上位机PC与单片机通信

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1、8-1 8-1 串行通信基础知识串行通信基础知识 8-2 8-2 串行口及控制寄存器串行口及控制寄存器 8-3 8-3 串行通信工作方式串行通信工作方式 8-4 8-4 串行口的应用串行口的应用 第第8 8章章 串行数据通串行数据通 信信 8-1 8-1 串行通信基础知串行通信基础知 识识 一、串行通信基本原理： 并行 数据传送 同步 串行 异步（用于单片 机中） 并 行 数 据 传 送串 行 数 据 传 送 原 理各数据位同时传送数据位按位顺序进行 优 点传送速度快、效率高最少只需一根传输线即可完成：成本低 缺 点数据位数传输线根数：成本高速度慢 应 用传送距离30米，用于计算机内部几米几千

2、公里，用于计算机与外设之间 异步通信的双方需要两项约定： 1.字符格式： 一帧字符位数的规定：数据位，校验位，起始位和停止位。 2.波特率(位/秒)和传送速率的规定： 例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。 解： B=12010=1200波特 每位0.83ms 数据位传送输率=1208=960位/秒 (二)同步通信： 以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开始 用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。 二、串行通信的基本方式： (一)异步通信： 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字 符，间隔不固定，只需字符传送时同步即可。 异步通讯常用格式：

3、一个字符帧 D0D1D2D3D4D5D6D7停止位 起始位 三、串行接口功能 ： （1）发送器：并串数据格式转换，添加标识位和校验位， 一帧发送结束，设置结束标志，申请中断。 （2）接收器：串并数据格式转换，检查错误，去掉标识位 ，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。 （3）控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同 步/异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与同步时钟比 例等。 四、串行数据传送方向： 1、单工通讯：数据单向传送。（1条数据线，单向） 2、半双工通讯：数据可分时双向传送。（2条数据线，双向） 3、全双工通讯：可同时进行发送和接收。 （1条或2条数据线，双向） 发

4、送器接收器 地线 数据线 发送接 收器 接收发 送器 地线 数据线 发送接 收器 接收发 送器 地线 数据线 五、异步串行通信的信号形式 ： 1、远距离直接传输数字信号，信号会发生畸变，因此 要把数字信号转变为模拟信号再进行传送。可利用光缆 、专用通信电缆或电话线。 方法：通常使用频率调制法（频带传送方式）。 通常： “1”：1270Hz或2225Hz； “0”：1070Hz或2025Hz。 2、因通信时（有干扰）信号要衰减，所以常采 用RS232电平负逻辑，拉开“0”和“1”的电压档次， 以免信息出错： RS232负逻辑（EIA电平）： “0”：+3V+25V； “1”： -3V -25V。

5、 最大传输信息的长度为15米。 TTL正逻辑： “0”： 0 2.4V； “1”： 3.6V+5V； 高阻：2.4V3.6V。 TTL电平直接传输距 离一般不超过1.5米。 RS232负逻辑： “0”：+5V+15V； “1”： -5V -15V。 最大传输信息的长度为15米。 RS-232C (电平转换芯片为MAX232) RS-422 RS-485 8-28-2 串行口及控制寄串行口及控制寄 存器存器 串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0) 数据格式：按不同方式，一帧数据位数 8/10/11 发送/接收时，数据皆低位在前。 一帧字符发送/接收结束，置位标志位(TI/

6、RI)， 并申请串行中断。 中断控制：中断允许位ES、总允许EA； 中断入口：0023H。 D0D1D2D3D4D5D6D7停止位 起始位 D0D1D2D3D4D5D6D7 D0D1D2D3D4D5D6D8 停止位 起始位 D7 1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。 8-2-1 MCS-51串行接口 一、串行接口控制： 1.数据缓冲器SBUF： 发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。 1）发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同时 启动发送。发送指令： MOVSBUF，A 2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。 读取串行口接收数据指令： MOV A，S

7、BUF 2.节电控制寄存器PCON： SMOD（PCON.7）：波特率加倍控制位。 SMOD=1，波特率加倍； SMOD=0，则不加倍。 SM0、SM1：选择串行口4种工作方式。 SM2：多机控制位，用于多机通讯。 REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收； REN=0，禁止接收。 TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位。 RB8：接收的第9位数据位或停止位。 TI ：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零； RI ：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零。 3.串行口控制/状态寄存器SCON(98H)： 请见P229！ 8-3 8-3 串行通信

8、工作方串行通信工作方 式式 （1）方式0：同步移位寄存器方式 用于扩展并行I/O接口。 1. 一帧8位，无起始位和停止位。 2. RXD：数据输入/输出端。 TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。 3. 波特率Bfosc/12 如：fosc12MHz，B1MHz，每位数据占1s。 4. 发送过程：写入SBUF，启动发送， 一帧发送结束，TI1。 接收过程：REN=1且RI=0，启动接收， 一帧接收完毕，RI1。 SM0、SM1选择四种工作方式。 发送时序 写入 SBUF RXD输出 TXD TI D0D1D2 D3D4 D5D6D7 写REN=1 RI=0 RXD输入 RI 接收时序

