单片机串行通信及应用.ppt

1、第五章 串行通信及其接口,5-1 概 述,5-2 MCS-51的串行口,5-3 双机通信,本章要点： 串行口的工作方式；MCS-51单片机的串口工作原理及控制；波特率的概念；重点掌握双机通信的通信过程及相应的软硬件设计。,5-4 多机通信,5.1 概 述,1、按数据传输方向分类 1）单工方式数据只能向一个方向传输。 2）半双工方式允许数据分时两个方向传输。,3）全双工方式数据可以同时往两个相反的方向传输。,2）同步方式：每个数据位占用的时间都相等，发送机每一个基本的时间单位发送一位，接收机与发送机的时钟必须严格同步。其格式如图。,2、按传输数据格式分类：异步和同步通信方式 1）异步方式：用一个

2、起始位表示字符的开始，停止位表示字符的结束。数据位则在起始位之后，停止位之前，这样构成一帧，其格式如图。,3常用串行接口标准,RS-232 RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯. 0：+5+15V， 1：在-5-15V 传送距离最大为约15米 最高速率为20kb/s 点对点,RS-422/485,RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。 1：A、B电压差在+2

3、+6V 0：A、B电压差在-26V 在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的,RS-422/485,RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。 一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。 RS-485比RS-422有改进， 总线上可多32个设备。,通用串行总线USB,USB接口特点 1. 接口类型一致 2. 速度快目前USB2.0速度达480MbpsM 3. 接口数量无限 一个设备上如果有USB接口，那其它USB设备接

4、到此口上和接到主机的USB接口上是一样的。USB可连接127个周边设备，所以说是“无限的”。 4. 提供外设电源 5. 具有即插即用的功能 6. 具有热插拔功能 USB外设 可以带电插拔功能。 7. 传输距离5m,IEEE1394,使用方便，支持热插拔，即插即用，无需设置设备ID号，从Win98 SE以上版本的操作系统开始内置IEEE1394支持核心，无需驱动程序。数据传输速度快，IEEE1394a高达400Mbps，后续的IEEE1394b标准可将速度提升到800Mbps、1.6Gbps甚至3.2Gbps。自带供电线路，能提供840V可变电压，允许通过最大电流也达到1.5A左右，因此它能为耗

5、电量要求小的设备进行供电。真正点对点连接(peertopeer)，设备间不分主从，可直接实现两台DV间的数据传输或是多台电脑共享一台DV机，而且从理论上讲我们可以直接将IEEE1394接口DV机中的图像数据保存到IEEE1394接口的硬盘中。,5.2MCS-51的串行口,5.2MCS-51的串行口,1、数据缓冲器SBUF 发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。 2、串行口控制寄存器SCON 寄存器的字节地址为98H，可位寻址。SCON格式如图。,SM0、SM1：控制串行口的工作方式 00 01 10 11 SM2：多机控制位，用于多机通讯。 REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收

6、；REN=0，禁止接收。 TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位 RB8：接收的第9位数据位或停止位 TI： 发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零 RI： 接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零,3特殊功能寄存器PCON 其字节地址为87H，没有位寻址功能，其中与串行接口有关的只有D7位。 SMOD (PCON.7) ：波特率倍增位。当SMOD=1时，波特率加倍；当SMOD=0时，波特率不加倍。,3、串行口的工作方式,(1) 方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。 1.一帧8位，无起始位和停止位。 2.RXD：数据输入/输出端。 TX

7、D：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。 3.波特率B = fosc/12 如： fosc=12MHz，B=1MHz，每位数据占1s。 4.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。,(2) 方式1：8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

8、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。,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。 数据采样速率为波特率16倍频，在数据位中间，用第7、8、9个脉冲采样3次数据位，并3中取2保留采样值。,方式1串行发送接收时序图,(3) 方式2和方式3 9位数据异步通讯方式。,1.一帧为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讯标识位

9、。 2.RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。 3.波特率：方式2：BR=(2SMOD/64)fosc 。 方式3：BR=(2SMOD/32)T1溢出率 。 4.发送：先装入TB8，写入SBUF并启动发送，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。,（4）计算波特率,方式0为固定波特率：BR=fosc/12 方式2可选两种波特率： BR=(2SMOD /64)fosc 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。 BR=(2SMOD/32)T

10、1溢出率 T1溢出率= fosc/（12 （256-x)） 串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算时间常数。 T1选方式2： TH1=X= 28-(2SMOD fosc)/(1232BR) T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。,简单示例,设波特率为1200bps，求定时器初值X大小并进行初始化（设SMOD=0,fosc=12MHz） 1200=（1/32）*（fosc/(12*(256-x)） X=E6H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H MOV PCON,#00H MOV SCON,#50H,5.3 双机通信,5

