6、器，中断等部分组成。,1）串行口结构与特殊功能寄存器,MCS-51单片机串行口结构图,2、MCS-51串行通信接口,与串行通信有关的控制寄存器共有4个：SBUF、SCON、PCON和IE。 在逻辑上，SBUF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。在物理上，SBUF有两个，一个是发送寄存器，另一个是接收寄存器。,（1）接收/发送缓冲器（SBUF）,Serial Buffer,SCON是MCS-51的一个可位寻址的专用寄存器，用于串行数据通信的控制。单元地址98H，位地址9FH98H。,（2）串行控制寄存器（SCON）,表1 SCON各位的地址、定义及其对应的功能

7、,（1）串行口工作方式选择位SM0、SM1 SM0、SM1由软件置1或清0，用于选择串行口的4种工作方式。,Serial Mode,多机通信控制位SM2 SM2=1时，接收到一帧信息，如果接收到的第9位数据为1，硬件将RI置1，申请中断；如果第九位数据为0，则RI不置1，且所接收的数据无效。SM2=0时，只要接收到一帧信息，不管第九位数据是0还是1，硬件都置RI=1，并申请中断。RI由软件清0，SM2由软件置1或清0。 多机通信时，各从机先将SM2置l。接收并识别主机发来的地址，当地址与本机相同时，将SM2清0，与主机进行数据传递。各机所发送的数据第9位必须为0。,（2）串行控制寄存器（SCO

8、N）,多机通信,先送地址，后送数据,SCON,字节 地址 98H,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,地址帧：1，数据帧：0,（3）允许接收控制位REN REN=1时允许并启动接收，REN=0时禁止接收。REN由软件 置1或清0。 （4）发送数据D8位TB8 TB8是方式2、方式3中要发送的第九位数据，事先用软件 写入1或0。方式0、方式1不用。,（2）串行控制寄存器（SCON）,Receive Enable,Transmit Bit 8,（5）接收数据D8位RB8 方式2、方式3中，由硬件将接收到的第九位数据存入RB8。 方式1中，停止位存入RB8。 （6）发送中断标志位TI 发

9、送完一帧信息，由硬件使TI置1，TI必须由软件清0。 （7）接收中断标志位RI 接收完一帧有效信息，由硬件使RI置1，RI必须由软件清0。,（2）串行控制寄存器（SCON）,Receive Bit 8,Receive Interruption,Transmit Interruption,IE的地址是A8H，其中串行口允许中断的控制位为ES，当ES=1，允许串行口中断；当ES=0，禁止串行中断。,（3）电源控制寄存器（PCON）,PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器。单元地址为87H，不能位寻址。PCON是一个8位寄存器，其最高位SMOD为波特率控制位：该位为1时，波特

10、率增大一倍。,（4）中断允许控制寄存器IE,Power Controller,Interruption Enable,2）MCS-51串行通信工作方式,表2 串行口的4种工作方式,在方式0下，串行口作为同步移位寄存器使用。这时用RXD（P3.0）引脚作为数据移位的入口和出口，而由TXD（P3.1）引脚提供移位脉冲。移位数据的发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，低位在前高位在后。,（1）串行工作方式0,串口方式0帧格式,发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收过程：REN=1且RI=0，启动接收，一帧接收完毕，RI=1。,方式0发送,发：SBUF=0 x55；收：

11、ch=SBUF；,串入并出,（1）串行工作方式0,如果把实现并入串出功能的移位寄存器（例如CD4014或74HC165）与串行口配合使用，就可以把串行口变为并行输入口使用。,把串行口变为并行输入口使用,（1）串行工作方式0,【例】串行口外接LED静态显示,串口输出LED电路,用串行口扩展输出口的电路,【例】用串行口扩展并行输出口,8串行输入/并行输出移位寄存器芯片的引脚图,4094 74LS164,（1）串行工作方式0,例： 使用74HC164的并行输出引脚接8支发光二极管，利用它的串入并出功能，把发光二极管从左向右轮流点亮，并反复循环。发光二极管为共阴极型，电路连接如图所示。,图 串行移位输

