单片机第8章.ppt

1、第八章掌握串行沟通(上课时间： 8小时)、教育目的、串行沟通的基础知识。 请看一般的串行通信总线标准。 掌握MCS-51单片机串行通信的基本原理。重点和难点，学习MCS-51单片机串行通信的基本原理。 单片机串行通信的应用。第8章串行通信、8.1串行通信概要8.2常用串行通信总线8.3 MCS-51的串行接口8.4 MCS-51单片机间的通信概要演习问题、8.1串行通信概要、8.1.1串行通信的基本方式8.1.2串行通信残奥级通信的特点：数据位同时传输，传输速度快，效率高。 但是，要有多少数据位就需要多少数据线，传输成本很高。 集成电路芯片的内部、同一封装板上的各部件之间、同一框体内的各封装板

2、之间等的数据传输是并行的。 残奥级数据传输的距离通常小于30米。 串行通信的特点：数据传输按位顺序进行，至少需要一条传输线路，成本低，但速度慢。 计算机和远程终端或者终端和终端之间的数据传输通常是串行的。 串行数据传输的距离从几米到几千公里。 串行通信有同步通信和异步通信两种基本方式。 另外，在8.1串行通信概要、基本通信方式图像、8.1.1串行通信的基本方式、1 .异步通信方式(Asynchronous Communication，异步通信)异步通信中，数据通常以字符(或字节)为单位构成字符帧，被传送的字符帧在发送侧是1帧发送侧和接收侧能够以各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源是相

3、互独立的，并且彼此不同步。 在异步通信中，接收方根据字符帧格式判断发送方何时开始发送，何时结束发送。 通常，发送线是高电平(逻辑“1”)，接收侧每次检测到从传输线发送来的低电平逻辑“0”(字符帧中的开头比特)时，通知发送侧开始发送，接收侧每次接收字符帧中的停止比特时，发送1帧的字符信息另外，8.1.1串行通信的基本方案，(1)字符帧(字符帧)也称为数据帧，其由开头比特、数据比特、奇偶校验比特、停止比特4部分构成。 各部的结构和功能位于开头比特：字符帧的开头，仅占1比特，总是逻辑上为“0”(低电平)，用于表示发送侧开始向接收设备发送1帧的信息。 数据位：开始位紧接着，用户根据具体情况取5位、6位

4、、7位或8位，低位在高位之后。 传输数据为ASCII字符时，始终取7位。 奇数奇偶校验位：在数据比特之后仅仅占据1个比特，并且由用户根据需要决定以指示串行通信是采用奇数还是偶数检查。 停止比特：位于字符帧的末尾，在逻辑“1”(高电平)下，通常取1比特、1.5比特或2比特，表示已向接收侧发送了1帧的字符信息，准备发送下一帧的字符。 另外，8.1.1串行通信的基本方案是： (1)在字符帧串行通信中，发送侧一帧一帧地发送信息，并且接收侧一帧地接收信息。 在相邻的两个字符帧之间可以没有空位也可以具有多个空位，这是用户根据需要而决定的。 另外，异步通信的字符帧格式、8.1.1串行通信的基本方式、(2)波

5、特率被定义为1秒传输二进制数的比特数(也称为比特数)，单位为比特/s，即比特/秒的波特率波特率越高，数据传输速度越快，但与字符的实际传输速度不同。 字符的实际传输速率是指每秒传输的字符框架的帧数，与字符框架格式有关。例如，在波特率为1200/比特/s的通信系统中，当采用上图(a )的字符帧时，如果字符的实际传输率以1200/11=109.09帧/秒切换到上图(b )的字符帧，则字符的实际传输率为1200/。 波特率越高，通道频带越宽。 因此，波特率也是衡量通道带宽的重要指标，异步通信的波特率通常在50bit/s9600bit/s之间。 波特率与发送时钟和接收时钟不同，通常为时钟频率的1/16或

6、1/64。 另外，8.1.1串行通信的基本方法，2 .同步通信(同步通信)同步通信是连续串行传输数据的通信方法，并且通过一次通信只传输一帧的信息。 此处的信息框架与异步通信的字符框架不同，通常有几个数据字符，如下图所示。 同步字符框由同步字符、数据字符和验证字符三部分组成。 在此，同步字符位于帧结构的开头，用于确认数据字符的开始(接收方不断地采样传输线，将采集到的字符与双方约定的同步字符比较，仅存储比较成功后接收到的字符)。 数据字符在字符同步后，数量没有限制，取决于传输的数据块的长度。检查字符有12个字符，位于框架结构的末尾，用于检查接收方接收的数据字符的准确性。8.1.1串行通信的基本方式

