第七章串行通信及其接口(老课件)

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1、单片机应用技术 第7章 串行通信及其接口7.1串行通信的基本概念7.2 MCS-51的串行口7.3 串行口的控制7.4 串行口的应用单片机应用技术7.1 串行通信的基本 概念返回本章首页计算机与外部的信息交换称为通信计算机与外部的信息交换称为通信, ,基本的通信方基本的通信方 式有两种式有两种: : 并行通信并行通信(parallel communication)和和串行通串行通 信信(serial communication)。 并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收。 串行通信：所传送数据的各位按顺序一 位一位地发送或接收。 并行通信并行通信: : 速度快速度快, ,但成本高但成本高,

2、,传输距离受限传输距离受限; ; 串行通信串行通信: : 通信线少通信线少, ,传输距离远传输距离远, ,但速度较慢但速度较慢单片机应用技术7.1 串行通信的基 本概念返回本章首页图7.1 并行通信与串行通信 (a) 并行通信； (b) 串行通信 单片机应用技术7.1 串行通信的基本概念一一、串行通信按数据流传输方向分1 1 、单工单工(Simplex)(Simplex)两个传输站点之间一方只能发送两个传输站点之间一方只能发送, ,另一方只能接收另一方只能接收TA ARB B数据流数据流2 2 、半双工半双工(Half Duplex)(Half Duplex) 两个传输站点之间任何一方都能发送

3、数据，但由两个传输站点之间任何一方都能发送数据，但由 于设备之间只有一条通信线路，在同一时刻只能在一于设备之间只有一条通信线路，在同一时刻只能在一 个方向上传输数据，如对讲机。个方向上传输数据，如对讲机。TA ATB B数据流数据流RR单片机应用技术 串行通信 的基本概念一、一、串行通信按数据流传输方向分两个传输站点之间双方使用不同的通信线路两个传输站点之间双方使用不同的通信线路, ,同时同时 发送和接收数据发送和接收数据. .如电话。如电话。3 3 、全双工全双工(Full Duplex)(Full Duplex)TA ARB BRT数据流数据流数据流数据流单片机应用技术 串行通信 的基本概

4、念二、串行通信的两种基本工作方式异步方式、同步方式。异步方式、同步方式。 所有串行通信都需要一个时钟信号来作为数据的定 时参考。发送器和接收器用时钟来决定何时发送和读 取每一位数据。 根据采用统一时钟还是本地局部时钟，分为同步传 输和异步传输两种。 同步传输用一个时钟确定一个数据位 。 异步传输用多个时钟确定一个数据位 。单片机应用技术 串行通信 的基本概念二、串行通信的两种基本工作方式 不发送数据时，传输线呈现高电平不发送数据时，传输线呈现高电平(MARK(MARK状态状态) )。1 、异步方式(Asynchronous) 采用不同的编码方案采用不同的编码方案, ,发送字符可为发送字符可为5

5、,6,7,5,6,7,或或8 8位位; ; 采用奇校验采用奇校验, ,保证保证“ “1”1”的个数为奇数；采用偶校验的个数为奇数；采用偶校验, ,保保 证证 11的个数为偶数的个数为偶数; ; 异步串行通信数据格式:单片机应用技术 串行通信 的基本概念二、串行通信的两种基本工作方式1 、异步方式(Asynchronous)例: 发送一个由8位数据位构成的字符45H，奇校 验、1位停止位。 停止位可以是停止位可以是1, 1.51, 1.5或或2 2位。位。异步传输先发送低位(LSB)单片机应用技术 异步传输的时钟定时方法:数据 (61H) 100011停 止 位发送方利用内部时钟来决定什么时候发