12、出电路,（1）串行工作方式0,8位数据异步通讯方式： 1. 一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 2. RXD：接收数据端。 TXD：发送数据端。 3. 波特率：用T1作为波特率发生器，B=(2SMOD/32)T1溢出率。 4. 发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且停止位为1 (或SM2=0)，将接收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。,收：MOV A, SBUF,发：MOV SBUF, A,（2）串行工作方式1,发：SBUF=0 x55； 收：ch=

13、SBUF；,当REN=1，CPU开始采样RXD引脚负跳变信号，若出 现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一 位为0，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳变。,方式1发送与接收,（2）串行工作方式1,9位数据异步通讯方式。 一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位 和多机通信标识位。 2. RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。 3. 波特率：方式2：B=(2SMOD/64)fosc 。 方式3：B=(2SMOD/32)T1溢出率 。,（3）串行工作方式2和方式3,4. 发送：先装入TB8，写入SBUF并启

14、动发送，发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且第9位为1 (或SM2=0)，将接收数据装入接收SBUF，第9位装入RB8，使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。,方式2和方式3时序,（3）串行工作方式2和方式3,串行口的4种工作方式对应着三种波特率模式。 （1）对于方式0，波特率是固定的，为fosc/12。 （2）对于方式2，波特率由振荡频率fosc和SMOD(PCON.7)所决定。其对应公式为 波特率=2SMODfosc/64 当SMOD=0时，波特率为fosc/64；当SMOD=1时，波特率为fosc/32。 （3）对于方式1和方式3，波特率由定时器

15、/计数器T1的溢出率和SMOD决定，即由下式确定： 波特率=2SMOD（定时器/计数器T1溢出率）/32,3） MCS-51串行口波特率,T1溢出率,定时计数器T1有4种不同的工作方式，其中的方式2是自动重装初值的8位计数器方式。方式2的工作特点是，T1由低8位计数器TL1和高8位计数器TH1组成，TL1作8位计数器使用，TH1存放计数初值。当TL1计满溢出时，TH1的值自动重新送入到TL1中又重新开始计数。如果设T1的计数初值为X，定时计数工作寄存器TMOD(字节地址89H)的C/ T 0(定时方式)，则每计满28X个时钟脉冲，T1就发生一次计满溢出,3） MCS-51串行口波特率,【例】选

16、择MCS-51串行通信口工作于方式1，设置定时计数器T1作波特率发生器(工作于方式2)，设波特率为9600波特，fosc=11.0592 MHz，取波特率控制位SMOD0，计算定时计数器初值X。 解： X256 FDH,SCON = 0 x40; /串口方式1，8位异步接收 PCON= 0 x00; /波特率不加倍 TMOD= 0 x20; /定时器T1，方式2 TH1 = 0 xFD; /赋初值 TL1 = 0 xFD; /赋初值 TR1 = 1; /启动定时器,初始化程序：,3） MCS-51串行口波特率,表3 定时器1产生的常用波特率,3） MCS-51串行口波特率,一、硬件设计： （1

17、）电平转换：单片机是TTL电平，计算机是-C电平（+5+15V是数字“0”， -15-5V是数字“1” ） 。 Max232、MC1488、MC1489、三极管电路等。 （2）连线：TXD与RXD交叉对接，GND直接相连。 二、软件设计： （1）单片机端：Keil C等软件，用汇编或者C语言编写。 （2）计算机端：VB、VC+、Dephi。 Mscomm控件 三、辅助工具：串口调试助手,负逻辑,3、 单片机与PC的通信,单片机与PC机间连接,RS-232是美国电子工业联合会EIA与BELL等公司在1969年一起开发的接口标准，专门用于020 000波特传输速率的通信，电缆传输最大物理距离50英

18、尺(15 m)。该标准有25线插件和9线插件两种，以9线插件应用较多。,3、 单片机与PC的通信,点对点通信（串行中断）,工学结合任务七：,广东机电职业技术学院-单片机应用,目的和意义,1掌握串行通信的基本工作原理。 2. 掌握单片机串行通信数据接收和发送采用的方式，串口 波特率的设置。 2掌握C51编写串口通信程序。 4掌握PROTEUS仿真，烧写器的使用，硬件电路设计、 焊接、装配，培养学生利用单片机技术解决生活 中的实际问题的能力。,一、任务描述,1、设计两个单片机的通信电路，一个负责发送，一个负责接收。 2、具体要求：设定波特率为9600bit/s，发送机发送0-9，接收 机能正确接收

