第四章--串行口与串行通信(00).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,*,第四章 中断、定时与串口,串行口与串行通信,单片机原理与应用技术,教学课件,串行通信的基本特征是,数据,逐位顺序,进行传送,串行通信的格式及约定,（如：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平,等）,不同,，形成了多种串行通信的协议与接口标准。,常见的有：,通用异步收发器,(UART),本课程介绍的串口,通用串行总线,（,USB,）,I,2,C,总线,CAN,总线,SPI,总线,RS-485,，,RS-232C,，,RS422A,标准,等等,串行通信,单片机原理与应用技术,教学课件,数据通信的,几个术语：,并行,：数据各位,同时,进行传送,串行,：数据,逐位顺序,进行传送,数据通信的制式,单工,：数据仅按一个固定方向传送；,全双工,:(,串行通信,),收,/,发,可同时,进行,半双工,:(,串行通信,),收,/,发,不可,同时进行,同步方式,：以,数据块,为单位进行数据传送，包括,同步字符,、,数据块,和,校验字符,CRC,。,异步方式：,以,字符,为单位进行数据传送，每一个字符均,按固定的字符格式传送,，又被称为帧。,单片机原理与应用技术,教学课件,51,单片机的串行接口,SBUF,（,发）,SBUF,（,收）,发送控制器,TI,接收控制器,RI,移位寄存器,波特率发生器,T1,1,A,累加器,(,门,),移位寄存器,RxD,TxD,去申请中断,引脚,引脚,CPU,内部,单片机原理与应用技术,教学课件,串行口的结构,两个同名的,接收,/,发送缓冲寄存器,SBUF,指令,MOV SBUF,，,A,启动一次数据发送,可向,SBUF,再发送下一个数,指令,MOV A,，,SBUF,完成一次数据接收,SBUF,可再,接收下一个数,接收,/,发送数据,无论是否采用中断方式,工作,每接收,/,发送一个数据都必须用指,令对,RI/TI,清,0,，以备下一次收,/,发。,串行口相关的,SFR,(,SCON,PCON,),单片机原理与应用技术,教学课件,SM0 SM1,SM2,REN,TB8 RB8,TI R1,SCON,SM0,，,SM1,：,串行口,4,种工作方式的选择位。,0 0,方式,0,：,8,位移位寄存器,I/O,波特率,固定,为,f,osc,/12,0 1,方式,1,：,8,位,UART,（,1,+8+,1,位）,，,波特率,可变,按公式计算,1 0,方式,2,：,9,位,UART,（,1,+8+1+,1,位）,，,波特率,固定,=,f,osc,1/32,或,1/64,1 1,方式,3,：,9,位,UART,（,1,+8+1+,1,位）,，,波特率,可变,，按公式计算,SM2,：,串行口,多机通信,控制位,（作为方式,2,、方式,3,的,附加控制位,）,串行口控制寄存器,SCON,(98H),单片机原理与应用技术,教学课件,RI,TI,：,串行口收,/,发数据申请中断标志位,1,申请中断；,0,不申请中断,TB8,：,方式,2,、,3,中，是要,发送,的第,9,位数据。,多机通信中,TB8=0,表示发送的是数据；,TB8=1,表示发送的是地址。（或作为,奇偶校验,）,TB8,由软件置,“,1,”,或清,“,0,”,RB8,：,在方式,2,、,3,中，是,收到,的第,9,位数据。,在多机通信中,用作区别地址帧,/,数据帧的,标志。（或作为,奇偶校验,）,SM0 SM1,SM2,REN,TB8 RB8,TI R1,REN,：,串行口接收允许控制位,=1,表示允许接收；,=0,禁止接收。,SCON,单片机原理与应用技术,教学课件,SMOD,GF1 GF0,PD,1DL,电源控制寄存器,PCON,（,97H,）,P.123,特殊功能寄存器,PCON,不能按位寻址,SMOD,：,在串行口工作方式,1,、,2,、,3,中，,是,波特率加倍位,=1,时，波特率加倍,=0,时，波特率不加倍。,(,在,PCON,中只有这一个位与串口有关,),GF1,GF0,：,用户可自行定义使用的通用标志位,PCON,单片机原理与应用技术,教学课件,PD,：,掉电控制位,=0,：,常规方式。