《串行口与串行通信》ppt课件

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1、单片微机原理及应用教学课件,串行通信接口,本讲重点： 串行通讯的波特率, 4种工作方式.,单片微机原理及应用教学课件,串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送 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。 常见的有： 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,图2.17 通信的两种基本方式(a) 并行通信；(b) 串行通信,数据通信的几个术语： 并行：数据各位同时进行传送( MOV P1,#66H ;几米) 串行

2、：数据逐位顺序进行传送, 同步串行通信:以数据块为单位进行传送 异步串行通信:以字符为单位进行传送 通用非同步（异步）收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称作UART ）,串行按照 数据格式分：,单片微机原理及应用教学课件,异步串行通信:以字符为单位进行传送,图2.18 串行异步传送的字符格式(a) 字符格式；(b) 有空闲位的字符格式,单片微机原理及应用教学课件,异步传送方式,异步通讯：利用起始位0表示字符的开始，用停止位1表示字符结束。,字符格式：数据位数、奇偶校验位（可选择）、停止位等。,单片微机原理及应用教学课件,波特

3、率（baud rate）：波特率就是数据的传送速率，即每秒钟传送的二进制位数，单位为位/秒。它与字符的传送速率(字符/秒)之间有以下关系： 波特率=一个字符的二进制编码位数字符/秒 要求发送端与接收端的波特率必须一致。 例：数据传送的速率为120个字符每秒，每个字符有1个起始位、8个数据位和一个停止位组成，则其传送波特率为：,每一位的传送时间为波特率的倒数：,单片微机原理及应用教学课件,单 工：信息只能单方向传送 半双工:(串行通信)收/发不可同时进行 全双工:(串行通信)收/发可同时进行,51单片机为全双工串行接口(UART),图2.20 串行通信数据传送的三种方式 (a) 单工方式；(b)

4、 半双工方式；(c) 全双工方式,串行按照数据传送方向：,单片微机原理及应用教学课件,51单片机的串行接口,SBUF（发）,SBUF（收）,发送控制器 TI,接收控制器 RI,移位寄存器,波特率发生器T1,1,A累加器,(门)移位寄存器,RxD,TxD,去申请中断,引脚,引脚,CPU内部,单片微机原理及应用教学课件,串行口的结构,两个同名的接收/发送缓冲寄存器SBUF 指令 MOV SBUF，A 启动一次数据发送,可向SBUF 再发送下一个数 指令 MOV A，SBUF 完成一次数据接收,SBUF可再 接收下一个数,接收/发送数据,无论是否采用中断方式 工作,每接收/发送一个数据， RI/TI

5、 置1。必须用指令对 RI/TI 清0，以备下一次收/发。,串行口相关的SFR(SCON,PCON),单片微机原理及应用教学课件,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON, SM0，SM1：串行口4种工作方式的选择位。 0 0 方式0：8位移位寄存器I/O,波特率固定为 fosc/12 0 1 方式1：8位UART（1+8+1位），波特率可变,按公式计算 1 0 方式2：9位UART（1+8+1+1位）， 波特率固定=fosc x1/32或1/64 1 1 方式3：9位UART（1+8+1+1位）， 波特率可变，按公式计算,串行口控制寄存器SCON(98H) P.6

6、4,单片微机原理及应用教学课件, SM2：串行口多机通信控制位 （作为方式2、方式3的附加控制位）, RI,TI：串行口收/发数据申请中断标志位，收/发完一帧信息后，由硬件置1申请中断。为0时不申请中断。,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R1,SCON,单片微机原理及应用教学课件, RB8：在方式2、3中，是收到的第9位数据。在多机通信中,用作区别地址帧/数据帧的标志。（还可作为奇偶校验位）,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R1, REN：串行口接收允许控制位 = 1 表示允许接收； = 0 禁止接收。,SCON, TB8：方式2、3中，是要发送的第

7、9位数据。多机通信中,TB8=0 表示发送的是数据；TB8=1 表示发送的是地址。事先由软件写1或0。（还可作为奇偶校验位）,单片微机原理及应用教学课件,SMOD GF1 GF0 PD 1DL,电源控制寄存器 PCON（97H） 特殊功能寄存器PCON不能按位寻址, SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中， 是波特率加倍位 =1 时，波特率加倍 =0 时，波特率不加倍。 (在PCON中只有这一个位与串口有关), GF1,GF0：用户可自行定义使用的通用标志位,PCON,单片微机原理及应用教学课件,串行口工作方式 0,工作方式0：8位移位寄存器I/O方式,发送：SBUF中的串行数据由RxD逐

8、位移出； TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12； 每送出8位数据 TI就自动置1； 需要用软件清零 TI。,接收：串行数据由RxD逐位移入SBUF中； TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12； 每接收 8位数据RI就自动置1； 需要用软件清零 RI。,单片微机原理及应用教学课件,经常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用扩展接口。,方式0工作时，多用查询方式编程： 发送：MOV SBUF，A 接收：JNB RI，$ JNB TI，$ CLR RI CLR TI MOV A, SBUF,工作方式0：8位移位寄存器I/O方式(续),复位时,SCON 已经被清零,缺省值: 方式0

