7串行通信.ppt

1、主 讲：武 桐,单片机原理及应用, 89C51串行口及串行通信技术,串行数据通信概述 串行口的结构及控制 串行通信工作方式 应用举例,7 串行通信, 串行数据通信概述,7 串行通信,1、数据通信,在实际工作中，单片机的CPU与外部设备之间常常要进行信息交换，一台计算机与其他计算机之间也往往要交换信息，所有这些信息交换均可称为通信。 通信方式有两种，即并行通信和串行通信。,特点：各位同时进行传送 优点：是传送速度快 缺点：需多根传送线,（a）并行通信,（b）串行通信,特点：一位一位按顺序传送 优点：降低传送硬件成本 缺点：传送速度低,0,1,0,0,1,0,0,0,51单片机处理8位数据，若以并

2、行通信方式一次传送一个字节的数据，至少需要8条数据线。 串行通信只用一位数据线传送位数据信号，因此，适合远距离数据传送。,前几章涉及的数据传送都是采用并行方式，如单片机与存储器，存储器与存储器，单片机与并行打印机之间的通信等。 51单片机处理8位数据，若以并行通信方式一次传送一个字节的数据，至少需要8条数据线，当传输设备与主机系统的距离有限时，使用多条电缆线以提高数据传送速度还是合算的。而串行通信只用一位数据线传送位数据信号，因此，适合远距离数据传送，如大型主机与其远程终端之间、处于两地的计算机之间采用串行通信就非常经济。,按照传送的方向和同时性通常有三种： 单向（或单工）配置，只允许数据向一

3、个方向传送；, 串行数据通信概述,7 串行通信,2、串行通信的传输方式,半双向（或半双工）配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站点发送；,7 串行通信,接收和发送不能同时进行，只能分时发送和接收,全双向（全双工）配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接受能力。,7 串行通信,数据的发送和接收可以同时进行,根据收发双方通信时钟的形成方法不同，串行通信有两种基本通信方式，即异步通信和同步通信 ： 异步通信,7 串行通信,3、异步通信与同步通信,在异步通信中，数据是一帧一帧传送的，每一帧的数据格式如图所示：,在异

4、步通信中数据或字符是以帧形式传送的。最常见的帧格式一般是先用一位起始位“0”表示字符的开始；然后是58位数据位，低位在前，高位在后；其后是奇偶校验位（三种选择：奇、偶、无），此位用于判别字符传送的正确性；最后是停止位，用以表示字符的结束，停止位为高电平。,异步串行通信数据格式,从起始位开始到停止位结束就构成了完整的一帧,空闲位为1，线路处于等待状态，存在空闲位是异步通信的特征之一。,在字符间允许有长短不一的间隙，称为空闲位。,7 串行通信,异步通信,特点： 各个字节可以是断续的，也可以是连续的，这完全由发送 方根据需要来控制； 收、发双方各自使用自己的时钟源来控制发送的速率和接 收的速率。,同

5、步通信,7 串行通信,3、异步通信与同步通信,同步通信中，在数据开始传送前用同步字符来指示（常约定1个-2个），并由时钟来实现发送端和接收端同步，即检测到规定的同步字符后，下面就连续按顺序传送数据，直到通信告一段落，常用于对数据块进行传输。,同步传送时，字符与字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据块开始时用同步字符SYNC来指示，其数据格式如图所示。,同步通信,7 串行通信,同步通信数据格式,同步通信数据块传送时去掉了字符开始和结束的标志，所以其速度高于异步传送，但这种方式对硬件结构要求较高。,波特率，即数据传送速率，表示每秒钟传送二进制代码的位数，它的单位是Bps。 波特率对于CP

6、U与外界的通信是很重要的。 假设数据传送速率是120字符/s，而每个字符格式包含10个代码位（1个起始位、1个终止位、8个数据位）。这时，传送的波特率为：, 串行数据通信概述,7 串行通信,4、波特率（Baud rate）,10b字符120字符s1200bs,每一位代码的传送时间Td为波特率的倒数。 Td1b（1200bs-1）0.833ms 异步通信的传送速率在50b/s-19200b/s之间，常用标准波特率有600、1200、2400、4800、9600、19200等，应根据数据量的大小、线路质量好坏等因素综合考虑，选择合适的波特率。, 串行数据通信概述,7 串行通信,4、波特率（Baud

7、 rate）, 串行口结构及控制,1、串行口结构简介,发送SBUF,接收SBUF,移位寄存器,串行口 控制逻辑,波 特 率 发 生 器,串行口 中断,TXCLK,RXCLK,TI,RI,SM0,SM1,SM2,REN,TB8,RB8,TI,RI,EA,ES,SCON,IE,TXD,RXD,内 部 总 线,7 串行通信,波特率发生器,1、串行口结构简介,主要由定时器/计数器 T0、T1及内部的一些控 制开关和分频器组成。 提供串行口的时钟信号 TXCLOCK(发送时钟)和 RXCLOCK(接收时钟)。,串行口内部,1、串行口结构简介,(1) 串行数据缓冲寄存器SBUF,有接收缓冲器SBUF和发送

