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1、.,1,电子工业出版社,单片机控制技术 项目式教程 （C语言版）,.,2,电子工业出版社,项目8 单片机与 PC机通信系统 的设计,.,3,能了解串行通信的基本知识； 能掌握RS-232C串行通信接口标准； 能理解51单片机串行通信接口的组成； 能理解51单片机的串行口工作原理及应用方法； 能掌握51单片机串行口工作电路的分析与设计方法； 能掌握PC机与单片机串行口通信系统的设计方法； 能熟练编写单片机串行口通信的发送和接收数据程序。,学习目标,.,4,叙述RS-232C串行通信接口标准； 叙述51单片机的串行口工作原理； 设计单片机与单片机之间的通信电路和工作软件； 设计单片机与PC机之间的
2、通信电路和工作软件。,工作任务,.,5,任务8.1 51单片机之间的串行通信设计 任务8.2 单片机与PC机通信系统的设计 项目拓展 实验板串口和USB口软件下载的设计 项目小结 思考与训练,项目8 单片机与PC机通信系统的设计,.,6,任务8.1 51单片机之间的串行通信设计,CPU与外部的信息交换称为通信。 基本的通信方式有两种：并行通信和串行通信,8.1.1 RS232串行通信标准,8.1.1.1 串行通信,并行通信是数据的各位同时发送或同时接收；,并行通信优点:传送速度快 缺点:不便长距离传送,.,7,串行通信优点:便于长距离传送 缺点:传送速度较慢,串行通信是数据的各位依次逐位发送或
3、接收。,.,8,1. 串行通信的分类,（1）异步通信(Asynchronous Communication) 异步通信中数据是以字符为单位组成字符帧传送，每一帧数据低位在前，高位在后。发送端和接收端可由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，互不同步。 字符帧格式：异步通信的重要指标。接收端依靠字符帧格式来判断发送端发送的开始和结束。 优点：对硬件要求较低，实现较简单、灵活，适用于数据的随机发送/接收。 缺点：工作速度较低，每个字节都要建立一次同步（额外附加两位）。单片机主要采用异步通信方式。,.,9,字符帧(Character Frame)也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部
4、分组成。 起始位：位于字符帧开头，只占1位，为逻辑“0”电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。 数据位：D0D7紧跟起始位之后，用户根据情况可取5 8位，低位在前，高位在后。 奇偶校验位：位于数据位之后，仅占1位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。 停止位：位于字符帧最后，为逻辑“1”电平。通常可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完，也为发送下一帧作准备。,.,10,图8.1串行异步通信的字符帧格式,.,11,（2）同步通信(Synchronous Communication) 同步通信是指在发送设备和接收设备同步时钟频率的情况下，发送设备
5、先发送串行通信数据同步信号给接收设备，接收设备接收到同步信号后，开始进行串行数据块的传送，当串行数据块传送完毕时，发送设备发送结束串行通信同步数据，停止串行通信。 优点：数据传输速率较高，通常可达56000 b/s或更高。 缺点：要求发送时钟和接收时钟必须保持严格同步。,图8.2 串行同步通信的数据块格式,.,12,2. 串行通信的波特率 (Baud Rate),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。 波特率表征数据传输的速度，波特率越高，数据传输速度越快。 字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数，和字符帧格式有关。 异步通信的波特率通常为509600 b
6、/s，同步通信的波特率可达56/或更高。,.,13,3. 串行通信方式 （制式）,串行通信根据数据传送的方向及时间关系可分为单工、半双工和全双工三种制式。,单工制式（Simplex） 单工制式是指甲乙双方通信时只能单向传送数据，发送方和接收方固定。,.,14,半双工制式（Half Duplex） 半双工制式是指通信双方都具有发送器和接收器，既可发送也可接收，但不能同时接收和发送，发送时不能接收，接收时不能发送。,.,15,全双工制式（Full Duplex） 全双工制式指通信双方均设有发送器和接收器，并且信道划分为发送信道和接收信道，因此全双工制式可实现甲乙双方同时发送和接收数据，发送时能接收
7、，接收时也能发送。,.,16,4. 串行通信协议,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： 通用异步收发器(UART)本课程介绍的串口 通用串行总线（USB） I2C总线 CAN总线 SPI总线 RS-485，RS-232C，RS422A标准等等,.,17,异步通信的硬件电路称为UART，即通用异步接收器/发送器(Universal Asychronous Receiver/Transmitter) 同步通信的硬件电路称为USRT(Universal Sychronous Receiver/Transmitter) 异步和
8、同步通信共用的硬件电路称为USART(Universal Sychronous Asychronous Receiver/Transmitter),.,18,8.1.1.2 串行通信接口标准RS-232C,RS-232C的全称是EIARS232C标准，EIA（Electronic Industry Association）代表美国电子工业协会，RS（Recommended Standard）代表EIA的“推荐标准”，232为标识号。 RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DCE)之间的电气性能。 例如：CRT、打印机与CPU的通信 MCS-51单片
9、机与PC机的通信 RS-232C适用范围：设备间的通信距离不大于15 m 传输速率最大为20 kb/s,.,19,1. RS-232C信息格式标准 RS-232C采用串行格式。 标准规定：信息的开始为起始位，信息的结束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶校验位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。,图8.4 RS-232C信息格式,.,20,2. RS-232C引脚定义 RS-232C接口规定使用25针“D”型口连接器。现在微型计算机通信中，常用的只有9根信号引脚，所以用9针“D”型接口（DB9）连接器替代25针连接器。,图8.5 DB 9型连接器定义,.,21,表8.
