单片机课件 第7课--串口.ppt

1、本章分为三节，主要介绍：80c51的6.2串口，6.1计算机串口通信基础，6.3单片机串口应用实例，6.1计算机串口通信基础。随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能变得越来越重要。计算机通信是指计算机和外部设备之间或计算机之间的信息交换。有两种通信方式：并行通信和串行通信。串行通信常用于多微机系统和现代测控系统中的信息交换。计算机通信是计算机技术和通信技术的结合，完成计算机与外部设备或计算机之间的信息交换。它可以分为两类：并行通信和串行通信。在并行通信中，数据字节的每一位通常由多条数据线同时传输。并行通信控制简单，传输速度快；由于传输线路多，长距离传输成本高，接收机的

2、每一位很难同时接收。串行通信将数据字节分成一位一位的形式，并在传输线上一个接一个地传输。串行通信的特点：传输线路少，远距离传输成本低，有现成的设备如电话网，但数据传输控制比并行通信复杂。串行通信的基本概念1。异步通信和同步通信1。异步通信意味着通信的发送和接收设备使用它们自己的时钟来控制数据的发送和接收过程。为了协调双方的发送和接收，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。异步通信以字符(帧)为单位传输，字符之间的间隔(时间间隔)是任意的，但每个字符中的每个位都是在固定时间传输的，即字符是异步的(字符之间不一定有整数倍的“位间隔”)， 但同一字符中的每一位都是同步的(每一位之间的距离为“异步通信数

3、据格式：异步通信特点：它不要求发送方和接收方的时钟之间有严格的一致性，易于实现且设备开销较小，但每一个字符需要附加23位的起始位和终止位，并且帧之间有间隙，因此传输效率不高。 同步通信同步通信时，有必要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，以便双方能够实现完全同步。此时，发送数据的比特之间的距离是“比特间隔”的整数倍，并且在发送的字符之间没有间隙，也就是说，保持了比特同步关系和字符同步关系。发送方和接收方之间的同步可以通过两种方法实现。在这种情况下，传输的数据和控制信息必须由指定字符集(如ASCII码)中的字符组成。图中的帧头是一个或两个同步字符SYN(ASCII码是16H)。SOH是开始字符

4、(ASCII码是01H)，表示标题的开始，它包含源地址、目的地址和路由指示等信息。STX是开始字符(ASCII码是02H)，表示传输数据块的开始。数据块是传输的主体内容，由多个字符组成。数据块后面是组结束字符ETB(ASCII码为17H)或文本结束字符ETX(ASCII码为03H)。然后检查代码。典型的面向字符的同步程序，如IBM的二进制同步程序BSC。面向位的同步格式：此时，数据块被视为数据流，序列0111110被用作开始和结束标记。为了避免当序列01111110出现在数据流中时引起的混乱，发送方总是在它发送的数据流中每五个连续的1插入一个附加的0；每当接收器检测到5个连续的0后跟着一个0时

5、，它就删除0。典型的面向位的同步协议，如国际标准化组织的高级数据链路控制程序HDLC和国际商用机器公司的同步串行通信1的传输方向。单工意味着数据只能单向传输，不能反向传输。2.半双工半双工意味着数据传输可以在两个方向上进行，但需要时间共享。3.全双工全双工意味着数据可以同时双向传输。信号的调制和解调数字信号由调制器转换成模拟信号，然后发送到通信线路，然后从通信线路接收的模拟信号由解调器转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器和解调器被组合成一个设备，称为调制解调器。4.串行通信1的错误检查。奇偶校验发送数据时，数据位的尾位是奇偶校验位(1或0)。在奇数校验中，数据中“1”的个数与奇偶校验位“1

6、”的个数之和应为奇数；在偶校验中，数据中“1”的数目和奇偶校验位“1”的数目之和应该是偶的。接收字符时，检查数字“1”。如果发现任何不一致，这意味着在数据传输过程中存在错误。循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算在有效信息和奇偶校验位之间进行的循环校验，常用于磁盘信息的传输和存储区域的完整性校验。这种验证方法具有很强的纠错能力，广泛应用于同步通信中。2.编码和校验编码和校验是指发送方将发送的数据块相加(或对每个字节进行异或运算)，生成一个一字节的校验字符(校验和)，并将其附加到数据块的末尾。当接收方收到数据时，它会对数据块求和(校验字节除外)(或者将结果与发送方的“校验和”进行比较。如果一致，