8、缓冲器SBUF，以便89C51能以全双工方式进行通信。串行口内部在接收缓冲器之前还有移位寄存器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，可以避免在数据接收过程中出现帧重叠错误。,发送SBUF,接收SBUF,移位寄存器,串行口 控制逻辑,TI,RI,它们在物理上是隔离的，但是占用同一个地址99H。可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不能读出；接收缓冲器是双缓冲的，只能读出，不能写入。, 串行口结构及控制,7 串行通信,串行口的发送和接收都是以SBUF的名义进行读/写的。 当向SBUF发“写”命令时，即是向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，发送完毕后TI=1；,在满足RI=0

9、，置允许接收位REN=1时，就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到SBUF中，同时RI=1；当发“读”命令时，便由SBUF取出数据通过89C51内部总线送CPU。,判断使用的是发送缓冲器还是接收缓冲器? MOV A, SBUF ; MOV SBUF, A ;,接收缓冲器,发送缓冲器,7 串行通信,发送缓冲器只能写入，不能读出； 接收缓冲器只能读出，不能写入。,7 串行通信,串行口内部,1、串行口结构简介,(2) 串行口控制寄存器SCON,(3) 串行数据输入/输出引脚,89C51通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界进行通信。,(4) 串行口

10、控制逻辑, 串行口结构及控制,2、串行口控制字及控制寄存器,89C51串行口是可编程接口，对它初始化编程只用两个控制字分别写入特殊功能寄存器SCON（98H）和电源控制寄存器PCON（87H）中即可。,SCON（98H）,89C51串行通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口的状态标志等均由特殊功能寄存器SCON控制和指示，其控制字格式如图7-8所示。,SM0和SM1（SCON.7，SCON.6）串行口工作方式选择位 两个选择位对应4种通信方式，如表7-1所示。其中，fosc是振荡频率。,7 串行通信,7 串行通信,根据实际需要，89C51串行口可设置4种工作方式，可有8位、10位或11位帧格

11、式。,方式0以8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接 收最低位。其帧格式如下：,方式1以10位为一帧传输，设有1个起始位（0），8个数据位和1个停止位（1）。其帧格式为：, 串行通信工作方式,7 串行通信,方式2和方式3以11位为1帧传输，设有1个起始位（0），8个 数据位，1个附加第9位和1个停止位（1）。其帧格式为：,附加第9位（D8）由软件置1或清0。发送时在TB8中，接收时送RB8中。, TB8（SCON.3）发送数据的第9位（D8）装入TB8中, 串行口结构及控制,7 串行通信,在方式2或方式3中，根据发送数据的需要由软件置位或复位。在许多通信协议中可用作奇偶校验位，也可在多

12、机通信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。,TB81，说明该帧数据为地址字节； TB80，说明该帧数据为数据字节。, RB8（SCON.2）接收数据的第9位, 串行口结构及控制,7 串行通信,在方式2或方式3中，接收到的第9位数据放在RB8位。它或是约定的奇/偶校验位，或是约定的地址/数据标识位。,在方式1中，RB8中存放的是接收到的停止位。 在方式0中，该位未用。, TI（SCON.1）发送中断标志位, 串行口结构及控制,7 串行通信,在一帧数据发送完时由硬件置位，可用软件查询。,方式0，发送完8位数据后，硬件置“1”； 其它方式，在发送停止位开始时由硬件置位。,TI1，可申请中断，也可供软件

13、查询用 但任何方式都必须由软件清除 CLRTI, 串行口结构及控制,7 串行通信, RI（SCON.0）接收中断标志位,在接收到一帧有效数据后由硬件置位。,RI1，申请中断，表示一帧数据接收结束，并已装入接收SBUF中，要求CPU取走数据。CPU响应中断，取走数据。RI也必须由软件清0，清除中断申请，并准备接收下一帧数据。, REN（SCON.4）允许接收控制位, 串行口结构及控制,7 串行通信,REN=1 允许接收，相当于串行接收的开关； REN=0 禁止接收,由软件置1或清0, SM2（SCON.5）多机通信控制位，主要用于方式2和3, 串行口结构及控制,7 串行通信,若SM2=1，且接收

