第五章.串行通讯.ppt

1、1,第五章 串行通讯及其接口,主要内容： 串行通讯的一般概念 单片机的串行通讯接口 串行通讯接口应用举例,2,5.1串行通讯的一般概念,通讯的基本方式 数据传输速率波特率 串行通讯的两种基本方式 串行数据传送的方向 通用的异步接收器/发送器UART,3,串行通讯的一般概念,通讯：CPU与外部的信息交换。 并行通讯：数据各位同时传送。 串行通讯：数据一位一位顺序传送。,4,通讯的基本方式,5,数据传输速率波特率,定义：数据传送速率，即每秒钟传送多少位 例：某计算机串行传送，每秒送120个字符 编码，一个字符编码为10位，求波特率？ 120101200位/秒1200波特,波特率有效数据位传送速率,

2、字符编码中10位不都是数据，比如有一个停止位、启动位、奇偶标志位，则有效数据位只有7位 有效数据位传送速率为：7120840位/秒,6,串行通讯的两种基本方式,同步通信：严格同步,发送同步码,数据连 续,信息量大, 速度较高 异步通信 ：帧格式传送,信息量不大,7,异步传送,异步传送：以字符为单位一个个地发送和接收的 字符由10位组成，分为三部分： 1）起始位（0）,用逻辑”0”低电平表示 通知接收设备，新字符到达。 复位接收设备，准备接收 2）字符位（5 8位） 3）停止位（1）,用逻辑”1”高电平表示,8,异步传送,(1)无空闲位,9,异步传送,(2)加空闲位,10,异步传送,异步传送是靠

3、字符不同格式联络 传送双方要事先约定： 1、字符格式 2、波特率(Band rate),11,同步传送,1、有效数据位传送速率高于异步传送 2、硬件设备较为复杂： 1）要求发送端和接收端的严格同步， 2）对相位一致性要求严格- 锁相器,12,串行数据传送的方向,13,主从多终端通讯方式,14,通用的异步接收器/发送器UART,1）计算机 发送端，并 串,2）串行接收端 计算机，串 并,计算机完成这一并 串，串 并的硬件电路就是UART,15,如图,它既能发送（并-串输出）,又能接收（串-并输入）。对每一方来说，都是一个双缓冲结构。 接收时,RXD-移位寄存器-缓冲器-数据总线 -CPU 发送时

4、,CPU-总线- 缓冲器-移位寄存器 -TXD端一位一位移位输出（变为串行的）,16,UART的出错标志位，一般有以下三种 奇偶错误 帧错误 溢出（丢失）错误,17,通用的异步接收器发送器UART,一般用外时钟和接收的数据进行同步 设外时钟周期为Tc，每位数据传送时间为Td则 TcTdk，其中k16或64 外时钟以16倍的数据传送速率来采样数据线当 发现第一个“”连续采到个“”，即可确认为 起始信号，如下图：,18,19,每16个时钟读一次数据位是“1”还是“0” 1、保证每次采样在数据位的中间 2、避开了信号在上升或下降时可能产生的 不稳定状态 单片机中，连采三次，取至少两次相同的值 相当于

5、数值滤波-抗干扰问题,20,21,5.2 MCS-51的串行通讯接口,串行接口的控制寄存器 串行接口的四种工作方式 多处理机通信 波特率的设定,22,MCS-51的串行通讯接口,其串行口为全双工的：可同时发送、接收数据 这是由硬件上的相互独立的接收、发送缓冲器保 证的 发送：只写不读（保证发送，只能由内-外） 接收：只读不写（保证接收，只能由内-外） 串行口是可编程的，其功能可由用户在控制寄 存器SCON中写入不同的控制字来改变,23,串行接口的控制寄存器,1、控制寄存器SCON (98H，可位寻址) 2、特殊功能寄存器PCON (字节地址87H，没有位寻址),25,26,特殊功能寄存器PCO