11、-3-1 主从机间的通信 1 双机串行异步通信 （1）单片机与单片机间的串行异步通信接口设计 两台8031直接通信如图:,两台8031采用RS232C总线通信如图:,（）单片机与PC系列微机间的异步串行通信接口设计,8031单片机与PC系列微机是两种不同类型的机种，它们的硬件结构不同，具有的电气特性也不一样，因此它们之间不能用导线直接连接，而要通过电平转换电路。 8031单片机和PC机通过RS232C总线通信接口图如下:,双机通信实验,项目1： A机循环发送0、1、2给B机，B机收到0，对P1.0口线的LED取反，收到1对P1.1口线的LED取反，类推。 项目2： 利用8279的键盘、显示管理

12、功能，A机按下8279管理的5个键，B机通过8279管理的数码管分别显示A、B、C、D、E。,项目1：发送机程序,;发送机程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0010H MAIN: LCALL DELAY LCALL INITSYS MOV 20H,#00H LOOP: LCALL SEND LCALL DELAY INC 20H CJNE 20H,#03H,LOOP MOV 20H,#00H AJMP LOOP SJMP $ ;发送子程序 SEND:MOV A,20H CLR TI MOV SBUF,A JNB TI,$ RET,; 串口初始化程序 INITSYS:MOV

13、SCON,#50H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#00H ;SMOD=0 SETB TR1 CLR EA RET ;延时子程序 DELAY: MOV R6,#00H LOOP1: MOV R7,#00H DJNZ R7,$ DJNZ R6,LOOP1 RET,项目1：接收机程序,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H RECEIVE:CLR RI MOV A,SBUF P10: CJNE A,#00H,P11 CPL P1.0 AJMP BACK P11: CJNE A,#01H,P12 CPL P1

14、.1 AJMP BACK P12: CPL P1.2 BACK:RETI ORG 0200H MAIN:MOV R0,#0FFH DJNZ R0,$ LCALL INITSYS SJMP $ INITSYS:MOV SCON,#50H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#00H ;SMOD=0 SET TR1 SETB EA SETB ES RET,项目2：发送机实验程序，含8279,;发送机程序 DISCHAR EQU 3EH KEYVALUE EQU 3FH KEYA EQU 00H KEYB EQU 01H KEYC E

15、QU 02H KEYD EQU 03H KEYE EQU 04H COM8279 EQU 4001H DAT8279 EQU 4000H KEYFLAG BIT 20H ORG 0000H MAIN :MOV R0,#0FFH DJNZ R0,$ ;开机延时 LCALL INITSYS ; 系统初始化 MOV 40H,#00H ;程序运行初始显示008279 MOV 41H,#00H ; MOV 42H,#08H MOV 43H,#02H MOV 44H,#07H MOV 45H,#09H LLOOP:LCALL KEY ;调键处理子程序 LCALL DISPLAY ;调显示子程序 JNB K

16、EYFLAG ,LLOOP CLR KEYFLAG LCALL SOLVEKEY LCALL SEND ;调用发送子程序 AJMP LLOOP,;发送子程序 SEND :PUSH ACC CLR TI MOV A,DISCHAR MOV SBUF ,A JNB TI ,$ POP ACC RET ;系统初始化子程序 INITSYS:MOV TMOD,#20H ;设定时器工作方式 MOV TH1 ,#0F3H MOV Tl1 ,#0F3H ; MOV PCON,#80H ;设置波特率=2.4Kbps MOV SCON,#50h ;允许接收，10位异步通讯 CLR EA SETB TR1 LCAL

17、L INIT8279 ;8279初始化 RET ;8279初始化子程序 INIT8279: MOV DPTR,#COM8279 ;8279控制口 MOV A,#0DFH ;清除显示RAM及FIFO RAM MOVX DPTR,A LOOP0:MOVX A,DPTR JB ACC.7,LOOP0 ;直到DU=0 MOV A,#00H MOVX DPTR,A ;8*8左边输入，编码扫描键盘 MOV A,#32H MOVX DPTR,A ;分频系数18 RET,;显示子程序 DISPLAY:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV 30H,#80H MOV R7,#06H MOV

18、 R0,#40H DIS1 : MOV DPTR,#COM8279 MOV A,30H MOVX DPTR,A ;准备对第0个显示RAM写数据据 MOV A,R0 MOV DPTR,#ZIXING MOVC A,A+DPTR ;取字形码 MOV DPTR,#DAT8279 MOVX DPTR,A ;送字形码 INC R0 ;修改显示缓冲区单元地址 INC 30H ;修改显示RAM地址 DJNZ R7,DIS1 POP ACC POP DPL POP DPH RET ZIXING: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83

19、H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,;键值处理子程序 KEY:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV DPTR,#COM8279 ; MOVX A,DPTR ; ANL A,#07H ;检查FIFO中有无键值 JZ KEYBACK ;无键值，转KEYBACK MOV A,#40H MOVX DPTR,A ;写指令，要读FIFO RAM MOV DPTR,#DAT8279 ; MOVX A,DPTR ;读数据口，取键值 ANL A,#3FH SETB KEYFLAG MOV KEYVALUE,A ;送键值入键值缓冲区 KEYBACK:POP ACC POP D

