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1、项目导读,项目小结,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,任务2 I2C总线扩展单片机存储器,任务3 SPI总线实时时钟控制,知识分布网络,1、串行通信简介,串行通信是指一个数据的所有位按一定的顺序和方式，一位一位地通过串行输入/输出口进行传送，如图9-2所示。由于串行通信是按数据的逐位顺序传送，在进行串行通信时，只需一根传输线。在传送的数据位数多且通信距离很长时，这种传输方式的优点就显得很突出了。,图9-1 串行通信方式,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,（1）异步通信和同步通信,串行通信是将构成数据或字符的每个二进制码位，按照一定的顺序逐位进行传送，其传送有两种
2、基本的通信方式： 1） 同步通信方式 同步通信的基本特征是发送与接收保持严格的同步。由于串行传送是逐位顺序进行的，为了约定数据是由哪一位开始传送，需要设定同步字符。这种方式速度快，但是硬件复杂。 2）异步通信方式 异步通信方式规定了传送格式，每个数据均以相同的帧格式传送。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,异步通信中一帧数据的格式如图9-3所示，每帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，帧与帧之间用高电平分隔开。,图9-2 异步通信中一帧数据的格式,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,异步通信的字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分
3、组成。 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。 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。 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。 停止位：位于字符帧最后，为逻辑1高电平。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。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,在异步通信中，接收与发送之间必须有两项规定： a) 帧格式的设定。即帧的字符长度、起始位、数据位、停止位，以及奇偶校验形式等的设定。例如
4、，以ASCII码传送，7位数据位，1位起始位，1位停止位，奇校验方式。这样，一帧的字符总数是10位，而一帧的有用信息是7位。 b) 波特率的设定。波特率反映了数据通信位流的速度，波特率越高，数据信息传送越快。常用的波特率有300、600、1200、2400、4800、9600、19200和38400等。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,（2）串行通信中数据的传送方向,串行通信制式：单工(a)、半双工(b)和全双工(c) (simplex half duplex full duplex),任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,2、单片机的串行接口,任务一 RS485
5、串行总线实现单片机与PC机通信,89S52单片机内部集成有一个功能很强的全双工串行通信口，设有2个相互独立的接收、发送缓冲器，可以同时接收和发送数据。图9-4是串行口内部缓冲器的结构，发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入，因而两个缓冲器可以共用一个地址99H。两个缓冲器统称为串行通信特殊功能寄存器SBUF。,图9-3 串行口内部缓冲器的结构,(1)控制寄存器SCON（98H）,设定工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志,JBC RI ，rel,89S52的串行口设有两个控制寄存器： 串行控制寄存器SCON和波特率选择特殊功能寄存器PCON。,任务1 RS485串行总线实
6、现单片机与PC机通信,例：设串行口工作在方式1，允许接收，则指令为： SCON=0x50（01010000B）,表9-2 串行口工作方式控制,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,（3）串行通信中的奇偶校验,串行通信的关键不仅是能够传送数据，更重要的是要能正确地传送；但是串行通信的距离一般较长，线路容易受到干扰，要保证完全不出错不太现实，尤其是一些干扰严重的场合。在单片机通信中，最为简单又应用广泛的就是奇偶校验的方法。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,串行通信只用该位，为SMOD=1时，波特率2； SMOD=0时，波特率不变。,(2)电源及波特率选择寄存器PCON
7、,87H,波特率选择位,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,串行口四种工作方式应用比较,方式的选择由SM1、SM0实现。,3、串行口工作方式,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,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。,（a）方式0扩展输出接口,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,注意： 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。,（b）方式0
8、扩展输入接口 图9-4 串行口工作方式0扩展输入输出接口,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,方 式 1,10位的帧格式,串行口为波特率可调的10位通用异步接口UART。每发送或接收的一帧信息中，包括1位起始位0，8位数据位和1位停止位1。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,方式1输出-发送数据,方式1输入-接收数据,置REN为1时，接收器检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。 当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将收到的9位数据的前8位装入SBUF，第9位（停止位）进入RB8