9、 (a) (b) 时序图：时序图： (2) 方式1：8位数据异步通讯方式 1. 一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 2. RXD：接收数据端。 TXD：发送数据端。 3.波特率：用T1作为波特率发生器， B=(2SMOD/32)T1溢出率。 4.发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。 接收完一帧，若RI=0且停止位为1 (或SM2=0)，将接 收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使RI=1； 否则丢弃接收数据，不置位RI。 当REN=1，CPU开始采样RXD引脚负跳变信号，若出现负跳变 ，才进入数据接收状态，先检测

10、起始位，若第一位为0，继续接 收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳变。 数据采样速率为波特率16倍频，在数据位中间，用第7、8、 9个脉冲采样3次数据位，并3中取2保留采样值。 写入 SBUF 采样 （a） 发送时序图 TXD 数据输出 TI D0D1D2D3D4D5D6D7 停止位 起始位 RXD 输入数据 （b） 接收时序图 D0 D1 D2D3D4D5D6D7 停止位 起始位 RI 检测 负跳变 时序图：时序图： (3) 方式2和方式3： 9位数据异步通讯方式 1.一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位和多机通讯 标

11、识位。 2. RXD：接收数据端， TXD：发送数据端。 3.波特率：方式2：B=(2SMOD/64)fosc 。 方式3：B=(2SMOD/32)T1溢出率 。 4.发送：先装入TB8，写入SBUF并启动发送，发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。 接收完一帧，若RI=0且第9位为1 (或SM2=0)，将接收数据 装入接收SBUF，第9位装入RB8，使RI=1；否则丢弃接收数据， 不置位RI。 （a） 发送时序图 写入 SBUF TXD输出 TI RXD输入 （b） 接收时序图 RI D0D1D2D3D4 D5D6 TB8 停止位 起始位 D7 D0 D1D2 D3 D4D5D6

12、RB8 停止位 起始位 D7 检测 负跳变 时序图：时序图： （4）计算波特率 ： 方式0为固定波特率：B=fosc/12 方式2可选两种波特率： B=(2SMOD /64)fosc 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。 B=(2SMOD/32)T1溢出率 T1为方式2的时间常数： X = 28 - t/T （请见P153） 溢出时间： t= (28 -X)T = (28 -X)12/ fosc T1溢出率=1/t= fosc /12(2n -X) 波特率B=(2SMOD /32)fosc/12(28-X) 串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算时间常数。 T1选方式2：

13、 TH1= X = 28 - fosc/122SMOD/(32B) T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。 也可选工作方式3（请见P156）。 4种方式比较 ： 方 式 波 特 率传 送 位 数 发送 端 接收 端 用 途 0 1/12 fosc （固定不变） 8（数据）RXDRXD 接移位寄存器 ，扩充并口 1 2SMOD/32 T1 溢出率 10（起始位、8位数据位、 停止位） TXDRXD单机通讯 2 2SMOD/64 fosc11（第9位为1：地址； 为0：数据） TXDRXD多机通讯 3 2SMOD/32 T1 溢出率 11位 （同方式2） TXDRXD多机通讯 8-

14、4 8-4 串行口的应串行口的应 用用 串行口初始化编程格式： SIO：MOV SCON，#控制状态字 ；写方式字且 TI=RI=0 ( MOV PCON，#80H ) ；波特率加倍 ( MOV TMOD，#20H ) ；T1作波特率发生 器 ( MOV TH1，#X ) ；选定波特率 ( MOV TL1，#X ) ( SETB TR1) ( SETB EA) ；开串行口中断 ( SETB ES) 发送程序：发送程序： 1、查询方式： TRAM：MOV A，R0 ；取数据 MOVSBUF，A ；发送一个字符 WAIT：JBCTI，NEXT ；等待发送结束 SJMPWAIT NEXT：CLR T

15、I INC R0 ；准备下一次发送 SJMPTRAM 2、中断方式： ORG 0023H ；串行口中断入口 AJMP SINT MAIN： ；初始化编程 TRAM： MOV A， R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送第一个字符 H：SJMP H ；其它工作 SINT：CLR TI ；中断服务程序 INC R0 MOV A， R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送下一个字符 RETI 先发送一个字符，等待TI=1后再发送下一个字符 。 接收程序：接收程序： 1.查询方式： WAIT：JBC RI，NEXT；查询等待 SJMP WAIT NEXT：MOV A，SBUF ；读取接收数据 MOV R0，A；保存数据 CLR RI INC R0 ；准备下一次接收 SJMP WAIT 2.中断方式： ORG0023H AJMPRINT MAIN： ；初始化编程 H：SJMPH ；其它任务 RINT：CLRRI ；清中断标志 MOVA，SBUF ；读取接收数据 MOVR0，A；保存数据 INCR0