6、送每个位接收方检测开始信号的下降沿，然后利用 它的内部时钟从每一位的中间接收该位00起 始 位LSBMSB串行通信 的基本概念单片机应用技术串行通信 的基本概念2 、同步方式(Synchronous) 格式格式: :同步字符 字符1 字符2 字符n 校验字符数据块 不发送数据时，传输线呈现高电平不发送数据时，传输线呈现高电平(MARK(MARK状态状态) )。 同步字符可以为同步字符可以为1 1个或个或2 2个个。 根据双方约定，接收方监测到同步字符后，接收被根据双方约定，接收方监测到同步字符后，接收被 发送的字符流；将接收到的字符转换成并行数据发送的字符流；将接收到的字符转换成并行数据。内同

7、步、外同步。内同步、外同步。单片机应用技术同步传输的时钟定时方法 : 数据（61H ）1位 1100001先发送高位(MSB) 发送方在时钟信号的下降沿发送字节接收方在时钟信号的上升沿接收字节时钟串行通信 的基本概念0同步通信的帧格式：同步传输需要定义一个帧的开 始和结束。通常用1个同步字符(标志符)来表示。单片机应用技术串行通信 的基本概念三、串行传送速率在串行通信中，常用波特率来表示数据传输的速率。波特率：每秒传送的二进制位数。波特率：每秒传送的二进制位数。单位：单位：波特波特 BdBd如串行通信规定：一个串行字符包括如串行通信规定：一个串行字符包括1 1个起始位，个起始位，7 7个个 数

8、据位，数据位，1 1个奇偶校验位和个奇偶校验位和1 1个停止位，共个停止位，共1010个数据位个数据位 构成，每秒传送构成，每秒传送120120个字符，则波特率为：个字符，则波特率为：1010位位/ /字符字符 120120字符字符/ /秒秒=1200=1200位位/ /秒秒传送每一位占用的时间为：传送每一位占用的时间为：1 1秒秒/1200=0.833/1200=0.833毫秒毫秒 波特率因子：发送/接收时钟与波特率之比。单片机应用技术 7.2 MCS-51的 串行口7.2.1 串行口的结构7.2.2 串行口的工作方式7.2.3 波特率的计算返回本章首页单片机应用技术MCS-51有一个可编程

9、的全双工串行通 信接口，可作为通用异步接收/发送器(UART- Universal Asychronous Receiver/Transmitter)， 也可作为同步移位寄存器。其帧格式可为8位、 10位、11位，并可设置多种不同的波特率。它通 过引脚RXD和TXD与外界进行通信。7.2.1 串行口的 结构单片机应用技术MCS-51内部有两个物理上独立的接收 、发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存 器。一个用于存放接收到的数据，另一个用于存 放欲发送的数据，可同时发送和接收数据。两个 缓冲器共用一个地址99H，通过对SBUF的读、 写指令来区别是对接收缓冲器还是对发送缓冲器 进行操作。

10、CPU在写SBUF时，就是修改发送缓 冲器；读SBUF，就是读接收缓冲器的内容。接 收或发送数据，是通过串行口对外的两条独立收 发信号线RXD(P3.0)、TXD(P3.1)来实现的，因 此可以同时发送、接收数据。串行口的结构如图 7.3所示。7.2.1 串行口的 结构单片机应用技术图7.3 串行口结构示意图7.2.1 串行口的 结构单片机应用技术 7.2.1 串行口的 结构1串行口控制寄存器SCON图7-6 SCON格式SCON位地 址SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI9F H9EH9DH9CH9BH9AH99H98HD7D6D5 D4 D3 D2 D1 D0该寄存器的字节地址为9

11、8H，可位寻址。SCON格 式如图7-6所示。其各位的含义如下：SM0、SM1串行口4种工作方式的选择位。串行口 的4种工作方式如表7.1所示。单片机应用技术表8.1 串行口的4种工作方式1串行口控制寄存器SCON单片机应用技术SM2多机通信控制位，用于方式2或方式3中。1串行口控制寄存器SCON当串行口以方式2或方式3接收时，如果SM2=1， 只有当接收到的第9位数据(RB8)为“1”时，才将接收到 的前8位数据送入SBUF，并将RI置“1”，产生中断请求 ；当接收到的第9位数据(RB8)为“0”时，则将接收到的 前8位数据丢弃。如果SM2=0，则不论第9位数据是“1” 还是“0”，都将前8