19、，并采用数码管显示。 3、利用Keil C 软件编写主函数、串口通信，显示，定时器中断 等C程序代码。,二、任务分析,1 、任务所需硬件知识 单片机最小系统（晶振，复位电路），数码管显示，串行接口 电路 2、任务所需软件知识 单片机C语言数据类型，结构，串口通信、显示等程序设计 3 、任务所需环境 安装操作系统的微机1台、单片机集成开发环境keil C2.0、软 硬件开发平台proteus 6.9、单片机下载软件STC_ISP_V3.3 、 单片机实验板、下载线。,项目实施过程理实一体化模式,系统设计规划,二、任务分析,要求会使用Keil C开发环境 要求文件夹命名规范 要求工程项目命名规范

20、要求文件名命名规范 要求程序是否功能齐全 要求仿真软件达到设计要求 要求硬件电路满足设计要求 要求产品设计文档充分,二、任务分析,程序设计要求,1、进行功能分析，工作框架搭建，工作分工。 2、使用软硬件开发平台proteus 7.4进行电路仿真。设计要点：新建电路图设计文件，查找元器件，放置元器件，布局布线，修改元器件属性，进行仿真单片机程序。 3、使用单片机集成开发环境keil C2.0。要点：C程序构成， 关键词，运算符与表达式，数据结构，结构化语句。 4、使用单片机下载软件STC_ISP_V3.3，通过串口或USB将单片机程序下载到单片机芯片中进行调试。 5、完善单片机产品硬件电路，进行

21、合适的电容、电阻、芯片、传感器、显示器件等进行焊接，通电运行后观察硬件电路是否满足要求。 6、完成实验文档编写，包括：题目、作者、摘要、关键词，绪论，硬件电路，软件流程、代码，数据分析。,任务实施步骤,四、任务设计,1）驱动硬件分析,. 此电路核心件是MCS-51单片机（AT89C51）。 2. 包括时钟电路、复位电路。 3.串口通信及数码管驱动电路。,四、任务设计,1、双机通信设计,硬件电路参考原理图,2）仿真电路图,/* 程序 名: MCU_TXD.c 程序功能: 通信程序-发送 */ #include unsigned char ch=0; unsigned char x10=0 x3f

22、,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66, /段码01234 0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /段码56789 /* 延时子程序 */ void delay() unsigned int i=500; while(i-); ,（1）发送机声明、延时程序,3）发送机程序,（2）发送机串口初始化程序,/* 程序 名: void init_serialcomm() 程序功能: 串口中断初始化 */ void init_serialcomm() SCON = 0 x50; /*串口工作在方式1, 允许接收 */ TMOD |= 0 x20; /*定时器1工作在方式

23、2，重载 */ TH1 = 0 xfa; /*波特率9600，fosc=11.0592MHz */ TL1 = 0 xfa; /*波特率9600，fosc=11.0592MHz */ PCON |= 0 x80; /* SMOD=1;波特率倍增 */ EA = 1; ES = 1; /* 允许串行中断,interrupt enable */ TR1 = 1; /* 启动定时器1,timer1 run */ TI = 0; RI = 0; ,3）发送机程序,/* 程序 名: void serial_sever() interrupt 4 程序功能: 串口中断服务程序 */ void serial

24、_sever() interrupt 4 if(RI) /* 如果有数据到来 */ RI = 0; /* 准备下次接收 */ ch = SBUF; /* 接收数据 */ else TI=0; ,（3）发送机串口中断程序,3）发送机程序,/* 程序 名: void main() 程序功能: 主程序 */ void main() init_serialcomm(); /*初始化串口*/ loop1: SBUF=xch; P2=xch; if(ch9) ch+; else ch=0; delay(); /SBUF=0 x55; goto loop1; ,（4）发送机主程序,3）发送机程序,（1）接收机串口初始化程序,/* 程序 名: void init_serialcomm() 程序功能: 串口中断初始化 */ void init_serialcomm() SCON = 0 x50; /*串口工作在方式1, 允许接收 */ TMOD |= 0 x20; /*定时器1工作在方式2，重载 */ TH1 = 0 xfa; /*波特率9600，fosc=11.0592MHz */ TL1 = 0 xfa; /*波特率9600，