《单片机原理及应用》2010-第8章-串行接口与应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微机原理,串行接口与应用,单片机原理及应用,第,8,章 串行接口与应用,佘勇 办公：科教楼,110,课件密码：kys2006,Tel:[phone],Email:sy,本节教学内容重点,内容：,串行通信的基本概念,51,单片机的串行口结构与寄存器结构,4,种工作方式的收发原理和波特率计算,多机通信,重点：,串行口结构,波特率计算,方式,1,、,3,的收发原理,难点：,方式,1,、,3,的收发原理与多机通信,8.1,串行通信的基本,知识,通信方式,并行通信,：,一个信息单元的所有位被同时传送,；特点：通信速度快，传输线数目多，仅适用于近距离通信,串行通信,：,一个信息单元的各位被逐位按顺序传送,；特点：通信速度慢，传输线数目少，适用于长距离通信,串行通信的传送方向,单工：仅能单向传送,半双工：分时双向传送,全双工：同时双向传送,串行通信的基本通信方式,异步通信,异步串行通信以字符作为传送的单位，字符可以随机出现在数据流中，,字符与字符之间,没有严格的定时要求，,是异步的,，但是,字符内部位与位之间,有严格而精准的定时，,是同步的,传送速度较慢，但传输距离较长,同步通信,同步串行通信是以数据块（字符块）为传送单位的，每帧信息包含成百上千个字符，,字符与字符之间是同步的，字符的位与位之间也是同步的,数据块前必须有同步字符，有时甚至要求收发双方用同一个时钟源来控制发送和接收,传送速度较异步快，但硬件复杂，传输距离较短,同步通信与异步通信的数据格式,异步串行通信数据格式,同步串行通信数据格式,异步通信的帧数据格式,特点和格式,在异步通信中，为了使收发双方在随机传送的字符和字符间实现同步，需要在字符数据格式中设置起始位（,1,个,0,）和停止位（,1,个或几个,1,）,接收端在检测到起始位时，开始接收字符，检测到停止位时，字符结束,起止式异步通信的帧数据格式由,4,个部分构成：,1,位,起始位,，,5,8,位,数据位,（低位在前，高位在后），,1,位,校验位,（可能没有），,1,位或,1.5,位或,2,位,停止位,停止位后，下一个字符的起始位前是空闲位（逻辑高电平）,异步通信的数据帧格式示意图,在,51,单片机串行口的,11,位（数据,9,位）传送方式中，,D8,可以作为奇偶校验位，或在多机通信中为地址,/,数,据帧标志，,1,：地址帧，,0,：数据帧,波特率,：单位时间内传送的二进制位数,8.2 MCS-51,单片机的串行口的结构和工作方式,MCS-51,单片机串行口,可编程、全双工,串行口核心,UART,通用异步接收,/,发送器,MCS-51,单片机可以利用串行接口与其它计算机或串行外围设备进行,双机或多机,通信,串行口有,4,种工作方式,串行口结构,串行口的硬件结构,（,UART,）,硬件组成：发送数据缓冲器、发送控制器、接收数据缓冲器、接收控制器、输入移位寄存器及附加电路等,波特率发生器：可编程设定为定时器,/,计数器,T1,或,T2,（计数溢出信号）,串行口的寄存器,发送,/,接收数据缓冲器：,SBUF,串行口控制寄存器：,SCON,电源控制寄存器：,PCON,上页,下页,1,、数据缓冲器,SBUF,包括物理上独立的发送缓冲器、接收缓冲器,发送缓冲器：只能写入不能读出,接收缓冲器：只能读出不能写入,二者共用一个地址,99H,2,、串行口控制寄存器,字节地址为,98H,，,可位寻址，位地址为,98H,9FH,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON(98H),D7,D0,串行口关联寄存器,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON(98H),D7,D0,SM0,、,SM1,：,串行口工作方式选择位,，如下表所示,0 0 0,移位寄存器方式（用于,I/O,扩展）,0 1 1 8,位,UART,，,波特率由定时器提供,1 0 2 9,位,UART,，,波特率为,fosc/32,或,fosc/64,1 1 3 9,位,UART,，,波特率,由定时器提供,SM0 SM1,方式,功 能,表,串行口工作方式,允许接收控制位。,由软件置“,1”,时，允许接收，,置“,0”,时，禁止接收,REN,上页,下页,TB8：,在,方式,2,和方式,3,中要发送的第,9,位数据，需要时由软件置位或复位,RB8：,在,方式,2,和方式,3,中要接收的第,9,位数据，在方式,1,时，如,SM2=0,，,RB8,是接收到的停止位。