,=1,：,掉电方式,:,振荡器,停振,片内,RAM,和,SRF,不变,P0,P3,口维持原状,程序,停止,只有复位能退出掉电,IDL,：,待机控制位,=0,：,常规方式。,=1,：,待机方式：,振荡器,继续振荡,中断,定时器,串口,有效,片内,RAM,和,SRF,不变,CPU,状态,P0,P3,维持原状,程序,停顿,。,中断和复位能退出待机,继续后面的程序。,SMOD,GF1 GF0,PD 1DL,PCON,单片机原理与应用技术,教学课件,串行口工作方式,0,工作方式,0,：,8,位移位寄存器,I/O,方式,发送：,SBUF,中的串行,数据,由,RxD,逐位移出；,TxD,输出,移位时钟,，频率,=fosc1/12,；,每送出,8,位数据,TI,就自动置,1,；,需要用,软件清零,TI,。,接收：串行,数据,由,RxD,逐位移入,SBUF,中；,TxD,输出,移位时钟,，频率,=fosc1/12,；,每接收,8,位数据,RI,就自动置,1,；,需要用,软件清零,RI,。,单片机原理与应用技术,教学课件,经常配合,“,串入并出,”“,并入串出,”,移位,寄存器一起使用,扩展接口,。,方式,0,工作时，,多用查询方式编程,：,发送：,MOV SBUF,，,A,接收：,JNB RI,，,$,JNB TI,，,$,CLR RI,CLR TI,MOV A,SBUF,工作方式,0,：,8,位移位寄存器,I/O,方式,(,续,),复位时,SCON,已经被清零,缺省值,:,方式,0,。,接收前,务必先置位,REN=1,允许接收数据,。,单片机原理与应用技术,教学课件,特点,:,串行口做同步移位寄存器用,其波特率为,fosc/12.,在这种模式下,RXD(P3.0),做数据口,;TXD(P3.1),做移位脉冲输出端,.,在移位过程,中,先,移数据的,低位,.,注意,:,移位脉冲的频率就是模式,0,的波特率,.,串行口方式,0,的扩展应用,经常用到,模式,0,的主要功能,是,:,可以使用一个串行口来扩展出,8,位、,16,位等并行口,且理论上可以扩展,n*8,位的并行口,.,MCS-51,RXD,TXD,Data,外部移位寄存器,cp,移位脉冲,串行数据,并行的数据,(8,位,),串行口常用工作,方式,0,扩展出,并行,I/O,口,，,工作方式,1,、,2,、,3,则常用于,串行通信,74LS164,74LS164,是,串入并出,芯片；,74LS165,是,并入串出,芯片,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,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,VCC,TxD,RxD,51,单片机,单片机原理与应用技术,教学课件,共阳,LED,数码管,公共端,(,字位,),接高电平，,笔划,(,字段,),置为低电平,就被点亮了,比如要显示,“,0,”,须令,a b c d e f,为,“,0,”,电平，,g h,为,“,1,”,电平。,再,比如要显示,“,3,”,须令,a b c d g,为,“,0,”,电平，,e f h,为,“,1,”,电平。,共阳极,h g f e d c b a,a,b,c,d,g,e,f,h,h g f e d c b a,累加器,A,1 1 0 0 0 0 0 0,0C0H=,“,0,”,1 0 1 1 0 0 0 0,0B0H=,“,3,”,单片机原理与应用技术,教学课件,例：,利用串行口,工作方式,0,扩展出,8,位并行,I/O,口，驱动,共阳,LED,数码管显示,0,9,。