20、PL POP DPH RET,;键功能处理子程序 SOLVEKEY:PUSH ACC MOV A,KEYVALUE PKEYA: CJNE A,#KEYA,PKEYB MOV DISCHAR,#0AH MOV 40H,#0AH AJMP SKEYBACK PKEYB: CJNE A,#KEYB,PKEYC MOV DISCHAR,#0BH MOV 41H,#0BH AJMP SKEYBACK PKEYC: CJNE A,#KEYC,PKEYD MOV DISCHAR,#0CH MOV 42H,#0CH AJMP SKEYBACK PKEYD: CJNE A,#KEYD,SKEYBACK MOV

21、 DISCHAR,#0DH MOV 43H,#0DH AJMP SKEYBACK SKEYBACK: CLR KEYFLAG MOV KEYVALUE,#0FFH POP ACC RET,项目2：接收机实验程序，含8279,;接收机程序 DISCHAR EQU 3EH COM8279 EQU 4001H DAT8279 EQU 4000H COMFLAG BIT 20H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H RECEIVE:CLR RI MOV A,SBUF MOV DISCHAR,A SETB COMFLAG RETI ORG 0100H MAIN :MOV R0,#0

22、FFH DJNZ R0,$ ;开机延时 LCALL INITSYS ; 系统初始化 MOV 40H,#00H ;程序运行初始显示008279 MOV 41H,#00H ; MOV 42H,#08H MOV 43H,#02H MOV 44H,#07H MOV 45H,#09H LLOOP:LCALL DISPLAY ;调显示子程序 JNB COMFLAG,LLOOP CLR COMFLAG MOV 40H,DISCHAR AJMP LLOOP,;系统初始化子程序 INITSYS:MOV TMOD,#20H ;设定时器工作方式 MOV TH1 ,#0F3H MOV Tl1 ,#0F3H ; MOV

23、 PCON,#80H ;设置波特率=2.4Kbps MOV SCON,#50h ;允许接收，10位异步通讯 SETB EA SETB ES ;允许串口中断 SETB TR1 LCALL INIT8279 ;8279初始化 RET ;8279初始化子程序 INIT8279: MOV DPTR,#COM8279 ;8279控制口 MOV A,#0DFH ;清除显示RAM及FIFO RAM MOVX DPTR,A LOOP0:MOVX A,DPTR JB ACC.7,LOOP0 ;直到DU=0 MOV A,#00H MOVX DPTR,A ;8*8左边输入，编码扫描键盘 MOV A,#32H MOV

24、X DPTR,A ;分频系数18 RET,;显示子程序 DISPLAY:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV 30H,#80H MOV R7,#06H MOV R0,#40H DIS1 : MOV DPTR,#COM8279 MOV A,30H MOVX DPTR,A ;准备对第0个显示RAM写数据据 MOV A,R0 MOV DPTR,#ZIXING MOVC A,A+DPTR ;取字形码 MOV DPTR,#DAT8279 MOVX DPTR,A ;送字形码 INC R0 ;修改显示缓冲区单元地址 INC 30H ;修改显示RAM地址 DJNZ R7,DIS1 PO

25、P ACC POP DPL POP DPH RET ZIXING: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,5-3-2 多机通信接口,教学目标 教学要求：掌握多机通信的原理及实现过程，能设计简单的多机通信系统及程序。 本节重点：多机通信原理 本节难点：SM2、TB8、RB8在通信过程中的作用,多机通信的应用领域,典型应用：校园卡系统、智能楼宇、自动温控蔬菜大棚、大型粮库、工厂自动化；,1打卡机 2打卡机 3打卡机 n打卡机,1MCS-51多机通信原理,串行口控制寄存器SC

26、ON中的SM2为多机通信接口控制位。串行口工作于方式2或3。 SM2多机通信位； TB8/RB8地址/数据区分位; 若SM2为1，则仅当接收到的第9位数据RB8为1时，数据才装入SBUF，置位RI，请求CPU对数据进行处理；如果接收到的第9位数据RB8为0，则不产生中断标志RI，信息丢失，CPU不做任何处理。 当SM2为0时，则接收到一个数据后，不管第9位数据RB8是0还是1，都将数据装入接收缓冲器SBUF并置位中断标志RI，请求CPU处理。,关键是SM2与TB8、RB8的关系！,SM2、RB8与从机动作关系,通信过程,所有从机的SM2=1，处于只接收地址帧状态 所有同学坐着听讲,主机发地址信息，以第9位TB8=1表示发送的是地址 老师喊同学名字,从机接收到地址帧后与本机地址比较 所有同学听到名字与自己的名字比较,被