在方式,0,中，不使用,RB8,TI：,发送中断标志,。在方式,0,串行发送第,8,位结束时由硬件置“,1”,，或在其他方式中串行发送停止位的开始时置“,1”,，必须由软件清“,0”,RI：,接收中断标志。,在方式,0,串行接收第,8,位结束时由硬件置“,1”,，或在其他方式中串行接收停止位的开始时置“,1”,，必须由软件清“,0”,上页,下页,SM2,控制位的作用,方式,0,：,必须,SM2=0,方式,1,：,当,SM2=1,时，接收器必须接收到有效停止位才能置,RI=1,，接收数据装入,SBUF,；如果停止位为,0,，则接收数据丢失,当,SM2=0,时，,RB8,是接收到的停止位，置,RI=1,，接收数据装入,SBUF,方式,2,、,3,：,SM2,为多机通信控制位,当,SM2=1,，接收到的数据帧第,9,位为,=1,时，硬件才能置,RI=1,，如果为,0,，接收数据将丢失,当,SM2=0,，不论接收到的数据帧第,9,位为,0,为,1,，,RI=1,，数据被正常接收,多机通信,方式,2,、,3,可以用于双机通信和多机通信,双机通信：,置,SM2=0,，保证可靠接收,多机通信：,1.,主机发送的地址帧第,9,位为,1,，数据第,9,位为,0,2.,从机接收地址帧时，,SM2=1,；接收数据帧时，,SM2=0,多机通信实例（工作流程见下页图）：,8051,主机,TxD,RxD,8051,从机,0,RxD,TxD,8051,从机,1,RxD,TxD,8051,从机,2,RxD,TxD,SM2=0,SM2,在不同工作方式中的作用,SM2=1,SM2=0,方式,0,无效状态,必须设置,方式,1,接收到停止位后,RI=1,无论是否收到停止位，只要数据接收完毕，,RI=1,方式,2,、,3,接收到,RB8=1,时，,RI=1,无论接收到的,RB8,是,1,是,0,，,RI=1,3,、特殊功能寄存器,PCON,其,字节地址,87H,，,没有位寻址功能。,PCON（87H）,SMOD,SMOD,：,波特率选择位。,SMOD=1,时，波特率加倍,上页,下页,波特率,的计算,方式,0,的波特率计算：,BPS,f,OSC,12,方式,2,的波特率计算：,BPS,2,SMOD,f,OSC,64,方式,1,、,3,的波特率计算（波特率时钟由,T1,提供）：,BPS,(2,SMOD,/32),(f,OSC,(12(256,TH1),定时器,T1,的溢出率,串行口的波特率产生器,波特率计算实例,现要求串行口工作于方式,3,，由定时器,T1,提供波特率时钟，波特率为,1200bps,（,bit per second,），设,fOSC,=11.059MHz,，,SMOD,位为,0,，定时器,T1,工作于方式,2,，请计算计数器初值,BPS,(2,SMOD,/32),(f,OSC,(12(256,TH1),即：,1200=(2,0,/32),(,f,OSC,/(12,(,256-TH1,),),),1200=11.059,10,6,/(32,12(256-TH1),256-TH1=110590/(321212),256-TH124,TH1=256-24=232=0E8H,常见波特率,工作方式,0,同步移位寄存器方式,SM0=0,，,SM1=0,数据从,RXD,引脚上发送或接收，每帧数据,8,位，低位在前，高位在后，,TXD,引脚给出移位同步脉冲,波特率固定：,f,OSC,/12,SM2,必须为,0,启动条件,发送：,T,I=0,时，指令“,MOV SBUF,，,A”,的执行引起的“写入,SBUF”,信号,接收：,RI=0,时，,REN=1,8051,RXD,TXD,74LS164,3,4,5,6,10,11,12,13,数据输出,移位脉冲,一个数据写入,SBUF,，,串口将数据从,RXD,输出（波特率,fosc/12,），,TXD,输出同步移位信号，发送完,TI,置,1,D7 D0,上页,下页,方式,0,扩展,I/O,口硬件逻辑图,方式,0,发送,REN,置,1,，串口将数据从,RXD,输入（波特率,fosc/12,），,TXD,输出同步移位信号，发送完,RI,置,1,8051,RXD,TXD,74LS165,3,4,5,6,14,11,12,13,数据输入,移位脉冲,D7 D0,上页,下页,方式,0,扩展,I/O,口硬件逻辑图,方式,0,接收,串行口方式,0,发送接收时序图,发送,接收,串行口方式,0,发送接收,过程,发送：,1,、执行“,MOV