7、、2 .同步通信(Synchronous Communication )同步通信中，同步字符既可以采用统一标准子方式，也可以由用户承诺。 在单同步字符的帧结构中，同步字符在多采用ASCII码中规定的SYN (即16H )码的双同步字符帧结构中，同步字符采用国际通用标准代码EB90H。 另外，同步通信的文字帧格式、8.1.1串行通信的基本方式、2 .非同步通信和同步通信的特征非同步通信的优点是，由于不需要传输同步脉冲，文字帧长度也不受限制，因此需要的设备简单。 异步通信的缺点是，由于字符框架包含开始位和停止位，有效数据的传输速率降低。 同步通信的优点是传输速率高，通常为56000bit/s以上。

8、 由于要求同步通信的缺点是发送时钟与接收时钟保持精确的同步，所以除了发送时钟与传输波特率一致之外，还要求同时被传输到接收侧。 8.1.2串行通信的数据传输方式在串行通信中在2站之间传输数据。 串行通信根据数据传输方向，可分为单工、半双工、全双工三种传输方式。 如下图所示。 单工方式：通信线路的一端连接发射机，另一端连接接收机，形成单向连接，使数据能够沿一定方向传输。 数据只能单向传输。 半双工方式：系统内的各通信设备由发射机和接收机组成，通过收发开关与通信线路连接。 数据能够实现双向传输，但是每次其中一个可以发送数据并且另一个可以接收数据。 其收发交换机不是实际的物理交换机，而是由软件控制的电

9、子交换机，通信线的两端通过半双工协议进行功能切换。 全双工：系统的每一端都包含发射器和接收器，数据可以同时双向传输。 另外，在8.1.2串行通信的数据传输方案中，虽然许多串行通信接口电路具有全双工功能，但是在实际应用中，通常只在半双工方案中操作，即，两个站通常不同时发送和接收。 这个用法无害，没有充分发挥效率，但简单实用。 8.1.3串行通信接口电路、串行接口电路芯片的种类和形式很多。能够完成异步通信的硬件电路被称为UART，即通用异步接收器/发送器。 能够完成同步通信的硬件电路称为usrt (universalsynchronousreceive/transmitter )。 能够异步同步通

10、信的硬件电路被称为通用同步(usart )。 本质上，所有的串行接口电路都以残奥电平数据格式与CPU接口并以串行数据格式与外部逻辑接口传输数据。 这些基本功能是从外部逻辑接收串行数据，转换为残奥串行数据传输到CPU，从CPU接收残奥串行数据，转换为串行数据输出到外部逻辑。8.1.3串行通信接口电路、1 .异步通信硬件电路UART的工作原理串行发送时，CPU通过数据总线将8位的残奥电平数据发送到“发送数据缓冲器”，然后以残奥电平发送到“发送移位寄存器”，控制发送时钟和发送开始位和停止位由UART在发送时自动添加。 UART在发送一帧之后产生中断请求并且当CPU响应时将下一字符发送到发送数据缓冲器

11、并重复上述过程。 接收串行时，UART监视RxD线，如果检测到RxD线中存在低电平(起始位)，则开始新的字符接收过程。 UART每次接收到比特的二进制数据比特时将“接收移位寄存器”向左移位。 连续接收1个字符时，与“接收数据缓冲区”并行传输，通过中断提示CPU取出接收到的字符。 另外，由接收时钟RxC执行UART的硬件框图、8.1.3串行通信接口电路、由2. UART对RxD线路采样UART对RxD线路采样。 在该周期TC中传输的数据位的传输时间Td (比特率的倒数)在公式中必须满足K=16或64的关系。 在此，用K=16说明针对RxD线上的字符帧的UART的接收过程。 UART通常在RxC脉

12、冲的上升沿对RxD线进行采样。 如果连续采用RxD线上的8个低电平(起始位的二分之一位置)，UART将确保对方正在发送数据(不是干扰信号)。 然后，UART按16个RxC脉冲的每一个采样RxD线，将采集到的数据作为输入数据以移位方式存储在接收移位寄存器内。8.1.3串行通信接口电路、UART对数据采样、8.1.3串行通信接口电路、3 .错误检查数据在长距离传输中必然发生各种错误，奇偶校验是最常用的检查数据传输错误的方法奇偶校验有奇数校验和偶数校验两种。 UART的奇偶校验由发送侧的奇偶校验位附加电路和接收侧的奇偶校验检测电路实现。8.3 MCS-51的串行接口、8.3.1 MCS-51串行接口

