UART、SPI、I2C串口通信.ppt

第,2,章,C8051F,单片机的结构与原理,2.1 C8051F,系列单片机总体结构,2.2 C8051F020,存贮器组织,2.3 CIP-51,指令介绍,2.4,中断系统,2.5,端口输入,/,输出,*,UART,、,SPI,、,I2C,串口通信培训,主讲 赵建鹏,一、,UART,通信,二、,SPI,通信,三、,I2C,通信,UART,、,SPI,、,I2C,串口通信,一、,UART,通信,1.,串行通信和并行通信,2.51,系列单片机,UART,通信原理,3.C8051F,系列单片机的串口及波特率配置,1.,串行通信和并行通信,数据通信：若干个数据设备之间的信息交换称为,数据通信。,两种方式：并行通信和串行通信。,并行通信：是指数据的各位同时传送，每一位数据都需要一条传输线并且需要若干条控制信号线，这种方式仅适合于短距离的数据传输。,并行传输的特点是：传输速率快，接口电路简单。,1.,串行通信和并行通信的区别,串行通信：是指数据中的各位分时传送，此时只需要一条数据线，外加一条公共信号地线和若干条控制信号线。因为一次只能传送一位，所以对于一个字节的数据，至少要分,8,位才能传送完毕。,串行通信的特点：传输线少，长距离传输成本，但是传输控制比并行要相对复杂。,数据传输方式：单工、半双工和全双工。,1.,串行通信和并行通信,单工：,A,只能发信号，,B,只能收信号，信号单向传输。,半双工：,A,能发信号给,B,，,B,也能发信号给,A,，但是这两个 过程不能同时进行。最典型的例子是对讲机。,全双工：,A,在给,B,发信号的同时,B,也能给,A,发信号。最典型的例子打电话。,波特率：波特率是指每秒内传送二进制数据的位数以,b/s,和,bps（,位,/,秒）为单位。,1.,串行通信和并行通信,2.51,系列单片机,UART,通信,UART,作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。,起始位,：先发出一个逻辑”,0”,的信号，表示传输字符的开始。,数据位,：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是,4,、,5,、,6,、,7,、,8,等，构成一个字符。通常采用,ASCII,码。从最低位开始传送，靠时钟定位。,奇偶校验位,：数据位加上这一位后，使得“,1”,的位数应为偶数,(,偶校验,),或奇数,(,奇校验,),，以此来校验数据传送的正确性,2.51,系列单片机,UART,通信,停止位,：它是一个字符数据的结束标志。可以是,1,位、,1.5,位、,2,位的高电平。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢,。,空闲位,：处于逻辑“,1”,状态，表示当前线路上没有数据传送。,2.51,系列单片机,UART,通信,2.51,系列单片机,UART,通信,UART,工作原理：,发送数据过程,：空闲状态，线路处于高电位；当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间,T，,接着数据按低位到高位依次发送，数据发送完毕后，接着发送奇偶校验位和停止位（停止位为高电位），一帧数据发送结束。,接收数据过程,：空闲状态，线路处于高电位；当检测到线路的下降沿（线路电位由高电位变为低电位）时说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据，数据接收完毕后，接着接收并比较奇偶校验位是否正确，如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。,2.51,系列单片机,UART,通信,UART,的接收数据时序为,：当检测到数据的下降沿时，表明线路上有数据进行传输，这时计数器,CNT,开始计数，当计数器为,24=16+8,时，采样的值为第,0,位数据；当计数器的值为,40,时，采样的值为第,1,位数据，依此类推，进行后面,6,个数据的采样。如果需要进行奇偶校验，则当计数器的值,152,时，采样的值即为奇偶位；当计数器的值为,168,时，采样的值为,1,表示停止位，一帧数据接收完成。,2.51,系列单片机,UART,通信,2.51,系列单片机,UART,通信,UART,波特率发生器：,波特率是衡量数据传输速率的指标，表示每秒传送数据的字符数，单位为,Baud。UART,的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的。波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率，而是波特率时钟频率的,16,倍，目的是为在接收时进行精确地采样，以提取出异步的串行数据。根据给定的晶振时钟和要求的波特率，可以算出波特率分频计数值。,2.51,系列单片机,UART,通信,51,单片机串口的四种方式：,2.51,系列单片机,UART,通信,方式,0,：,方式,0,时，移位时钟脉冲由,56(,即第,6,个状态周期，第,12,个节拍,),给出，即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。所以，波特率为振荡频率的十二分之一，并不受,PCON,寄存器中,SMOD,的影响，即：方式,0,的波特率,fosc12,2.51,系列单片机,UART,通信,2.51,系列单片机,UART,通信,方式,l,和方式,3,的波特率方式,1,和方式,3,的移位时钟脉冲由定时器,T1,的溢出率决定，故波特宰由定时器,T1,的溢出率与,SMOD,值同时决定，即：方式,1,和方式,3,的波特率,2SMOD/32T1,溢出率。其中，溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。,计数速率与,TMOD,寄存器中,CT,的状态有关。当,CT0,时，计数速率,fosc2；,当,CT1,时，计数速率取决于外部输入时钟频率。