SBUF,，,A”,开始发送,2,、检测等待,TI=1,，等待发送完成,3,、软件清除,TI,，转向,1,步,接收：,1,、软件置,REN=1,，,RI,清,0,2,、等待,RI=1,3,、当,RI=1,时，执行“,MOV A,，,SBUF”,读入数据,4,、软件清除,RI,，转向,2,步,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,VCC,TxD,RxD,89C51,单片机,74LS164,74LS164,74LS164,h g f e d c b a,h g f e d c b a,+5V,共阳,LED,数码管,UART,方式,0,扩展的,LED,显示系统,例,8-3,程序：,ORG 0000H,MOV R7,#,8,MOV SCON,#00H,DISP1:MOV A,R,7,MOV DPTR,#TAB,MOVC A,A+DPTR,MOV SBUF,A,JNB TI,$,CLR TI,DJNZ R7,DISP1,SJMP$,工作方式,1,10,位异步方式,SM0=0,，,SM1=1,（,8,位,UART,方式）,数据帧,10,位（,1,起始位,+8,数据位,+1,停止位）,RXD,为接收端，,TXD,为发送端,波特率可变：由定时器,T1,或,T2,的溢出速率和,SMOD,位决定,如果,SM2=1,，则必须接收到有效停止位，否则，数据将丢失,启动条件,发送：,T,I=0,时，指令“,MOV SBUF,，,A”,的执行引起的“写入,SBUF”,信号,接收：,RI=0,时，,REN=1,串行口方式,1,发送接收时序图,发送,接收,SM2,对方式,1,接收的影响,在方式,1,接收时，当,8,位数据和停止位全部移入后,如果,RI=0,，,SM2=0,，,8,位数据装入,SBUF,，停止位装入,RB8,如果,RI=0,，,SM2=1,，如果停止位,=1,，,8,位数据装入,SBUF,，停止位装入,RB8,如果,RI=0,，,SM2=1,，如果停止位,=0,，数据丢失,如果,RI=1,，则不论何种情况，数据都丢失,串行口方式,1,发送接收,过程,发送：,1,、执行“,MOV SBUF,，,A”,开始发送,2,、检测等待,TI=1,，等待发送完成,3,、软件清除,TI,，转向,1,步,接收：,1,、软件置,REN=1,，,RI,清,0,，如果要求停止位可靠接收，,SM2=1,，否则，,SM2=0,2,、等待,RI=1,3,、当,RI=1,时，执行“,MOV A,，,SBUF”,读入数据,4,、软件清除,RI,，转向,2,步,例,8-7,甲机中断方式,ORG 0000H,JMP MAIN,ORG 0023H,JMP TRAN,MAIN:MOV SCON,#01100000B,ORL PCON,#80H,MOV TMOD,#20H,MOV TH1,#-26,SETB TR1,MOV R2,#12,MOV DPTR,#2000H,SETB ES,SETB EA,SETB TI,JMP$,TRAN:CLR TI,MOVX A,DPTR,MOV SBUF,A,INC DPTR,DJNZ R2,EXT,CLR EA,EXT:RETI,END,例,8-7,乙机中断方式,ORG 0000H,JMP MAIN,ORG 0023H,JMP RECV,MAIN:MOV SCON,#01101000B,ORL PCON,#80H,MOV TMOD,#20H,MOV TH1,#-26,SETB TR1,MOV R2,#12,MOV R0,#40H,SETB ES,SETB EA,JMP$,RECV:CLR RI,MOV A,SBUF,MOVX R0,A,INC R0,DJNZ R2,EXT,CLR EA,EXT:RETI,END,工作方式,2,、,3,11,位异步方式,方式,2,（,SM0=1,，,SM1=0,），方式,3,（,SM0=1,，,SM1=1,），,（,9,位,UART,方式）,数据帧,11,位（,1,起始位,+9,数据位,+1,停止位）,RXD,为接收端，,TXD,为发送端,方式,2,波特率固定：,f,OSC,/32,（,SMOD=1,）或,f,OSC,/64,（,SMOD=0,）,方式,3,波特率可变，由定时器,T1,或,T2,的溢出速率和,SMOD,位决定,如果,SM2=1,，则接收到的第,9,位数据必须为,1,，数据才能正常接收，否则，数据将丢失,串行口方式,2,、,3,发送接收时序图,发送,接收,串行口方式,2,、,3,发送接收,过程,发送：,1,、置位,TB8,为待发送第,9,位数据位,2,、执行“,MOV