,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,+5V,VCC,TxD,RxD,51,单片机,74LS164,共阳,LED,数码管,单片机原理与应用技术,教学课件,根据上图编写的通过串行口和,74LS164,驱动共阳,LED,数码管,(,查表,),显示,0-9,数字的子程序：,DSPLY:MOV DPTR,#TABLE,MOVC A,A+DPTR,MOV SBUF,A,JNB TI,$,CLR TI,RET,TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,DB 0B0H,99H,92H,DB 82H,0F8H,80H,90H,h g f e d c b a,累加器,A,1 1 0 0 0 0 0 0,0C0H=,“,0,”,1 0 1 1 0 0 0 0,0B0H=,“,3,”,共阳极,h g f e d c b a,a,b,c,d,g,e,f,h,单片机原理与应用技术,教学课件,常用于串行通讯。除发,/,收,8,位数据外，还,在,D0,位前有一个,起始位,“,0,”,；,在,D7,位后有一个,停止位,“,1,”,。,方式,1,工作时：,发送端,自动添加,一个起始位和一个停止位；,接收端,自动去掉,一个起始位和一个停止位。,工作方式,1,:,8,位,UART,(,1,+8+,1,位,),波特率,可变,波特率可变,用定时器,T1,作波特率发生器：,公式：,波特率,=,（,2,SMOD,/32,）,T1,的溢出率,波特率,(bps),:,波特率：每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比特数，单位为,b/s,，即位,/,秒。,单片机原理与应用技术,教学课件,方式,1,时序图,写入,SBUF,采样,（,a,）,发送时序图,TXD,数据输出,TI,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,D,7,停止位,起始位,RXD,输入数据,（,b,）,接收时序图,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,D,7,停止位,起始位,RI,检测,负跳变,波特率,=,(2,SMOD,/32),T1,的溢出率,溢出率：,T1,溢出的频繁程度,即：,T1,溢出一次所需时间的倒数。,初值,X,=,2,n,-,2,SMOD,fosc,32,波特率,12,波特率,=,2,SMOD,fosc,32,12(2,n,-,X,),其中：,X,是定时器初值,定时时间,=12/fosc,(2,n,-X),单片机原理与应用技术,教学课件,初值,X,=,2,n,-,2,SMOD,fosc,32,波特率,12,例,题目要求用,T1,工作于,方式,2,来产生波特率,1200,，,已知晶振频率,=,6MHz,。,要求出,T1,的,初值,：,初值,X,=,2,8,-,2,0,6,10,6,32,1200,12,=256,-,=256,-,13.02,6,10,6,460800,243=,0F3H,单片机原理与应用技术,教学课件,题目要求用,T1,工作于,方式,2,来产生波特率,1200,，,已知晶振频率,=,11.0592MHz,。,要求出,T1,的,初值,：,初值,X,=,2,8,-,2,0,11.0592,10,6,32,1200,12,=256,-,=256,-,24,11.0592,10,6,460800,=,232=,0E8H,结果后面要用到,单片机原理与应用技术,教学课件,表格有多种,晶振也不止一种,常用波特率和,T1,初值查表,串口,波特率,(,方式,1,3),fosc,(MHz),SMOD,位,(PCON,中,),定时器,T1,C/T,方式,初值,19200,11.0592,1,0,2,0FDH,9600,11.0592,0,0,2,0FDH,4800,11.0592,0,0,2,0FAH,2400,11.0592,0,0,2,0F4H,1200,11.0592,0,0,2,0E8H,600,11.0592,0,0,2,0D8H,单片机原理与应用技术,教学课件,SM0 SM1,SM2,REN,TB8 RB8,TI R1,SCON,SM0,，,SM1,：,串行口,4,种工作方式的选择位。