14、到第9位RB8=“0”，说明是数据帧，则 RI置“0”，不接收发来的数据，丢弃数据；,若SM2=1，且接收到第9位RB8=“1”，说明是地址帧，则 RI置“1”，产生中断请求，将接收到的8位数据送入SBUF；,允许多机通信, SM2（SCON.5）多机通信控制位，主要用于方式2和3, 串行口结构及控制,7 串行通信,若SM2=0，不论RB8为“0”还是为“1”，都将接收到的8位数 据送入SBUF中，置RI=1并产生中断请求。,根据SM2这个功能，可实现多个89C51应用系统的串行通信。 在方式1时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI才置“1”，以便接收下一帧数据。在方式0时，SM2必

15、须是0。,该寄存器的字节地址为98H，可位寻址，格式如下：, 串行口结构及控制,7 串行通信,SCON（98H）, 串行口结构及控制,7 串行通信,2、串行口控制字及控制寄存器,PCON（87H）,电源控制寄存器PCON，其字节地址为87H，没有位寻址功能，其中只有SMOD位与串行口工作有关，如图7-9所示。,在串行口方式1、方式2和方式3时，波特率和SMOD成正比， 亦即SMOD1时，波特率提高一倍。 复位时，SMOD0。, 串行口结构及控制,7 串行通信,PCON（87H）,SMOD（PCON.7）波特率倍增位, 串行口结构及控制,7 串行通信,SMOD（PCON.7）波特率倍增位, 串行

16、通信工作方式,7 串行通信, 串行通信工作方式,7 串行通信,串行口方式0,方式0为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展I/O口。 此方式下，串行口作同步移位寄存器用，以8位数据为一 帧，先发送或接收最低位，每个机器周期发送或接收一位， 故其波特率是固定的。, 串行通信工作方式,7 串行通信,串行口方式0,串行数据通过RXD(P3.0)以(fosc/12)输入或输出，同步移位 脉冲由TXD输出，作为外接部件的同步信号。 当满足REN=1（允许接收）且接收中断标志RI位清除时， 启动一次接收过程。,方式0 波特率 fosc / 12,半双工,图7-11 方式0接收电路及时序,REN=1,启动

17、接收 SETB REN CLR RI 接收完毕置RI位，申请中断 读入数据 MOVA, SBUF,7 串行通信,串行口方式0, 串行通信工作方式,7 串行通信,串行口方式1,方式1真正用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。 TXD与RXD分别用于发送与接收数据。 收发一帧数据的格式为1位起始位、8位数据位（低位在前）、 1位停止位，共10位。,全双工, 串行通信工作方式,7 串行通信,串行口方式1,在接收时，停止位进入SCON的RB8，此方式的传送波特率 可调。,方式1、3 波特率 (2SMOD/32)(T1溢出率),若定时器T1采用模式1时，波特率公式如下：,方式1 、3波特率 (2SM

18、OD/32)(fosc /12)/(216初值),图7-12 方式1发送时序,用软件清除 TI后, CPU执行任何一条以 SBUF为目标寄存器的指令, 就启动发送过程。数据由 TXD引脚输出, 此时的发送移位脉冲是由定时器 /计数器 T1 送来的溢出信号经过 16 或 32 分频而取得的。一帧信号发送完时, 将置位发送中断标志TI=1, 向CPU申请中断, 完成一次发送过程。,串行口工作在方式2和方式3均为每帧11位异步通信格式，由TXD和RXD发送与接收（两种方式操作是完全一样的，所不同的只是波特率）。 每帧11位，即1位起始位，8位数据位，1位可编程的第9数据位和1位停止位。发送时，第9数

19、据位(TB8)可以设置为1或0，也可将奇偶位装入TB8，从而进行奇偶校验；接收时，第9数据位进入SCON的RB8。 方式2和方式3的发送、接收操作与方式1类似。, 串行通信工作方式,7 串行通信,串行口方式2和方式3,方式2的波特率 串行口方式2波特率的产生与方式1不同，即输入的时钟源不同，其时钟输入部分如图7-15所示。 方式2波特率取决于PCON中SMOD位的值： SMOD=0时，波特率为fosc的1/64； SMOD=1时，波特率为fosc的1/32。,方式2 波特率 (2SMOD/64)fosc,7 串行通信,12,32,16,2,2,fOSC,T1溢出率,SMOD ,SM0 SM1 ,PCON,SCON,00,01,10,11,波特率 时钟,1,0,1,0,波特率小结：,假设某89C51单片机系统, 串行口工作于模式1, 要求传送波特率为1200 Hz, 作为波特率发生器的定时器T1工作在方式 2 时, 请求出计数初值为多少？ 设单片机的振荡频率为6 MHz。,所以,因为串行口工作于模式1时的波特率为：,当SMOD=0 时, 初值TH1=256-6106/(1 2001232/1) =243=0F3H 当SMOD=1 时, 初值TH1=256-6106/（12001232/2) =230=0E6H,点对点通信 方式