SBUF,，,A”,开始发送,3,、检测等待,TI=1,4,、软件清除,TI,，转向,1,步,接收：,1,、软件置,REN=1,，,RI,清,0,，如果要求接收地址帧，,SM2=1,，如果要求接收数据帧，,SM2=0,2,、等待,RI=1,（在,SM2=1,时，收到的第,9,位必须为,1,）,3,、当,RI=1,时，执行“,MOV A,，,SBUF”,读入数据,4,、软件清除,RI,，转向,2,步,多机通信,方式,2,、,3,可以用于双机通信和多机通信,双机通信：,置,SM2=0,，保证可靠接收,多机通信：,1.,主机发送的地址帧第,9,位为,1,，数据第,9,位为,0,2.,从机接收地址帧时，,SM2=1,；接收数据帧时，,SM2=0,多机通信实例（工作流程见下页图）：,8051,主机,TxD,RxD,8051,从机,0,RxD,TxD,8051,从机,1,RxD,TxD,8051,从机,2,RxD,TxD,SM2=0,多机通信工作流程,置,TB8=1,，装载,从机地址进,A,，发送,软件清,TI=0,TI=1,？,置,TB8=0,，装载,待传数据进,A,，发送,软件清,TI=0,TI=1,？,各从机置,REN=1,，,RI=0,，,SM2=1,准备接收从机地址,RI=1,？,软件清,RI=0,，执行,“,MOV A,，,SBUF”,读入地址帧,是本机地址？,置,SM2=0,，,准备接收数据帧,Yes,Yes,No,No,Yes,No,No,Yes,从机流程,主机,流程,串行接口标准,EIA RS-232C,EIA-RS-232C,由,EIA,和,BELL,于,1969,年发布,该通信协议定义了一个,25,脚的接口标准，适用于数据传输速率为,0,20000b/s,的通信,RS-232C,标准最初是为,DTE,和,DCE,制定的，它的发送和接收是在,DTE,的立场上来说的,计算机的异步串行通信是借助于,RS-232C,协议,数据终端设备,DTE,数据源和目的地,数据通信设备,DCE,使数据符合线路要求,RS232,接口连接器规范,EIA-RS-232C,标准的信号线,RS-232C,信号线的定义,：,RS-232C,标准规定了在串行通信时，,DTE,和,DCE,之间的接口信号,RTS,：,DTE,用此信号有效向,DCE,请求发送数据,CTS,：,DCE,送给,DTE,的,RTS,的响应信号，表示,DCE,可以接收,DTE,的发送数据,RTS/CTS,作用,：,半双工,MODEM,系统中，作为发送方式和接收方式之间的切换,全双工,MODEM,系统中，用作硬件流控制信号，调节,DTE,和,DCE,之间的发送数据流密度,RI,：,振铃信号，通知,DTE,已被呼叫,DCD,：,数据载波检测信号，通知,DTE,，,DCE,已与,远端,DCE,建立载波，准备接收数据,DSR,：,DCE,就绪信号，表示,DCE,可用,DTR,：,DTE,就绪信号，表示,DTE,可用,TxD,：,发送数据,RxD,：,接收数据,图,利用,MODEM,和电话线进行通信时,RS-232C,的连接,公用电话线或专用电话线,使用公用电话线时连接,RS-232C,的最简单连接,RS-232C,标准的电气特性,在,TxD,和,RxD,线上的逻辑电平,1,（,Mark,）：,-3,-15V,0,（,Space,）：,+3,+15V,在,RTS,、,CTS,、,DCD,、,RI,、,DSR,、,DTR,上,信号有效（,On,状态）：,+3,+15V,信号无效（,Off,状态）：,-3,-15V,RS-232C,与,TTL,逻辑转换,RS-232C,用正负电压表示逻辑状态，,TTL,用高低电平表示逻辑状态，当,RS-232C,接口与,TTL,器件相连时，必须进行电平与逻辑关系的转换,MC1489,、,SN75154,实现,EIA,电平到,TTL,电平的转换，,MC1488,、,SN75150,实现,TTL,电平到,EIA,电平的转换，,MAX232,可完成,EIA,和,TTL,的双向转换,单片机串行口与,PC COM,口的连接,MCS-51,单片机,MAX232,PC,机,COM,口（,RS-232C,）,RxD,TxD,T1,IN,R1,OUT,T1,OUT,R1,IN,RxD,TxD,TTL,规范,RS-,232,规范,