6、N,波特率选择位,0 维持原波特率,1 使方式2、3中波特率加倍,27,串行接口的四种工作方式,1、方式0：移位寄存器方式，输出可直接与移位 寄存器、I/O口、同步输入输出设备相连 发送：,启动了,数据,SBUF,一次发送,RXD输出数据,TXD输出同步脉冲,1/12fosc， 即每个机器周期送一位,使TI=1,申请中断,每个机器周期S6P2期间发送移位寄存器右移一次,要求新的发送数据-SUBF,28,接收：置方式0，REN=1(允许接收)， 清除RI(方式接收),清除RI,接收,RXD:数据输入,TXD:移位脉冲输出,可以,接收控制器以1/12fosc采样RXD引脚输入数据,完,使RI=1,

7、申请接收中断,方式0：1、SM20 2、中断时，须在“中处”中用指令清RI,TI标志,29,(1)方式0 工作时波形图如下：,(a),30,(b),31,2.其它方式,方式,为UART方式，原理一样 1）发送过程（数据由TXD 端输出）：,奇偶校验位或程控位(TB8),停止位,一帧完，硬件使TI，产生发送中断,在中处中，若还有数据要发送，请求CPU送出新的发送字节MOV SBUF,A,直到全部数据发送完，关串口中断，返回,起始位,数据低位,数据高位,后发,再发,写入SBUF的指令启动发送, 缓冲器,移位寄存器,先发,32,2）接收过程：(数据均由RXD输入）,串行口以倍选定波特率采样RXD端状

8、态, 当采到该端电平由”1”到”0”的跳变时,接收一帧代码,拼成并行码,接收缓冲器,方式1：停止位,方式2、3：可程控第九位,RB8完，使RI=1,申请接收中断，在“中处”中执行指令 MOV A,SBUF， 取走该帧字符，否则不产生RI中断、不执行MOV A,SBUF,则下一次接收到的数据将本次冲掉，数据就会无条件丢失,启动接收器,33,方式1时串行通道工作波形,34,方式2、3时串行通道工作波形,35,方式1、2、3的区别,方式1、2、3主要区别在两方面,(1)字符格式,(2)波特率,这是异步通信事先要规定的两个重要约定,36,方式1、2、3的区别,1）字符格式约定 方式为8位异步通讯口：

9、方式2、3为9位异步通讯口：,启动位,停止位,启动位,停止位,数据：8位,数据：8位,接收送入SCON的RB8位,发送时用户通过置TB8决定该位为”0”还是”1”,37,在方式工作时定时器是作为波特率发生器 用，其中断应无效，而方式2的波特率为,2）波特率 方式、3的波特率可变，由定时/计数器产生,38,因振荡器的频率是固定的，故方式的波 特率只能取为,由编程PCON的SMOD,显然,方式2波特率变化范围小于方式1、3,1 加倍,0 不变,39,3）发送（输出）区别： 方式1、2、3应写入不同的方式控制字 方式，可程控TB8,(1)使第九位数据做多机 通讯中地址/数据位,(2)做奇偶校验位,4

10、0,方式1与方式2、3的主要区别,4)接收（输入）区别： 写入不同控制字,均使REN,允许接收 但要保存接收到的数据还应使：,41,在单机通讯时可利用TB8、RB8作为奇偶校验位,例：设R2为发送数据区地址指针，加入奇偶校验位的发送 程序如下： RIPTI:PUSHPSW PUSHA SETB PSW.4 CLR PSW.3 CLR TI,42,MOV A,R0 MOV TB8,P MOV SBUF,A INC R0 POP A POP PSW RETI,43,多处理机通讯,由控制字SM2位规定可知 SM2=1,串行口接收到的 第九位数据存于RB8:,RB8=1 产生中断，接收数据,RB8=0