9、。,接收前,务必先置位 REN=1 允许接收数据。,单片微机原理及应用教学课件,串行口方式0的扩展应用经常用到,串行口常用工作方式0扩展出并行I/O口， 工作方式1、2、3则常用于串行通信,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,74LS164,74LS164,74LS164,74LS164是串入并出芯片；74LS165是并入串出芯片,h g f e d c b a,h g f e d c b a,+5V,共阳LED 数码管,VCC,TxD,RxD,51单片机,单片微机原理及应用教学课件,共阳极,h g f e d c b a,

10、a,b,c,d,g,e,f,h,共阳LED数码管 公共端(字位) 接高电平， 笔划(字段) 置为低电平 就被点亮了,h g f e d c b a,累加器 A,1 1 0 0 0 0 0 0,0C0H = “0”,比如要显示“0” 须令a b c d e f 为“0” 电平，g h为“1”电平。,再比如要显示“3” 须令a b c d g 为“0” 电平，e f h为“1”电平。,1 0 1 1 0 0 0 0,0B0H = “3”,单片微机原理及应用教学课件,常用于串行通讯。除发/收8位数据外，还 在D0位前有一个起始位“0”； 在D7位后有一个停止位“1”。,方式1工作时： 发送端自动添加

11、一个起始位和一个停止位； 接收端自动去掉一个起始位和一个停止位。,工作方式1:8位UART(1+8+1位)波特率可变,波特率可变 用定时器T1作波特率发生器： 公式：波特率 =（2SMOD/32）T1的溢出率,工作方式1:常用于双机通信,单片微机原理及应用教学课件,波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率, 溢出率：T1溢出的频繁程度 即：一秒钟内T1溢出的次数。, 初值 X = 2n -,2SMOD fosc 32 波特率 12, 波特率 =,2SMOD fosc 32 12(2n - X),其中：X 是定时器初值,单片微机原理及应用教学课件, 初值 X = 2n -,2SMOD fosc

12、32 波特率 12, 例：计算波特率 题目要求用T1工作于方式2来产生波特率1200， 已知晶振频率=6MHz。要求出T1的初值：,初值 X = 28 -,20 6106 32 1200 12,= 256 - = 256 - 13.02,6106 460800, 243 = 0F3H,单片微机原理及应用教学课件,表格有多种, 晶振也不止一种,常用波特率和T1初值查表,单片微机原理及应用教学课件,RxD引脚为接收端，TxD引脚为发送端,由波特率 发生器T1控制发送速度,不同于方式0：收/发都 需要由TxD送出移位时钟。,T1作波特率发生器时初始化包括: 选定时器工作方式2(TMOD选8位自动重装

13、); 将计算(或查表)出的初值X赋给TH1,TL1; 启动T1 (SETB TR1); 记住T1不要开中断 !,工作方式1的接收/发送,串行口的初始化包括: 对SCON选工作方式 对PCON设波特率加倍位“SMOD”(缺省值=0) 如果是接收数据,仍要先置“1”REN位,单片微机原理及应用教学课件,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON, SM0，SM1：串行口工作方式选择位。 0 1 ：方式1，8位UART（1+8+1位）, REN：串行口接收允许位。 REN=1 允许接收,串行口控制寄存器SCON,0 1 0 1 0 0 0 0, TB8，RB8，TI，RI等

14、位由运行中间的情况 决定，可先写成 “0”, SM2：串行口多机通信控制位,作为方式2、3 的附加控制位，此处不用，可写成“0”,单片微机原理及应用教学课件,由于波特率固定,常用于单片机间通讯。数据由8+1位组成，通常附加的一位(TB8/RB8)用于“奇偶校验”，或“地址数据区分位”。,工作方式2:9位UART(1+8+1+1位)两种波特率,方式2的波特率 = fosc 2SMOD/64 即: fosc 1/32 或 fosc 1/64 两种,工作方式2:常用于多机通信,单片微机原理及应用教学课件, SM2：串行口多机通信控制位 （作为方式2、方式3的附加控制位）,多机通信控制位 SM2=1时，如果接收到的一帧信息中的第九位数据（RB8）为1，且原接收中断标志为RI=0，则硬件将RI置1；如果第九位数据（RB8）为0，则RI不置1，且所接收到的数据无效。 SM2=0时，只要接收到的一帧信息，不管第九位（RB8）为1还是0，RI都置1。 RI由软件清0，SM2 由软件清0或置1。,例如：发地址时TB8设为1，发数据时TB8设为0区分位；,单片微机原理及应用教学课件,工作方式3:9位UART(1+8+1+1位) 波特率可变,串口方式3和方式2唯一的区别是波特率机制不同。 方式2的波特率固定为时钟周期的32或64分频，不可变。此工作方式与其他串行通讯设备连接困难，因此不常用。 方