《单片机原理与应用 教学课件 PPT 作者 张东亮 第8章串行通信接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理与应用 教学课件 PPT 作者 张东亮 第8章串行通信接口（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 串行通信接口,8.1 串行通信概述 8.2 8051单片机串行通信口 8.3 单片机串行口方式0的应用 8.4 单片机与单片机串行通信 8.5 单片机与PC机的串行通信,数据通信方式有两种：并行通信与串行通信。 并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收，数据有多少位就需要多少根数据线。 速度快，成本高，适合近距离传输。 如计算机并口打印机。 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。 成本低，硬件方便，适合远距离通信，传输速度低。,8.1 串行通信概述,1. 异步串行通信和同步串行通信,1）异步串行通信一帧(frame)数据格式 一个起始位 “0”,表示字符的开始，然后是5
2、8位数据位即该字符的代码，规定低位在前，高位在后，接 下来是奇偶校验位(奇、偶或无校验)，最后以停止位“1”（可以是1、1.5或2位）表示字符的结束。,异步串行通信一帧数据格式,2）同步通信 在同步通信中，数据或字符开始处用一同步字符来指示(一般约定为12个字符)，以实现发送端与接收端同步，一旦检测到约定同步字符，下面就连续按顺序接收数据。同步通信的数据帧结构由同步字符、数据字符和校验字符CRC三部分组成。,同步串行通信数据帧格式,2. 串行通信的数据传送速率。 波特率(Baud Rate):单位时间内传送的信息量。在计算机中，以每秒传送的二进制位数为单位。 1 Baud=1 bit/s （b
3、ps, 位/秒） 例如：100字符/秒，1个字符11位， 波特率为：10011=1100（波特） 平均每位传送占用时间 Td = 1/1100=0.909ms,3. 串行通信的数据传输方式,1). 单工(Simplex)方式: 一端是发送端，另外一端是接收端。,2) . 半双工(Half-duplex)方式,每端口有一个发送器和一个接收器，通过开关连接在线路上，数据可以双向传送，但不能同时发送和接收，要通过换向器转换方向。,3). 全双工(Full-duplex)方式,通信双方用两个独立的收发器单独连接,可以同时发送和接收数据, 因而提高了速度。,按通信方向数据通路形式分为：单工、半双工、全双
4、工通信方式。,双工通信传输方式示意图,4. 信号的调制与解调,数字信号通过调制解调器（ MODEM ：Modulator and Demodulator ）变成模拟信号通过电话线传送到对方，接收方通过调制解调器将模拟信号转换成数字信号接收。,8.2.1 串行口结构,8051单片机有一个可编程的全双工异串行通信接口，它可作UART用，也可作同步移位寄存器，其帧格式可有8位、10位或11位，并能设置各种波特率。,8051 单片机通过引脚RXD(P3.0)串行数据接收端和引脚 TXD(P3.1)串行数据发送端与外界进行通信。 两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H，可同时发
5、送、接收数据。 发送缓冲器只能写入，不能读出。CPU写SBUF，一方面修改发送寄存器，同时启动数据串行发送；接收缓冲器只能读出、不能写入。读SBUF，就是读接收寄存器。,8.2 8051单片机串行通信口,串行口结构框图,8.2.2 串行口控制寄存器SCON 8051串行通信的方式选择 ,接受和发送控制及串行口的标志均由专用寄存器SCON控制和指示,字节地址为98H,可以位寻址。其格式如下:,SM0 SM1:串行口工作方式选择位。 0 0-方式0, 0 1-方式1 1 0-方式2, 1 1-方式3 REN：串行接收允许位。 0-禁止接收, 1-允许接收 TB8: 在方式2,3中,TB8是发送机要
6、发送的第9位数据。,串行口的4种工作方式 SM0 SM1 方式 功 能 说 明 0 0 0 同步移位寄存器方式(用于扩展I/O口) 0 1 1 8位异步收发，波特率可变（由定时器控制） 1 0 2 9位异步收发，波特率为fosc/64或 fosc/32 1 1 3 9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）,RB8: 在方式2,3中,RB8是接收到的第9位数据,该数据来自发送机的TB8。 TI: 发送中断标志位。发送前必须用软件清零，发送过程中TI保持零电平,发送完一帧数据后，由硬件置 “1”，如果再发送,必须用软件再清零。,RI: 接收中断标志位。接收前,必须用软件清零,接收过程中RI保持零电
7、平，接收完一帧数据后由片内硬件自动置“1”。如果再接收必须用软件清零。 SM2:多机通信控制位。,SCON,字节地址98H,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,SM2:多机通信控制位，仅用于方式2和方式3。发送机设置SM2=1, 以发送第9位TB8为1作为地址帧寻找从机,以TB8为0作为数据帧进行通信，从机初始化时设置SM2=1 。 若接收的第9位数据RB8=0,不置位RI,即不引起接收中断, 不接收数据帧,继续监听。如接收到RB8=1,置位RI,引起接收中断, 程序中判断接收的地址帧和本机的地址是否符合, 若不符合,维持SM2=1,继续监听,若符合,则 清SM2,接收对放发来的后
8、续信息。,SM2的作用为: 在方式2,3中，发送机SM2=1(程序设置)。 接收机SM2=1,若RB8=1,激活RI,引起接收中断。 RB8=0,不激活RI,不引起接断。 SM2=0,无论RB8=1还是RB8=0均激活RI引起接收中断。 在方式1中, 当接收时SM2=1, 则只有收到有效停止位才激活RI，在方式 0 中, SM2应置为0。,PCON的字节地址为87H,无位地址, 只能字节寻址,初始化时SMOD=0。,PCON,87H,电源控制寄存器PCON,串行通信只用PCON中的最高位SMOD。,SMOD : 波特率加倍位。在计算串行方式 1、 2、 3 的波特率时， SMOD 0不加倍;