11、 不产生中断，信息丢失,根据这一特性可用于实现多机通讯。,44,从机 编程方式为方式2或3 9位异步通讯方式,SM2=1,多机通讯控制,REN=1,允许接收,45,1、置所有从机SM2=1； 2、发地址，且使主机TB8=1;,从机RB8=1,各从机响应中断，对照地址,相符：使SM2=0,不符：维持SM2=1,SM2=1,4、主机发送数据信息，且此时TB8=0（主机）,3、,其过程简述如下：,46,5、从机接收后RB8=0,从机中,地址相符,地址不符,SM2=0,RB8=0,可接收，数据送被寻址从机,SM2=1,RB8=0,不产生RI中断，数据丢失,否则接收到的数据将丢失,47,波特率的设定,方

12、式2：波特率固定为振荡频率的1/32或1/64 方式1、3 波特率可变。 波特率的制定主要是对方式1、3而言的。 由于方式1、3波特率可变，无法采用固定的振荡 频率，一般采用定时器1，且让工作于自动装载方 式（方式2，不中断）来产生波特率。,48,若已知定时器的溢出率，则工作在方式，时的 串行口波特率可由下式求得： 定时器的溢出率可由下式算出： 将此值代入求波特率的算式，可求得：,49,例1 若已知fosc6MHZ,SMOD=0不加倍， (TH1)=D9H,求波特率 反之，若已知波特率400， SMOD=0,fosc=6MHZ,问TH1(TL1)时间常数应 为多少？,50,51,52,方式1、

13、3时晶振与波特率之间的对应关系,晶振为6MHz时，最大波特率为： 加倍后位31.25K 最小波特率为： 加倍后位122,53,编程要求是： 选定正确的控制字，以保证接口功能的初始化 制定合适的波特率，这主要是选择定时器1的方式和时间常数据的确定； 在串行中断服务程序中要清除中断标志位,5.3串行接口通讯应用举例,54,例： 设有甲乙两台单片机，编出两台单片机间实现如下串 行通讯功能的程序： 甲机发送：将首址为ADDRT的128个字节的数据块 顺序向乙机发送； 乙机接收：将接收的128个字节的数据，顺序存放在 以首址为ADDRR的数据缓冲区中。,5.3串行接口通讯应用举例,55,56,ORG 0

14、000H LJMP MAINT ；跳至主程序入口 ORG 0023H LJMP INTSE1 ；转至串行中断服务程序 MAINT: MOV SCON,#01000000B ；置串行口工作方式1 MOV TMOD,#20H ；定时器1为工作方式2 MOV TL1,#0D9H ；产生400波特率的时间常数 MOV TH1,#0D9H,发送程序具体编程如下：,57,SETB TR1 ；启动定时器1 SETB EA ；开中断 SETB ES ；串行口开中断 MOV DPTR,ADDRT ；首址- DPTR MOV R0,#00H ；传送字节数初值 MOVX A,DPTR ；取第一个发送字节 MOV S

15、BUF,A ；启动串行口发送 SJMP ；等待中断,58,INTSE1: CLR SCON.1 ;清中断标志 INC R0 ;修改已发送的字节数 CJNE R0,#80H,LOOP ;判别128个字节都发送完没有, 若没完则转LOOP继续 取下一发送数据 CLR ES ;全部发送完毕，禁止串行口中断 SJMP ENDT ;转中断返回 LOOP: INC DPTR ;修改地址指针 MOVX A,DPTR ;取发送数据 MOV SBUF,A ;启动串行口 ENDT: RETI ;中断返回,中断服务程序,59,应注意接收方的波特率应和发送方的波特率相同。,60,ORG 0000H LJMP MAINR ;转主程序 ORG 0023H LJMP INTSE2 ;转串行口中断服务程序 MAINR： MOV SCON,#50H ;串行口为接收口，工作方式1 MOV TMOD,#20H ;定时器1为工作方式2 MOV TH1,#0D9H ;产生400波特率的时间常数 MOV TL1,#0D9H,接收程序具体编程如下：,61,SETB TCON.6 ;启动定时器 SETB EA ;开中断 SETB ES ;串行口开中断 MOV DPTR,ADDRR ;数据缓冲区首址-DPTR MOV R0,#00H ;