51单片机-串行口ppt课件.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,.,*,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,.,*,80C51,的串行口,.,CPU,存储器,CPU,I/O,设备,接口电路,对,CPU,和外部设备之间的,数据传送,进行协调,为什么需要,I/O,接口,11/23/2025,.,3,I/O,接口与,I/O,端口,CPU,通过端口地址就可以对端口中的数据进行读写。,I/O,端口：,I/O,接口：,常指,I/O,接口中,带有端口地址的寄存器或缓冲器,指,CPU,和外设之间的,I/O,接口芯片,关系：,一个外设通常有一个I/O,接口，,一个,I/O,接口可以有多个,I/O,端口。,数据口,命令口,状态口,可能不全有，但至少有一个,11/23/2025,.,8.1,计算机串行通信基础,随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。,计算机通信,是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换,。,通信有,并行通信,和,串行通信,两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。,.,计算机通信,是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换 。可以分为两大类：并行通信与串行通信。,并行通信,通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送,。,并行通信,控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。,.,串行通信,是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。,串行通信的特点,：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。,.,8.1.1,串行通信的基本概念,一、异步通信与同步通信,1,、异步通信,异步通信,是指通信的,发送与接收设备使用各自的时钟,控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。,.,异步通信是,以字符（构成的帧）为单位进行传输,，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即,字符之间是异步的,（字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系），但,同一字符内的各位是同步的,（各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍）。,.,异步通信的数据格式,：,异步通信的特点,：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加,2,3,位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。,.,2,、同步通信,同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即,保持位同步,关系，,也保持字符同步,关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。,外同步 自同步,.,面向字符的同步格式,：,此时，传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集（如,ASCII,码）中的字符所组成。图中,帧头为,1,个或,2,个同步字符,SYN,（,ASCII,码为,16H,）。,SOH,为序始,字符（,ASCII,码为,01H,），表示标题的开始，,标题,中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。,STX,为文始,字符（,ASCII,码为,02H,），表示传送的数据块开始。,数据块,是传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是,组终字符,ETB,（,ASCII,码为,17H,）或,文终字符,ETX,（,ASCII,码为,03H然后是,校验码,。,典型的面向字符的同步规程如,IBM,的二进制同步规程,BSC,。,.,面向位的同步格式,：,此时，将数据块看作数据流，并用序列,01111110,作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列,01111110,时引起的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现,5,个连续的,1,就插入一个附加的,0,；接收方则每检测到,5,个连续的,1,并且其后有一个,0,时，就删除该,0,。,典型的面向位的同步协议如,ISO,的高级数据链路控制规程,HDLC,和,IBM,的同步数据链路控制规程,SDLC,。,同步通信的特点,是以特定的位组合“,01111110”,作为帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂,。,.,二、串行通信的传输方向,1,、单工,单工,是指数据传输仅能沿,一个方向,，不能实现反向传输。,2,、半双工,半双工,是指数据传输可以沿,两个方向,，但需要分时进行。,3,、全双工,全双工,是指数据可以,同时进行双向,传输,。,单工,半双工 全双工,.,五、传输速率与传输距离,1,、传输速率,比特率,是,每秒钟传输二进制代码的位数,，单位是：位秒（,bps,）。如每秒钟传送,240,个字符，而每个字符格式包含,10,位,(1,个起始位、,1,个停止位、,8,个数据位,),，这时的比特率为：,10,位,240,个,/,秒,=2400 bps,波特率,表示,每秒钟调制信号变化的次数,，单位是：波特（,Baud,）。,波特率和比特率不总是相同的，,对于将数字信号,1,或,0,直接用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是相同的。,所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。,.,方式,0,、,1,、,2,、,3,的帧格式,一帧数据：,一个字符在异步传送中称为一帧数据,一帧数据由,4,部分组成：起始位、数据位、奇偶位、停止位,1/0,1/0,1/0,1/0,1/0,1/0,1/0,1/0,1/0,0,1,一帧数据,起始位,数据位,奇偶位,停止位,1,1/0,停止位,第,n,个字符,第,n+1,个字符,LSB,MSB,.,为逻辑“,0”,信号，占用一位，用来通知,接收设备，一个新的字符开始了,数据位：,5,8,位。数据的最低位在前，最高位在后。,紧跟在最高位之后，占用一位，奇偶校验时，根据协议置“,1”,或“,0”,为逻辑“,1”,信号，占用,1,位或,2,位，当接收端收到停止位时，表示一帧数据结束。