9、，并置RI=1，向CPU请求中断。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,11位的帧格式,11位数据的异步通信。,起始位1位，数据9位，停止位1位 方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32 方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定,方式2和方式3,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,MCS-51串行口的波特率,1.方式0和方式2的波特率是固定的,在方式0中，波特率为时钟频率的1/12，即fosc/12，固定不变,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,2. 方式1和方式3的波特率可变，由定时器1的溢出率决定,波特率=,任务1 RS485串行总线实现单片
10、机与PC机通信,4、计算机串行接口,（1）RS-232接口 RS-232接口（ANSI/EIA 232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS232串口通信最远距离不大于15m，传输速率最大为20Kb/s。 （2）RS-422接口 RS-422（EIA 422-A标准）是Apple的Macintosh计算机的串口连接标准。RS-422使用差分信号，RS232使用非平衡参考地的信号。
11、差分传输使用两根线发送和接收信号，对比RS-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。 （3）RS-485接口 RS485（EIA 485标准）是RS422的改进，因为它增加了设备的个数，从10个增加到32个，同时定义了在最大设备个数情况下的电气特性，以保证足够的信号电压。有了多个设备的能力，你可以使用一个单个RS422口建立设备网络。出色抗噪和多设备能力，在工业应用中建立连向PC机的分布式设备网络、其他数据收集控制器、HMI或者其他操作时，串行连接会选择RS-485。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,5、MAX48
12、7芯片,MAX487是MAXIM公司生产的一种差分平衡型收发器芯片，是用于TTL协议与485协议转换的小功率收发器，它含有一个驱动器和一个接收器。,表9-5 MAX487引脚功能表,图9-5 MAX487管脚图,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,6、MAX232芯片,MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。,图9-6 MAX232引脚图,内部结构基本可分三个部分： 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串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道
13、。由7、8、9、10、11、12、 13、14脚构成两个数据通道。 其中13脚、12脚、11脚、14脚为第一数据通道。 8脚、9脚、10脚、7脚为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9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GND、16脚VCC（+5v）。,任务1 RS485串行总线实现单片机与PC机通信,1、I2C总线简介,I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线，它通过两根线（SDA，串行数据线；SCL
14、，串行时钟线）在连到总线上的器件之间传送信息，根据地址识别每个器件，可以方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。 I2C总线的传输速率为100Kbit/s（改进后的规范为400Kbit/s），总线的驱动能力为400pF。I2C总线为双向同步串行总线，因此，I2C总线接口内部为双向传输电路，总线端口输出为开漏结构，故总线必须要接有上拉电阻，通常该电阻可取510K。挂接到总线上的所有外围器件、外设接口都是总线上的节点。在任何时刻总线上只有一个主控器件实现总线的控制操作，对总线上的其他节点寻址，分时实现点对点的数据传送。因此，总线上每个节点都有一个固定的节点地址。,任务2 I2C总线扩展单片机存储器,
15、2、常用I2C芯片,在单片机应用中，经常会有一些数据需要长期保存。一般数据保存可以用RAM，但RAM的缺点是掉电之后数据即丢失。因此，需要用比较复杂的后备供电电路进行断电保护，增加了成本。今年来，非易失性存储器技术发展很快，EEPROM就是其中的一种，这种器件在掉电后其中的数据仍可保存。目前应用非常广泛的是串行接口的EEPROM，AT24CXX就是这样一类芯片。,任务2 I2C总线扩展单片机存储器,（1）特点介绍,24系列的EEPROM有24C01（A）/02（A）/04（A）/08/16/32/64等型号，它是一种采用CMOS工艺制成的内部容量分别是128/256/512/1024/2048
16、/4096/81928位具有串行接口、可用电擦除、可编程的只读存储器，一般简称为串行EEPROM。这种器件一般具有两种写入方式，一种是字节写入，即单个字节的写入；另一种是页写入方式，允许在一个周期内同时写入若干个字节（称之为1页），页的大小取决于芯片内页寄存器的大小。不同的产品页容量不同。例如，ATMEL的AT24C01/01A/02A的页寄存器为4B/8B/8B。擦除/写入的次数一般在10万次以上。,任务2 I2C总线扩展单片机存储器,（2）串行EEPROM（24C01）接口方法,在新一代单片机中，无论总线型还是非总线型单片机，为了简化系统结构，提高系统的可靠性，都推出了芯片间的串行数据传输技术，设置了芯片间的串行传输接口或串行总线。串行总线扩展接线灵活，极易形成模块化结构，同时将大大简化系统结构。串行器件不仅占用很少的资源和I/O 线，而且体积大大缩小，同时还具有工作电压宽，抗干扰能力强，功耗低，资料不宜丢失和支持在线编程等特点。目前，各式各样的串行接口器件层出不穷，如：串行EEPROM，串行ADC/DAC，串行