9、SMOD 1 加倍,中断允许控制寄存器IE ,字节地址为A8H,可以位寻址,0 禁止，1允许,IE.4 ES (Enable Serial Port)：串行口中断允许位。ES=1，允许串行口中断；ES=0，禁止串行口中断。,8.2.3 MCS-51 通信工作方式及其应用,根据串行通信数据格式和波特率的不同, 8051单片机的串行通信有四种工作方式。 1. 串行口工作方式0。移位寄位器工作方式。,RXD为串行数据的发送端或接收端, TXD输出频率为 fosc/12的时钟脉冲。,波特率固定为fosc/12 (fosc为单片机晶振频率),方式0的数据格式为8位,低位在前,高位在后。,移位寄位器方式多
10、用于接口扩展,当用单片机构成系统时,往往感到并行口不够用,此时可通过外接串入并出移位寄存器(74LS164)扩展输出接口；通过外接并入串出移位寄存器扩展输入接口，方式 0 也可应用于短距离的单片机之间的通信。,串行口方式0的时序,串行口方式0用于扩展并列并行I/O输入,串行口方式0用于扩展并行I/O输出,2. 串行工作方式1 10位异步通信方式, 每帧数据由1个起始位“0”，8个数据位和1个停止位“1”共10位构成。其中起始位和停止位在发送时是自动插入的。,以TXD为串行数据的发送端,T1提供位时钟,RXD为数据的接收端,由T1提供移位时钟,是波特率可变方式,波特率=(2SMOD/32)(TI
11、的溢出率) =(2SMOD/32)fosc/(12(256-X) ) 根据给定的波特率,可以计算T1（方式2）的计数初值X。,10位的帧格式,串行口方式1的时序,11位异步发送/接收方式,即每帧数据由有一个起始位“0”, 9个数据位和1个停止位“1”组成。发送时第9个数据位, 由SCON寄存器的TB8位 提供,接收到的第9位数据存放在SCON寄存器的RB8位。 第9位数据可作为检验位,也可用于多机通信中识别传送的是地址还是数据的特征位。,方式2 波特率固定为(2SMOD/64)fosc.,3. 方式2、3,方式3。 数据格式同方式 2，所不同的是波特率可变，计算方式同方式 1。,串行口方式2、
12、3的时序,4. 8051多机通信,多机通信连接示意图,通常8051单片机的多机通信采用主从式多机通信方式。这一功能使它可以方便地应用于分布式计算机系统中。在这种方式中，只有一台主机(Master，Host)，有多台从机(Slave)。主机发送的信息可以传到各个从机或指定的从机，各从机发送的信息只能被主机接收，各从机不直接相互通信。,8.2.4 串行通信波特率 在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来决定。 串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于
13、输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。 方式0的波特率 = fosc/12 方式2的波特率 =（2SMOD/64） fosc 方式1的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率） 方式3的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）,当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以启动定时器）。这时溢出率取决于TH1中的计数值X。 T1 溢出率 = fosc /(12(256 X) 在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和11.0592MHz。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率
14、以及各参数的关系如表所示。,串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。具体步骤如下 确定T1的工作方式（TMOD寄存器）； 计算T1的初值，装载TH1、TL1； 启动T1（TCON中的TR1位）； 确定串行口控制（SCON寄存器）； 串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。,8.3 单片机串行口方式0的应用,利用串口扩展输出口,例8-1串行口方式0，通过8位串入并出移位寄存器74HC164实现扩展并行输出口。,MOV A, #55H ; 设置间隔显示数值 CLR P1.0 ; 对74HC164清零 SETB P1.0 ; 允
15、许数据串行移位 MOV SCON, #00H ; 设串行口方式0 MOV SBUF, A ; 启动串行口发送 JNB TI, $ ; 等待一帧发送结束 CLR TI ; 清串行口发送中断标志 SJMP $,程序如下,例8-2 串行口方式0，用并行输入8位移位寄存器74HC165扩展16位并行输入口。,利用串口扩展输入口,MOV R7, #20 ; 设置读入字节数 MOV R0, #50H ; 设片内RAM指针 SETB F0 ; 设置读入字节奇偶数标志 RCV0: CLR P1.0 ; 允许并行置入数据 SETB P1.0 ; 允许串行移位 RCV1: MOV SCON, #10H ; 设串行
16、口方式0，并启动接收(REN=1) JNB RI, $ ; 等待接收1帧数据 CLR RI ; 清接收中断标志RI MOV A, SBUF ; 取缓冲器数据 MOV R0, A INC R0 CPL F0 JB F0, RCV2 ; 判是否接收完偶数帧， ; 接收完则重新并行置入 DEC R7 SJMP RCV1 ; 否则再接收1帧 RCV2: DJNZ R7, RCV0 ; 判是否已读入预定的字节数 SJMP $ ; 等待,8.4 单片机与单片机串行通信,例8-3 编程把单片机A片内RAM 50H5FH单元中的数据块从串行口输出。使单片机B接收16字节数据块，存入片内RAM 30H3FH单元。,A机发送程序： TRT: MOV TMOD, #20H ; 设定时器T1工作在方式2 MOV TH1, #0E6H MOV TL1, # 0E6H ;