10、1RS-232C标准接口主要引脚定义,注：插针序号（）内为针非标准连接器的引脚号。,.,22,3. RS-232C电器特性 RS-232C的电气标准采用负逻辑： 逻辑“0”：+5 V+15 V 逻辑“1”：5 V15 V 注意：RS-232C必须进行电平转换后才能和TTL电平直接相连，否则将把TTL电路烧坏。,RS232与TTL之间的电平转换目前多采用MAX232、MAX220、HIN232等芯片，它们同时集成了RS-232电平与TTL电平之间的互换。,.,23,第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需
11、要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。 第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。,.,24,TTL/CMOS IN
12、PUTS 端口：输入TLL或CMOS信号，一般为0-5V，低电平为零,高电平为VCC。 TTL/CMOS OUTPUTS端口：输出TLL或CMOS信号，输出电压一般为0-5V，低电平为零，高电平为VCC。 RS232 OUTPUTS端口：把TTL或CMOS的信号转为RS232的信号输出，输出为正负12V连接到电脑。 RS232 INPUTS端口：接收到电脑发出的正负12伏，由RS232输出转为TTL或CMOS信号。 MAX232内部有二组RS232转换电路，使用时 11-14 13-12为一组. 10-7 8-9为一组,.,25,图8.7 MAX232通信接口电路,.,26,8.1.2 MCS
13、-51单片机串行口工作原理,51单片机内部有一个可编程的全双工的异步串行通信接口，它通过数据接收引脚RXD（P3.0）和数据发送引脚TXD（P3.1）与外设进行串行通信，可以同时发送和接收数据。这个串行口既可以实现异步通信，又可以用于网络通信，还可以作为同步移位寄存器使用。其帧格式有8位、10位和11位，并能设置各种波特率。,.,27,1. 串行口内部结构 串行口包含的特殊功能寄行器有SBUF、SCON、PCON,图8.8 串行口结构框图,.,28,（1） 串行口数据缓冲器SBUF 在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。 在物理
14、上有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接收缓冲寄存器。 发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和完成串行数据的发送； 接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只需从SBUF中读出接收数据。 SBUF=0 xFF 启动一次数据发送,可向SBUF 再发送下一个数 P1=SBUF 完成一次数据接收,SBUF可再 接收下一个数,.,29,（2） 串行口控制寄存器SCON SCON用来控制串行口的工作方式和状态，可以位寻址，字节地址为98H。单片机复位时，SCON的所有位全为0。,图8.9 SCON的各位定义,.,30,SM0、SM1：串行方式选择位，其定义如表8.2所示。,
15、表8.2 串行口方式的定义,.,31,SM2：多机通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2、3处于接收方式时，若SM2=1， 且接收到的第9位数据RB8为0，则不激活RI；若SM2=1，且RB8=1，则置RI=1。在方式2、3处于接收或发送方式时，若SM2=0，则不论接收到的第9位RB8为0还是为1，TI、RI都以正常方式被激活。在方式1处于接收时，若SM2=1，则只有当收到有效的停止位后，RI才置1。在方式0中，SM2应为0。,.,32,REN：允许串行接收位。它由软件置位或清零。REN=1时，允许接收；REN=0时，禁止接收。 TB8：发送数据的第9位。在方式2和方式3下，TB8由软件置
16、位或复位，可用做奇偶校验位。在多机通信中，TB8可作为区别地址帧或数据帧的标识位：地址帧时TB8为1；数据帧时TB8为0。 RB8：接收数据的第9位。功能同TB8。,.,33,TI：发送中断标志位。在方式0下，发送完8位数据后，TI由硬件置位；在其它方式中，TI在发送停止位之初由硬件置位。TI是发送完一帧数据的标志，可以用指令查询是否发送结束。TI=1时，也可向CPU申请中断，响应中断后，必须由软件清除TI。 RI：接收中断标志位。在方式0下，接收完8位数据后，RI由硬件置位；在其它方式中，RI在接收停止位的中间由硬件置位。同TI一样，也可以通过指令查询是否接收完一帧数据。RI=1时，也可申请中断，响应中断后，必须由软件清除RI。,.,34,（3）电源及波特率选择寄存器PCON PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，