,起始位：,奇偶位：,停止位：,0 0 0,移位寄存器方式（用于,I/O,扩展）,0 1 1 8,位,UART,，波特率可变,1 0 2 9,位,UART,，波特率为,fosc/32,或,fosc/64,1 1 3 9,位,UART,，波特率可变,51,串行口工作方式,.,方式,0,方式,1,方式,2,、,3,.,2,、波特率的设计,方式,0,的波特率是固定的：,波特率,=fosc/12,方式,2,波特率取决于,SMOD,波特率,=2,SMOD,/32T1,的溢出率,方式,2,波特率,=2,SMOD,/64 fosc,SMOD=0,时，波特率,=fosc/64,，,SMOD=1,时，波特率,=fosc/32,方式,1,、,3,波特率取决于,T1,的溢出率,SMOD=0,时，波特率,=T1,的溢出率,/32,，,SMOD=1,时，波特率,=T1,的溢出率,/16,上页,下页,回目录,.,定时器,1,作波特率发生器,T1,的溢出率,=1/T1,定时时间,K,为定时器,T1,的位数,K=13,（方式,0,）,K=16,（方式,1,）,K=8,（方式,2,、,3,）,T1,为计数器时：,T1,为定时器时：,T1,的溢出率,=fosc/12,（,2,K,-,初值）,工作于方式,1,、,3,时波特率：,波特率,=2,SMOD,/32T1,的溢出率,=2,SMOD,fosc/32 12,（,2,K,-,初值）,上页,下页,回目录,.,3,、传输距离与传输速率的关系,串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每,0.3m,（约,1,英尺）有,50PF,电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过,1000 bps,时，最大传输距离迅速下降，如,9600 bps,时最大距离下降到只有,76m,（约,250,英尺）。,.,8.2 80C51,的串行口,有两个物理上独立的接收、发送缓冲器,SBUF,，它们占用同一地址,99H,；接收器是双缓冲结构；发送缓冲器，因为发送时,CPU,是主动的，不会产生重叠错误。,8.2.1,80C51,串行口的结构,.,SCON,是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收,/,发送控制以及设置状态标志：,8.2.2,80C51,串行口的控制寄存器,SM0,和,SM1,为工作方式选择位，可选择四种工作方式：,.,SM2,，多机通信控制位,，主要用于方式,2,和方式,3,。当,接收机的,SM2=1,时可以利用收到的,RB8,来控制是否激活,RI,（,RB8,0,时不激活,RI,，收到的信息丢弃；,RB8,1,时收到的数据进入,SBUF,，并激活,RI,，进而在中断服务中将数据从,SBUF,读走）。,当,SM2=0,时，不论收到的,RB8,为,0,和,1,，均可以使收到的数据进入,SBUF,，并激活,RI,（即此时,RB8,不具有控制,RI,激活的功能）。通过控制,SM2,，可以实现多机通信。,在方式,0,时，,SM2,必须是,0,。在方式,1,时，若,SM2=1,，则只有接收到有效停止位时，,RI,才置,1,。,REN,，允许串行接收位,。由软件置,REN=1,，则启动串行口接收数据；若软件置,REN=0,，则禁止接收。,.,TB8,，在方式,2,或方式,3,中，是发送数据的第九位,，可以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧,/,数据帧的标志位。,在方式,0,和方式,1,中，该位未用。,RB8,，在方式,2,或方式,3,中，是接收到数据的第九位,，作为奇偶校验位或地址帧,/,数据帧的标志位。在方式,1,时，若,SM2=0,，则,RB8,是接收到的停止位。,.,TI,，发送中断标志位,。在方式,0,时，当串行发送第,8,位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使,TI,置,1,，向,CPU,发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清,0,，取消此中断申请。,RI,，接收中断标志位,。在方式,0,时，当串行接收第,8,位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使,RI,置,1,，向,CPU,发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清,0,，取消此中断申请。,.,串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器,1,、串行口控制和中断控制。具体步骤如下：,确定,T1,的工作方式,（编程,TMOD,寄存器）；,计算,T1,的初值,，装载,TH1,、,TL1,；,启动,T1,（,编程,TCON,中的,TR1,位）；,确定,串行口控制,（编程,SCON,寄存器）；,串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程,IE,、,IP,寄存器）。,.,PCON,中只有一位,SMOD,与串行口工作有关,：,SMOD,（,PCON.7,）波特率倍增位。在串行口方式,1,、方式,2,、方式,3,时，波特率与,SMOD,有关，当,SMOD=1,时，波特率提高一倍。复位时，,SMOD=0,。,.,8.3,单片机串行口应用举例,在计算机分布式测控系统中，经常要利用串行通信方式进行数据传输。,80C51,单片机的串行口为计算机间的通信提供了极为便利的条件。利用单片机的串行口还可以方便地扩展键盘和显示器，对于简单的应用非常便利。,.,8.3.1,单片机与单片机的通信,一、点对点的通信,1,、硬件连接,.,二、多机通信,1,、硬件连接,单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。,80C31,单片机的串行口方式,2,和方式,3,适于这种主从式的通信结构。当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。在实际的多机应用系统中，常采用,RS-485,串行标准总线进行数据传输。,.,2,、通信协议,所有从机的,SM2,位置,1,，处于接收地址帧状态。,主机发送一地址帧，其中,8,位是地址，第,9,位为地址,/,数据的区分标志，该位置,1表示该帧为地址帧。,所有从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机的地址比较。对于地址相符的从机，使自己的,SM2,位置,0,（以接收主机随后发来的数据帧），并把本站地址发回主机作为应答；对于地址不符的从机，仍保持,SM2=1,，对主机随后发来的数据帧不予理睬。,从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第,9,位（,TB8,）为,1,，作为从机数据传送结束的标志,。,.,主机接收数据时先判断数据接收标志（,RB8,），若,RB8=1,，表示数据传送结束，并比较此帧校验和，若正确则回送正确信号,00H,，此信号命令该从机复位（即重新等待地址帧）；若校验和出错，则发送,0FFH,，命令该从机重发数据。若接收帧的,RB8=0,，则存数据到缓冲区，并准备接收下帧信息。,主机收到从机应答地址后，确认地址是否相符，如果地址不符，发复位信号（数据帧中,TB8=1,）；如果地址相符，则清,TB8,，开始发送数据。,从机收到复位命令后回到监听地址状态（,SM2=1,）。否则开始接收数据和命令。,.,