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1、项目五、串行通信应用,项目五、串行通信应用任务1.双机通信,能力目标 1.能用查询方式进行串口通信 2.能用中断方式进行串口通信 3.能进行双机通信电路综合调试 学习内容 1.串行通信的通信方式 2.双机通信的实现,一、任务要求 系统中有甲、乙两个单片机系统，在每个单片机的P1.0和P1.1口均有两个按键，其中按下P1.0键时数字增加，按下P1.1键时数字减小，甲单片机的TXD引脚和乙单片机的RXD相连同时乙单片机的TXD引脚和甲单片机的RXD相接，甲、乙两个单片机的P2口均接了一个共阴数码管，设两个单片机采用方式1的异步通信方式进行通信，甲单片机上的两个按键可以控制乙单片机上数码管进行“0”
2、到“9”之间的正反计数，同样乙单片机上的两个按键可以控制甲单片机上数码管进行“0”到“9”之间的正反计数，设初始状态两个数码管均显示“0”，通信波特率约定为9600bps。,二、任务分析通过任务要求可以得知，甲乙两个单片机系统均具有接收和发送功能，可通过查询的方式知道甲单片机系统的按钮按下的是“计数增加”还是“计数减少”的按钮。,三、学习知识 （一）串行通信的数据传送 1、了解串行通信,图5-1 两种通信方式的示意图 (a)并行通信；(b)串行通信,2、串行通信的数据传送 （1）串行通信的传输方向,图5-2 单工、半双工和全双工三种制式示意图,（2）串行通信的数据传送速率（波特率） 波特率为每
3、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。波特率越高，数据传输速度越快。但波特率和字符的实际传输速率不同，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。 与波特率相对应的是传送每位二进制数所用的时间（Td），它是波特率的倒数。在进行串行通信中的发送端和接收端进行波特率设置时，必须采用相同的波特率，才能保证串行通信的正确性。,（二）串行通信的分类 1、异步通信（Asynchronous Communication） 在异步通信中，数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传输线被接收端一帧一帧地
4、接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟彼此独立，互不同步。,（1）字符帧 字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分组成，如图5-3所示。图5-3异步通信的字符帧格式 (a)无空闲位字符帧；(b)有空闲位字符帧,1)起始位：位于字符帧开头，只占一位，为逻辑0低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。 2)数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。 3)奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位，用来表征串行通信中采用奇校验还是偶校验，由用户决定。 4)停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。通常可
5、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。,在串行通信中，两相邻字符帧之间可以没有空闲位，也可以有若干空闲位，这由用户来决定。,2、同步通信（Synchronous Communication） 同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传输一帧信息。这里的信息帧和异步通信的字符帧不同，通常有若干个数据字符，如图5-4所示。图5-4(a)为单同步字符帧结构，图5-4(b)为双同步字符帧结构，但它们均由同步字符、数据字符和校验字符CRC三部分组成。在同步通信中，同步字符可以采用统一的标准格式，也可以由用户约定。,图5-4同步通信的字符帧格式
6、(a)单同步字符帧格式；(b)双同步字符帧格式,（三）MCS-51串行口结构 MCS-51内部有两个独立的接收、发送缓冲器SBUF。SBUF属于特殊功能寄存器。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，二者共用一个字节地址（99H）。串行口的结构如图5-5所示。,2、串行口控制寄存器SCON,表5-1 SCON的各位定义,表5-2 串行方式的定义,SM2：多机通信控制位，用于方式2和方式3中。在方式2和方式3处于接收方式时，若SM2=1,且接收到的第9位数据RB8为0时，不激活RI；若SM2=1，且RB8=1时，则置RI=1。在方式2、3处于接收或发送方式时，若SM2=0，不论接
7、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，则只有收到有效的停止位后，RI置1。在方式0中，SM2应为0。,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中，由软件置位或复位，可做奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，一般约定地址帧时，TB8为1，数据帧时，TB8为0。 RB8：接收数据的第9位。功能同TB8。,TI：发送中断标志位。在方式0中，发送完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在发送停止位之初由硬件置位。因此，TI是发送
8、完一帧数据的标志，可以用指令JBC TI，rel来查询是否发送结束。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中，接收完8位数据后，由硬件置位；在其它方式中，在接收停止位的中间由硬件置位。同TI一样，也可以通过JBC RI，rel来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。,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，不可以位寻址，字节地址为87H。,表5-3 PCON的各位定义D7 D6 D0,当SMOD为1时使波特率加倍，SMOD为0时波特