,0 0,方式,0,：,8,位移位寄存器,I/O,波特率,固定,为,f,osc,/12,0 1,方式,1,：,8,位,UART,（,1,+8+,1,位）,，,波特率,可变,按公式计算,1 0,方式,2,：,9,位,UART,（,1,+8+1+,1,位）,，,波特率,固定,=,f,osc,1/32,或,1/64,1 1,方式,3,：,9,位,UART,（,1,+8+1+,1,位）,，,波特率,可变,，按公式计算,SM2,：,串行口,多机通信,控制位,（作为方式,2,、方式,3,的,附加控制位,）,串行口控制寄存器,SCON,(98H),单片机原理与应用技术,教学课件,RI,TI,：,串行口收,/,发数据申请中断标志位,1,申请中断；,0,不申请中断,TB8,：,方式,2,、,3,中，是要,发送,的第,9,位数据。,多机通信中,TB8=0,表示发送的是数据；,TB8=1,表示发送的是地址。（或作为,奇偶校验,）,TB8,由软件置,“,1,”,或清,“,0,”,RB8,：,在方式,2,、,3,中，是,收到,的第,9,位数据。,在多机通信中,用作区别地址帧,/,数据帧的,标志。（或作为,奇偶校验,）,SM0 SM1,SM2,REN,TB8 RB8,TI R1,REN,：,串行口接收允许控制位,=1,表示允许接收；,=0,禁止接收。,SCON,单片机原理与应用技术,教学课件,串行口工作方式,0,工作方式,0,：,8,位移位寄存器,I/O,方式,发送：,SBUF,中的串行,数据,由,RxD,逐位移出；,TxD,输出,移位时钟,，频率,=fosc1/12,；,每送出,8,位数据,TI,就自动置,1,；,需要用,软件清零,TI,。,接收：串行,数据,由,RxD,逐位移入,SBUF,中；,TxD,输出,移位时钟,，频率,=fosc1/12,；,每接收,8,位数据,RI,就自动置,1,；,需要用,软件清零,RI,。,单片机原理与应用技术,教学课件,74LS164,是,串入并出,芯片；,74LS165,是,并入串出,芯片,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,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,VCC,TxD,RxD,51,单片机,单片机原理与应用技术,教学课件,常用于串行通讯。除发,/,收,8,位数据外，还,在,D0,位前有一个,起始位,“,0,”,；,在,D7,位后有一个,停止位,“,1,”,。,方式,1,工作时：,发送端,自动添加,一个起始位和一个停止位；,接收端,自动去掉,一个起始位和一个停止位。,工作方式,1,:,8,位,UART,(,1,+8+,1,位,),波特率,可变,波特率可变,用定时器,T1,作波特率发生器：,公式：,波特率,=,（,2,SMOD,/32,）,T1,的溢出率,波特率,(bps),:,波特率：每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比特数，单位为,b/s,，即位,/,秒。,单片机原理与应用技术,教学课件,波特率,=,(2,SMOD,/32),T1,的溢出率,初值,X,=,2,n,-,2,SMOD,fosc,32,波特率,12,单片机原理与应用技术,教学课件,RxD,引脚为,接收端,，,TxD,引脚为,发送,端,由波特率,发生器,T1,控制发送速度,不同于方式,0,：收,/,发都,需要由,TxD,送出移位时钟,。,T1,作波特率发生器时,初始化包括,:,选,定时器,工作方式,2,(TMOD,选,8,位自动重装,);,将计算,(,或查表,),出的,初值,X,赋给,TH1,TL1,;,启动,T1,(,SETB TR1,);,对,T1,不要开中断,!,工作方式,1,的接收,/,发送,串行口的初始化包括,:,对,SCON,选工作方式,对,PCON,设,波特率加倍位,“,SMOD,”,(,缺省值,=0),如果是接收数据,仍要先置,“,1,”,REN,位,单片机原理与应用技术,教学课件,由于波特率固定,一般用于,单片机间,通讯。,数据由,8+,1,位组成，通常附加的一位,(TB8/RB8),用于,“,奇偶校验,”,。,工作方式,2,:,9,位,UART,(,1,+8+1+,1,位,),两种,波特率,方式,2,的波特率,=,fosc,2,SMOD,/64,即,:,f,osc,1/32,或,f,osc,1/64,两种,此工作方式与其他串行通讯设备连接困难,，,因此不常用,。