当定时器,Tl,作波特率发生器使用时，通常选用可自动装入初值模式,(,工作方式,2),，在工作方式,2,中，,TLl,作为计数用，而自动装入的初值放在,THl,中，设计数初值为,x，,则每过“,256,一,x”,个机器周期，定时器,T1,就会产生一次溢出。为了避免因溢出而引起中断，此时应禁止,T1,中断。这时，溢出周期为：,2.51,系列单片机,UART,通信,2.51,系列单片机,UART,通信,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,UART0,的配置步骤：,（,1,）,UART0,相关寄存器配置如：,UART0,控制寄存器,SCON0,的,REN0,位（接受允许），定时器控制寄存器,TCON0,的,TR1,位（开定时器,1,），时钟控制寄存器,CKCON,的,TIM,位（定时器,1,时钟选择），定时器方式寄存器,TOMD,，最后不要忘记打开,UART,的交叉开关。,（,2,）配置波特率：配置串口工作方式,1,，定时器使用方式,2,（自动重装载的,8,位计数器,/,定时器）,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,（,3,）注意使用时要禁止定时器,1,终端,ET1=0,；,TI0,和,RI0,也要注意软清零。,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,C8051F,系列,UART1,的使用,（,1,）,UART1,包含一个由,16,位定时器和可编程预分频器构 成的专用波特率发生器，能产生很宽范围的波特率。,（,2,）,UART1,有六个相关的特殊功能寄存器。三个用于波特率发生器（,SBCON1,、,SBRLH1,和,SBRLL1,），两个用于数据格式、控制和状态功能（,SCON1,和,SMOD1,），一个用于发送和接收数据（,SBUF1,）,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,（,3,）关于,UART1,我们应该知道的几点：,UART1,波特率是由一个专用的,16,位定时器产生的,.,用三个寄存器（,SBCON1,、,SBRLH1,和,SBRLL1,）来配置波特率发生器。,UART1,波特率发生器控制寄存器（,SBCON1,，,SFR,定义,19.4,）使能或禁止波特率发生器，并为定时器选择预分频值。,对于可靠的,UART,操作，建议不要将,UART,波特率配置为大于,SYSCLK/16,。,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,3.C8051F,系列单片机,UART,的使用,二、,SPI,通信,1.SPI,通信简介及特点,2.SPI,通信原理,3.C8051F,系列单片机的,SPI,通信配置,1.SPI,通信简介及特点,SPI,是英语,Serial Peripheral interface,的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。,SPI,接口主要应用在,EEPROM，FLASH，,实时时钟，,AD,转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。,SPI,是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为,PCB,的布局上节省空间，提供方便，,1.SPI,通信简介及特点,SPI,总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用,4,条线：,（1）MOSI SPI,总线主机输出,/,从机输入（,SPI Bus Master Output/Slave Input）,。,（2）MISO SPI,总线主机输入,/,从机输出（,SPI Bus Master Input/Slave Output),。,（3）SCLK,时钟信号，由主设备产生。,（,4,）,CS,从设备使能信号，由主设备控制（,Chip select），,有的,IC,此,pin,脚叫,SS,。,2.SPI,通信原理,SPI,的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少,4,根线，事实上,3,根也可以（用于单向传输时，也就是半双工方式）。,注：有的,SPI,接口芯片带有中断信号线,INT、,有的,SPI,接口芯片没有主机输出,/,从机输入数据线,MOSI。,2.SPI,通信原理,2.SPI,通信原理,2.SPI,通信原理,2.SPI,通信原理,2.SPI,通信原理,2.SPI,通信原理,2.SPI,通信原理,3.C8051F,系列单片机的,SPI,应用,C8051F,系列单片机的,SPI0,的访问和控制是通过系统控制器中的,4,个特殊功能寄存器实现的：控制寄存器,SPI0CN,、数据寄存器,SPI0DAT,、配置寄存器,SPI0CFG,和时钟频率寄存器,SPI0CKR,。,3.C8051F,系列单片机的,SPI,应用,3.C8051F,系列单片机的,SPI,应用,3.C8051F,系列单片机的,SPI,应用,三、,I2C,通信,1.I2C,通信简介及特点,2.I2C,通信原理,1.I2C,通信介绍及特点,I2C（InterIntegrated Circuit）,总线是,PHILIPS,公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。,1.I2C,通信介绍及特点,1.I2C,通信介绍及特点,1.I2C,通信介绍及特点,I2C,总线上数据的传输速率在标准模式下可达,100kbit/s,在快速模式下可达,400kbit/s,在高速模式下可达,3.4Mbit/s,。,2.I2C,通信原理,2.I2C,通信原理,I2C,的起始和结束条件：,起始条件：,在,SCL,线是高电平时,SDA,线从高电平向低电平切换这个情况表示起始条件。,停止条件,：当,SCL,是高电平时,SDA,线由低电平向高电平切换表示停止条件。,2.I2C,通信原理,2.I2C,通信原理,2.I2C,通信原理,2.I2C,通信原理,2.I2C,通信原理,谢谢！,