7、就没有错误；否则，认为传输过程中存在错误。5.传输速率和传输距离1。传输速率比特率是每秒传输二进制代码的位数，单位是每秒位数(bps)。例如，每秒传输240个字符，每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位和8个数据位)。此时，比特率为：10位，240位/秒=2400 bps。波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位为波特。波特率和比特率并不总是相同的。对于所谓的基带传输，其中数字信号1或0由两个不同的电压直接表示，比特率和波特率是相同的。因此，我们经常用波特率来表示数据传输速率。2。传输距离与传输速率的关系串行接口或终端直接传输串行信息比特流之间的最大距离与传输速率和传输线的电气特性有关

8、。当传输线采用电容为每0.3m 50PF(约1英尺)的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随着传输速率的增加而减小。当比特率超过1000 bps时，最大传输距离迅速下降，例如，在9600 bps时，最大距离下降到仅76m(约250英尺)。串行通信接口标准1。RS-232C接口RS-232C是1969年由环境影响评价修订的RS-232C标准。RS-232C定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的物理接口标准。1.RS-232C接口的机械特性要求使用25针连接器，连接器的尺寸和每个针的排列位置都有明确的规定。(阳头)、2、功能特性、4、过程特性过程特性定义信号之间的时序关系，以便正确接收

9、和发送数据。长距离通信连接，短距离通信连接，RS-232C电平和TTL电平转换驱动电路，RS-232C接口问题1。传输距离短，传输速度快。最大传输速率为20Kbps。带电平偏移的RS-232C总线标准要求发射机和接收机共用同一地。当通信距离较大时，发射机和接收机之间的地电位差较大，信号地将会有较大的地电流和电压降。，3。抗干扰能力差RS-232C在电平转换中采用单端输入和输出，在传输过程中干扰和噪声混在正常信号中。为了提高信噪比，RS-232C总线标准必须采用相对较大的电压摆幅。第二，RS-422A接口，RS-422A的输出驱动器是双端平衡驱动器。如果其中一条线处于逻辑“1”状态，另一条线处于

10、逻辑“0”状态，这是使用单端不平衡驱动的电压放大系数的两倍。差分通道可以从地面干扰中提取有效信号，差分接收器可以分辨200毫伏以上的电位差。如果在传输过程中干扰和噪声混合在一起，由于差分放大器，干扰和噪声可以相互抵消。因此，可以避免或大大减少地线干扰和电磁干扰的影响。以RS-422A (90Kbps)的传输速率，传输距离可达1200米。RS-485接口是RS-422A的变体：RS-422A用于全双工，而RS-485用于半双工。RS-485是多发射机标准，在通信线路上最多可以使用32对差分驱动器/接收器。如果网络中连接了32台以上的设备，也可以使用中继器。RS-485的信号传输使用两条线之间的电

11、压来表示逻辑1和逻辑0。因为发送者需要两条传输线，接收者也需要两条传输线。传输线采用差分通道，具有良好的干扰抑制性能，由于其阻抗低，无接地问题，传输距离可达1200米，传输速率可达1兆位/秒。RS-485是一种点对多点通信接口，一般采用双绞线结构。普通pc机一般没有RS485接口，所以应该使用RS-232C/RS-485转换器。TTL/RS-485的电平转换可由芯片MAX485完成。在由计算机和单片机组成的RS-485通信系统中，下位机由单片机系统组成，上位机为普通PC机，负责监控下位机的运行状态，集中处理其状态信息，并以图形方式显示下位机和工业现场被控设备的工作状态。系统中每个节点(包括上位