12、位数据送入SBUF中，并将RI置“1” ，产生中断请求。在方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才 会激活RI。在方式0时，SM2必须为0。单片机应用技术REN 允许串行接收位，由软件置“1”或清 “0”。REN=1时，允许串行口接收数据；REN = 0 时，禁止串行口接收数据。1串行口控制寄存器SCONTB8 发送的第9位数据。方式2和方式3时， TB8是要发送的第9位数据，可作为奇偶校验 位使用，也可作为地址帧或数据帧的标志。 其中，TB8=1为地址帧，TB8=0为数据帧。RB8 接收到的第9位数据。方式2和方式3时 ，RB8存放接收到的第9位数据。在方式1，如 果SM2=0，RB8

13、是接收到的停止位。在方式0 ，不使用RB8。单片机应用技术TI 发送中断标志位。发送中，TI必须保持 零电平。方式0时，串行发送第8位数据结束时 由硬件置“1”。其它工作方式，串行口发送停止 位的开始时置“1”。TI=1，表示一帧数据发送结 束，可供软件查询，也可申请中断。CPU响应 中断后，在中断服务程序中向SBUF写入要发送 的下一帧数据，TI必须由软件再清“0”。 1串行口控制寄存器 SCONRI 接收中断标志位。接收中RI必须保持零 电平。方式0时，接收完第8位数据时，RI由硬 件置1。其它工作方式，串行口接收到停止位时 ，该位置“1”。RI=1，表示一帧数据接收完毕， 并申请中断,要

14、求CPU从接收SBUF取走数据。该 位的状态也可供软件查询。如果再接收，RI必 须由软件再清“0”。单片机应用技术2特殊功能寄存器PCON图7-7 PCON格式返回本节其字节地址为87H，没有位寻址功能。PCON的 格式如图7-7所示，其中与串行接口有关的只有D7位 。SMODD7D6D5D4D3D2D1D0 SMOD：波特率选择位。当SMOD=1时，比 SMOD=0时的波特率加倍，因此也称 SMOD位为波特率倍增位。单片机应用技术 7.2.2 串行口的工 作方式串行口工作方式单片机应用技术方式0为同步移位寄存器输入/输出方式， 常用于外接移位寄存器，以扩展并行I/O口。8位 数据为一帧，不设

15、起始位和停止位，先发送或接 收最低位。波特率固定为fosc/12。方式0发送 当CPU执行一条将数据写入发送 缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口 即把SBUF中的8位数据以fosc/12的固定波特率从 RXD引脚串行输出，低位在先，TXD引脚输出同 步移位脉冲，发送完8位数据后将中断标志位TI置 “1”。时序如图7.8所示。7.2.2 串行口的工作方式1 方式0单片机应用技术图7.8 方式0发、收时序7.2.2 串行口的工作方式RI单片机应用技术方式0接收 方式0接收时，REN为串行 口接收允许接收控制位，REN=0，禁止接收。方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到 ，发送

16、或接收完8位数据由硬件将TI或中断标志 位RI置“1”，CPU响应中断。TI或RI标志位须由 用户软件清“0”，可采用如下指令： CLR TI；TI位清“0” CLR RI ；RI位清“0”方式0时，SM2位(多机通信控制位)必须为0 。7.2.2 串行口的工作方式单片机应用技术2 方 式17.2.2 串行口的工作方式方式1用于数据的串行发送和接收。TXD脚和 RXD脚分别用于发送和接收数据。 方式1收、发一帧的数据为10位，1位起始位(0)，8 位数据位，1位停止位(1)，先发送或接收最低位 。波特率由下式确定：方式1波特率=(2SMOD/32)定时器T1的溢出率SMOD为PCON寄存器的最高位的值(0 或1)。