9、率不变。PCON的其它位为掉电方式控制位。,（四）MCS-51串行的工作方式,1、方式0 在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定为fosc/12。串行数据从RXD(P3.0)端输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)送出。这种方式常用于扩展I/O口。,（1）发送当一个数据写入串行口发送缓冲器SBUF时，串行口将8位数据以fosc/12的波特率从RXD引脚输出（低位在前），发送完置中断标志TI为1，请求中断。在再次发送数据之前，必须由软件清TI为0。具体接线图如图5-6所示。其中，74LS164为串入并出移位寄存器。图5-6 方式0用于扩展I/O口输出,（2）接收在满足REN=1
10、和RI=0的条件下，串行口即开始从RXD端以fosc/12的波特率输入数据（低位在前），当接收完8位数据后，置中断标志RI为1，请求中断。在再次接收数据之前，必须由软件清RI为0。值得注意的是，每当发送或接收完8位数据后，硬件会自动置TI或RI为1，CPU响应TI或RI中断后，必须由用户用软件清0。方式0时，SM2必须为0。,图5-7 方式0用于扩展I/O口输入,2、方式1如果收发双方都是工作在方式1下，此时，串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART。发送或接收一帧信息，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1。其帧格式如图5-8所示。,图5-8 10位的帧格式,（1）发送发送时，数据
11、从TXD端输出，当数据写入发送缓冲器SBUF后，启动发送器发送。当发送完一帧数据后，置中断标志TI为1。方式1所传送的波特率取决于定时器1的溢出率和PCON中的SMOD位。,（2）接收 接收时，由REN置1，允许接收，串行口采样RXD，当采样由1到0跳变时，确认是起始位“0”，开始接收一帧数据。当RI=0，且停止位为1或SM2=0时，停止位进入RB8位，同时置中断标志RI；否则信息将丢失。所以，方式1接收时，应先用软件清除RI或SM2标志。,3、方式2方式2下，串行口为11位UART，传送波特率与SMOD有关。发送或接收一帧数据包括1位起始位0，8位数据位，1位可编程位(用于奇偶校验)和1位停
12、止位1。其帧格式如图5-9所示。,图5-9 11位的帧格式,（1）发送发送时，先根据通信协议由软件设置TB8，然后用指令将要发送的数据写入SBUF，启动发送器。写SBUF的指令，除了将8位数据送入SBUF外，同时还将TB8装入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器进行一次发送。一帧信息即从TXD发送，在送完一帧信息后，TI被自动置1，在发送下一帧信息之前，TI必须由中断服务程序或查询程序清0。,（2）接收当REN=1时，允许串行口接收数据。数据由RXD端输入，接收11位的信息。当接收器采样到RXD端的负跳变，并判断起始位有效后，开始接收一帧信息。当接收器接收到第9位数据后，若同时满足以下两个
13、条件：RI=0和SM2=0或接收到的第9位数据为1，则接收数据有效，8位数据送入SBUF，第9位送入RB8，并置RI=1。若不满足上述两个条件，则信息丢失。,4、方式3方式3为波特率可变的11位UART通信方式，除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。（五）MCS-51串行口的波特率 1、方式0和方式2 在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变。 在方式2中，波特率取决于PCON中的SMOD值，当SMOD=0时，波特率为fosc/64；,当SMOD=1时，波特率为fosc/32.即波特率 = 。,2、方式1和方式3在方式1和方式3下，波特率由定时器1的溢出率和SMOD
14、共同决定。即：方式1和方式3的波特率=定时器1溢出率。,实际上，当定时器1做波特率发生器使用时，通常是工作在模式2，即自动重装载的8位定时器，此时TL1作计数用，自动重装载的值在TH1内。设计数的预置值（初始值）为X，那么每过256-X个机器周期，定时器溢出一次。为了避免因溢出而产生不必要的中断，此时应禁止T1中断。溢出周期为,溢出率为溢出周期的倒数，所以,波特率=,表5-4 定时器1产生的常用波特,（六）双机通信设计 1、双机通信硬件电路,图5-10 双机异步通信接口电路,为了增加通信距离，减少通道和电源干扰，可以在通信线路上采用光电隔离的方法，利用RS-422A标准进行双机通信，实用的接口
15、电路见书图5-11所示。 2、双机通信软件编程 对于双机异步通信的程序通常采用两种方法：查询方式和中断方式。下面通过程序示例介绍这两种方法。,（1）查询方式 甲机发送 编程将甲机片外1000H101FH单元的数据块从串行口输出。定义方式2发送，TB8为奇偶校验位。发送波特率375kb/s，晶振为12MHz,所以SMOD=1。 参考发送子程序如下：,乙机接收编程使乙机接收甲机发送过来的数据块，并存入片内50H6FH单元。接收过程要求判断RB8，若出错置F0标志为1，正确则置F0标志为0，然后返回。 在进行双机通信时，两机应采用相同的工作方式和波特率。参考接收子程序如下：,（2）中断方式 在很多应
16、用中，双机通信的接收方都采用中断的方式来接收数据，以提高CPU的工作效率；发送方仍然采用查询方式发送。,编程将甲机片内60H6FH单元的数据块从串行口发送，在发送之前将数据块长度发送给乙机，当发送完16个字节后，再发送一个累加校验和。定义双机串行口按方式1工作，晶振为11.059MHz，波特率为2400b/s，定时器1按方式2工作。经计算或查表5-4得到定时器预置值为0F4H，SMOD=0。 参考发送子程序如下：,乙机接收 乙机接收甲机发送的数据，并存入以2000H开始的片外数据存储器中。首先接收数据长度，接着接收数据，当接收完16个字节后，接收累加和校验码，进行校验。数据传送结束后，根据校验结果向甲机发送一个状态字，00H表示正确，0FFH表示出错，出错则甲机重发。 接收采用中断方式。设置两个标志位（7FH，7EH位）来判断接收到的信息是数据块长度、数据还是累加校验和。 参考接收程序如下：,四、任务实施 1、硬件设计,图5-12 双机通信硬件连接图,2、软件设计,图5-13（a）双机通信流程图串行中断流程图,图5-13（b）双机通信流程图串行中断流程图,