,单片机原理与应用技术,教学课件,方式,2/3,时序图,发送时序,写入,SBUF,TXD,输出,TI,RXD,输入,接收时序,RI,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,TB,8,停止位,起始位,D,7,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,RB,8,停止位,起始位,D,7,检测,负跳变,奇偶校验,是检验串行通信双方传输的数据正确与否的,一个措施,，,并不能保证通信数据的传输一定正确,。,换言之：如果,奇偶校验发生错误，表明数据传输一定出错了；如果奇偶校验没有出错，,绝不等于,数据传输完全正确。,奇校验：,8,位,有效数据连同,1,位,附加位中，,二进制,“,1,”,的个数,为,奇数,偶校验：,8,位,有效数据连同,1,位,附加位中，,二进制,“,1,”,的个数,为,偶数,单片机原理与应用技术,教学课件,约定,接收,采用,奇校验,若接收到的,9,位,数据中,“,1,”,的个数为奇数，,则表明接收,正确,，取出,8,位有效数据即可；,若接收到的,9,位,数据中,“,1,”,的个数为,偶数,，,则表明接收,出错,！应当进行,出错处理,。,约定,发送,采用,奇校验,若,发送,的,8,位有效数据中,“,1,”,的个数为,偶数,，,则要,人为添加,一个附加位,“,1,”,一起发送；,若,发送,的,8,位有效数据中,“,1,”,的个数为,奇数,，,则要,人为添加,一个附加位,“,0,”,一起发送。,采用,偶校验,时，处理方法与,奇校验,相反,单片机原理与应用技术,教学课件,回顾：,程序状态字寄存器,PSW,中有一个,奇偶状态位,P,CY,AC,F0,RS0,OV,P,RS1,PSW.7,PSW.0,P,(PSW.0):,奇偶状态位。,P=1,表示目前累加器中,“,1,”,的个数为,奇数,P=0,表示目前累加器中,“,1,”,的个数为,偶数,CPU,随时监视着,Acc,的,“,1,”,的个数,并自动反映在,P,工作方式,2,的,奇偶校验用法,单片机原理与应用技术,教学课件,选用,偶校验,方式,发送,如果,A,中的数的,1,的个数是奇数（,P=1,），,将,TB8,写成,“,1,”,一起发出去；,反之：若（,P=0,）,则写,TB8=,“,0,”,发出去。,选用,偶校验,方式,接收,若收到的数中,P=0,且检查到,RB8=0,就可能对了,若收到的数中,P=1,且检查到,RB8=1,就可能对了,若,P=0,且,RB8=1,或,P=1,且,RB8=0,就一定出错了,！,串口方式,2,的,奇偶校验用法：,SM0 SM1 SM2 REN,TB8 RB8,TI R1,SCON,串行口控制寄存器,SCON,TB8 RB8,单片机原理与应用技术,教学课件,模式,2,、,3,带,奇偶校验位,的数据传送，,必须令,SM2=0,。,当接收到数据后，用指令对,PSW.0,位进行判断。将此结果与,RB8,中的数据进行,“,异或,”,，看结果是否与约定的相符合。,工作方式,3,:,当,SM0,SM1,为,11,时,串行口工作于方式,3,9,位,UART,(,1,+8+1+,1,位,),波特率可变,串口方式,3,和方式,2,唯一的区别是波特率机制不同,。,方式,2,的波特率固定为时钟周期的,32,或,64,分频，不可变。此工作方式与其他串行通讯设备连接困难,，因此不常用,。,方式,3,的,波特率可变，按前面的公式计算：,波特率,=,(2,SMOD,/32),T1,的溢出率,波特率,=,2,SMOD,fosc,32,12(2,n,-,X,),其中：,X,是定时器初值,单片机原理与应用技术,教学课件,串行口工作方式的应用,1,、方式,0,的应用,2,、双机通信,两台单片机通信，如果距离,较近,，接口只需,“,发送线,TXD,、,接收线,RXD,和,地线,”,三根线,即可,。