12、机)的识别是通过设置不同的站址来实现的。有两个物理上独立的接收和发送缓冲器SBUF，它们占用相同的地址99h。接收器为双缓冲结构。发送缓冲区，因为发送时中央处理器是活动的，所以不会产生重叠错误。6.2.1 80C51串口结构、SCON是设置串口工作模式、收发控制和设置状态标志的特殊功能寄存器：6 . 2 . 1 80C 51串口控制寄存器、SM0和SM1是工作模式选择位，可以选择四种工作模式：当接收机的SM2=1等于1时，接收到的RB8可以用来控制是否激活RI(当RB80没有激活RI时，接收到的信息被丢弃；在RB81，接收到的数据进入SBUF，并且RI被激活，然后在中断服务中从SBUF读取数据

13、)。当SM2=0时，无论接收到的RB8是0还是1，接收到的数据都可以进入SBUF并激活RI(即此时RB8没有控制RI激活的功能)。通过控制SM2可以实现多机通信。在模式0下，SM2必须为0。在模式1中，如果SM2=1，则仅当接收到有效停止位时，RI才设置为1。任，允许串行接收位。通过软件设置REN=1，然后启动串口接收数据；如果软件设置REN=0，则禁止接收。TB8，在模式2或模式3中，是传输数据的第九位，其功能可由软件指定。它可以在多机通信中用作数据的奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在模式0和模式1下，该位未使用。在模式2或模式3中，RB8是作为地址帧/数据帧的奇偶校验位或标志位的接收数

14、据的第九位。在模式1中，如果SM2=0，RB8是接收的停止位。TI，发送中断标志位。在模式0下，当第8位数据的串行传输结束时，或者在其他模式下，当串行传输停止位开始时，内部硬件将t1设置为1，并向中央处理器发送中断应用。在中断服务程序中，必须由软件清除才能取消中断应用。接收中断标志位。在模式0下，当第8位数据的串行接收结束时，或者在其他模式下，在串行接收停止位的中间，内部硬件将RI设置为1，并向中央处理器发送中断应用。它还必须由中断服务程序中的软件清除，以取消该中断应用。在PCON只有一个SMOD与串口操作有关：SMOD(PCON.7)波特率倍增位。在串行端口模式1、模式2和模式3中，波特率与

15、SMOD有关，当SMOD=1时，波特率加倍。复位时，SMOD=0。6.2.3 80C51串口工作模式，首先，当模式0和模式0时，串口是同步移位寄存器的输入和输出模式。主要用于扩展并行输入或输出端口。数据由RXD(P3.0)引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)引脚输出。发送和接收是8位数据，低位在前，高位在后。波特率固定在fosc/12。1.模式0输出、2、模式0输入、模式0接收和发送电路、2。模式1是10位数据的异步通信端口。TXD是数据发送引脚，RXD是数据接收引脚，发送一帧数据的格式如图所示。有1个起始位、8个数据位和1个停止位。1、模式1输出、2、模式1输入、当软件将REN设

16、置为1时，接收器以选定波特率的16倍对RXD引脚电平进行采样。当检测到RXD引脚输入电平的负跳变时，起始位有效，并将其移入输入移位寄存器，开始接收该信息帧的其余位。在接收过程中，数据从输入移位寄存器的右侧移入，当初始移位到达输入移位寄存器的最左侧时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0且SM2=0(或接收到的停止位为1)时，接收到的9位数据的前8位被加载到接收SBUF中，第9位(停止位)进入RB8，并且RI=1被设置为从中央处理器请求中断。、3。模式2和模式3是11位数据的异步通信端口。TXD是数据发送引脚，RXD是数据接收引脚。模式2和模式3在一帧中有1个起始位、9个数据位(包括1个附加的第9位、发送时在SCON的TB8和接收时的RB8)、1个停止位和11个数据。模式2的波特率固定在晶体频率的1/64或1/32，模式3的波特率由定时器t 1的溢出率决定。、1、模式2和模式3输出、发送开始时，首先将起始位0输出到TXD引脚，然后将移位寄存器的输出位(D0)发送到TXD引脚。每个移位脉冲将输出移位寄存器的每一位向右移位一位，由TXD引脚输出。在第一次移位中，停止位“1”被移位到输出移位寄存器的第9位，并且在每次后续移位中，左侧被移位到0。当停止向输出位移位时，左侧的其余位都为0。当检测电路检测到这种情况时，它使控制电路最后一次移位