13、结构8.3.2 MCS-51串行端口的工作方式8.3.3 MCS-51串行通信的波特率、8.3。 发送缓冲器只可写入不可读取的接收缓冲器只可读取不可写入，两者共享1字节的地址(99H )。 串行接口的构造如下图所示。 在发送时，CPU通过写入发送缓冲器的命令，在串行端口的发送缓冲器SBUF中写入数据(字符)，并从TXD侧一位一位地向外部发送。 与此同时，接收侧RXD可以一次接收1位数据，直到接收到完整的字符数据为止，并通知CPU，并且可以用另一指令将接收缓冲器SBUF的内容读入累加器。 这样，在整个串行发送/接收过程中，因为CPU的操作时间较短，所以CPU能够执行其它各种操作(这意味着以中断模

14、式来操作)，并且能够显着地提高CPU的效率。8.3.1 MCS-51串行接口结构、串行接口结构示意图、8.3.1 MCS-51串行接口结构、1 .串行接口数据缓冲器SBUF SBUF是物理上独立的两个接收发送缓冲器， 可以同时发送接收数据的两个缓冲器只有1字节的地址99H，通过对SBUF的命令的读写，能够区分是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作。CPU写SBUF处于读取SBUF处于修改发射缓冲器处于读取接收缓冲器处。 串行端口在外部也具有2条独立的发送接收信号线RxD(P3.0)、TxD(P3.1)，因此能够同时发送接收数据，实现全双工。 另外，8.3.1 MCS-51串行接口结构，以及

15、2 .串行端口控制寄存器SCON SCON寄存器用于控制串行端口操作方案和状态，并且可以是位地址。 复位时全部位被清零，字地址为98H。 其格式为8.3.1 MCS-51串行端口结构，2 .串行端口控制寄存器SCON各位与SM0、SM1 :串行端口工作方式选择位的状态组合相对应的工作方式为SM0 SM1工作方式功能说明波特率008位同步移位寄存器12018位异步收发计时器1 0 2 9位异步收发fosc/32或fosc/64 1 1 3 9位异步收发由计时器控制，8.3.1 MCS-51串行接口构成，2 .串行端口控制寄存器SCON SM2 :计时器在串行端口通过方法2和方法3接收数据的情况下

16、，如果SM2=1，则仅在所接收的第9位数据(RB8)为1的情况下，将所接收的前8位数据传送给SBUF，由此设置RI以产生中断请求，除此之外的情况下，将所接收的高8位的SM2=0时，无论第9位的数据是0还是1，前8位的数据都会加载到SBUF中，发生中断请求。 方式0时，SM2必须为0。8.3.1 MCS-51串行接口构成、2 .串行端口控制寄存器SCON REN :接收许可控制位REN=0时禁止串行端口接收。 REN=1时，允许串行端口接收。 此位由软件设置或重置。 另外，在8.3.1 MCS-51串行接口配置、2 .串行端口控制寄存器SCON TB8:发送数据比特为方法2或方法3的情况下，TB

17、8是发送数据的第九比特，并且根据发送数据的需要由软件进行设置或复位。 可作为奇偶校验位(单体通信)使用。 在多机通信中，所述标记可以是传输地址帧或数据帧的标记比特。 在多机通信的情况下，在发送地址帧时，通常约定TB8=1，在发送数据帧时，设定TB8=0。 方式0和方式1中没有使用该位。8.3.1 MCS-51串行接口配置、2 .串行端口控制寄存器SCON RB8:当接收数据位是方法2和方法3时，存储接收数据的第9位。 可以是约定的奇偶校验位。 也可以是约定的地址/数据标志位，根据RB8设定的状况，可以对接收的数据进行某种判断。 多机器通信时，如果RB8=1，则表示接收的数据为地址帧；RB8=0，表示接收的数据为数据帧。 在方法1中，如果SM2=0，则RB8被用于存储接收到的停止位方法，而在方法0中不使用该位。 另外，8.3.1 MCS-51串行接口配置，以及2 .串行端口控制寄存器SCON TI :发送中断标志位用于指示完成一帧数据发送。