,若距离,较远,，需使用标准接口电路，如：,RS232,、,RS422,、,RS485,等,8051,8051,RXD,TXD,RXD,TXD,信号地,ORG 0050H,MOV SCON,#80H,MOV PCON,#00H,MOV R0,#30H,MOV R3,#10H,XHA:MOV A,R0,MOV C,P,MOV TB8,C,MOV SBUF,A,LOOP:,JBC,TI,ZZ1,AJMP LOOP,ZZ1:INC R0,DJNZ R3,XHA,END,例,：,将甲单片机片内,RAM,中的,30,3FH,中的,16,个数据发送给乙单片机，串口工作在方式,2,，波特率固定，,TB8,作为奇偶校验位，采用偶校验,单片机原理与应用技术,教学课件,ORG 0050H,MOV SCON,#90H,MOV PCON,#00H,MOV R0,#30H,MOV R3,#10H,LOOP:,JBC,RI,JSH,AJMP LOOP,JSH:MOV A,SBUF,JB PSW.0,OHT,JB RB8,ERR,AJMP RTH,OTH:JNB RB8,ERR,RTH:MOV,R0,A,INC R0,DJNZ R3,LOOP,JS1:AJMP JS1,ERR:,乙单片机 接收甲单片机发送的,16,个数据并保存到片,内,RAM 30,3FH,中。串口工作在方式,2,，波特率固定，核对奇偶校验位，如果数据有错，转出错处理程序。,单片机原理与应用技术,教学课件,单片机串口线能和个人电脑,直接通信吗？,RS-232C,总线标准与接口电路,EIA RS-232C,是,异步串行通信,中应用最广泛的标准总线，是美国,EIA,（,Electronic Industries Association,，,电子工业联合会）开发公布的通信协议。适合于数据传输速率在,0,20kb/s,范围内的通信，包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。,在微机通信接口中被广泛采用。,1.,电气特性,由于,RS-232-C,接收器和发送器之间有公共信号地，不可能使用双端信号（差分信号），这样，共模噪声就会耦合到系统中。,为了可靠传输信号，不得不增大信号幅度，采用,负逻辑,：,低,电平在,-5V,-15V,之间为逻辑,“,1”,高,电平在,+5V,+15V,之间为逻辑,“,0”,（,1,）,采取不平衡传输方式，是为,点对点,（即只用一对收、发设备）通信而设计的；,（,2,）采用,负逻辑,。,（,3,）适用于传送距离,不大于,15m,，,速度,不高于,20kb/s,的本地设备之间通信的场合。,15m,以上的距离，需采用调制解调器（,Modem,）实现远程通信。,2.DB-9,连接器,DB-9,连接器只提供异步通信的,9,个信号，其外形及信号线分配如图右所示。,3.RS-232C,的接口信号,RS-232C,标准接口常用的有如下几条：,DSR,：,数据装置准备好；,DTR,：,数据终端准备好；,RTS,：,请求发送；,CTS,：,允许发送；,DCD,：,接收线信号检出；,RI,：,振铃指示；,TXD,：,发送数据；,RXD,：,接收数据；,SGND,（,信号地）,PGND,（,保护地）。,4,电平转换,RS-232C,采用,负逻辑,，为了能够同,计算机接口,或,终端的,TTL,器件,连接，必须在,RS-232C,与,TTL,电路之间进行,电平和逻辑关系,的变换。,常用的转换器件有：,MAX232,（,完成,TTL,到,EIA,的双向电平转换,）,。,（,2,）,MAX232,MAX232,芯片是,Maxim,公司生产的低功耗、单电源、,双,RS-232,发送,/,接收器,，可实现,TTL,到,EIA,的双向电平转换。,MAX232,芯片内部有一个电荷泵，可以把,5V,电源变换成,10V,电压，所以采用此芯片的串行通信系统,只需要单一的,5V,电源,就可以。,MAX232,外围的,4,个电解电容,Cl,、,C2,、,C3,、,C4,是内部电源转换所需电容，其取值均为,1,F/25V,，,C5,为,0.1,F,的,去耦电容,。,MAX232,的引脚,T1IN,T2IN,R1OUT,R2OUT,为接,TTL/CMOS,电平,的引脚，引脚,T1OUT,T2OUT,R1IN,R2IN,为接,RS-232C,电平,的引脚。,