西南大学工程技术学院机械专业单片机第7章.ppt

第7章 串行接口技术,通信，指微型计算机系统内部部件之间、微型计算机与外部设备之间、微型计算机与微型计算机之间的数据传送（信息交换）。,并行通信，即数据的各位同时传送； 串行通信，即数据一位一位顺序传送。,串行通信的分类,1异步通信 数据通常是以字符（或字节）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，通过传输线为接收设备一帧一帧地接收。发送端和接收端可以有各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。,字符帧（数据帧）,1)起始位。 位于字符帧开头，只占一位，始终为逻辑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，根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。若所传送数据为ASCII字符，则取7位。 3)奇偶校验位。 位于数据后，仅占一位，用于表征串行通信中采用奇校验还是偶校验。 4)停止位。 位于字符帧末尾，为逻辑“1”高电平，通常可取1位、1.5位、2位或更多，用于向接收端表示一帧字符信息已发送完毕，也为发送下一帧字符作准备。,第n-1字符帧,数据传送速率,在串行通信中，数据是按位进行传送的，因此传送速率用每秒传送数据位的数目来表示，称之为波特率（Baud rate），单位是bit/s（bit per second位/秒）。波特率是串行通信的重要指标，用于表征数据传输的速度。波特率越高，数据传输速度越快，但和字符的实际传输速率不同，字符的实际传输速率是指每秒钟内所传字符的帧数，和字符帧格式有关。例如，假如数据传送的速率是120字符/秒，而每个字符如上述规定包含10数位（1个起始位，8个数据位和1个停止位组成一帧），则其传送波特率为： 10bit120/s1200波特。 每一位的传送时间td为波特率的倒数,同步通信,以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。,串行通信的传输方向,半工通信,半双工通信,全双工通信,又称通信规程，是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，它也叫做链路控制规程。,通信协议,7.2 MCS-51单片机的串行接口,MCS-51 内有一个可编程全双工串行接口，具有UART（通用异步接收和发送器）的全部功能。,串行通信过程,1.发送过程： MOV SBUF, A 指令产生“写SBUF”脉冲，A字符送入SBUF（发送）寄存器，同时启动数据由TXD（P3.1）引脚串行发送，当一帧数据发送完即发送缓冲器空时，由硬件自动将发送中断标志位TI置位，向CPU发出中断请求。 2.接收过程： MOV A，SBUF 指令 把SBUF（接收）寄存器中接收到的字符传送到累加器A中。 当RI=0时，置允许接收位REN（即SCON的D4）=1就启动一次接收过程，外界数据通过引脚RXD(P3.0)串行输入，数据的最低位首先进入输入移位器，一帧接收完毕再并行送入缓冲器SBUF中，同时将接收位RI置位，向CPU发出中断请求。,串行口的控制寄存器,SBUF串行口数据缓冲器 共两个，发送寄存器、接收SBUF SBUF共用一个地址99H 。 SCON串行口控制寄存器。PCON电源及波特率选择寄存器,在方式2和方式3中，若SM2=1，则多机通信控制位，当接收到的第9位数据RB80时不启动接收中断标志RI（即RI=0），并且将接收到的前8位数据丢弃；当RB81时，才将接收到的前8位数据送入SBUF，并置位RI产生中断请求。当SM2=0时，则不论第9位数据为0或1，都将前8位数据装入SBUF中，并产生中断请求。,SCON,串行方式的定义,例：设串行口工作在方式1，允许接收，则指令为： MOV SCON,#01010000B,只有该位有用，为1时，波特率2；为0时不变。,电源控制寄存器PCON,87H,串行口的工作方式与波特率设置,方式0 同步移位寄存器方式。,常用于外接外部同步移位寄存器扩展I/O口 波特率固定为fosc/12,即每个机器周期移位一次。 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。,方式0 同步移位寄存器方式。,A,CLK,6,5,4,3,14,13,12,11,数据输入,移位脉冲,RXD,TXD,8051,74LS165,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,接收,串行数据由RxD逐位移入SBUF中； TxD输出移位时钟，频率=fosc/12； 每接收8位数据RI就自动置1； 必须用软件清零 RI。,发送,SBUF中的串行数据由RxD逐位移出； TxD输出移位时钟，频率=fosc/12； 每送出8位数据，TI就自动置1； 必须用软件清零 TI。,方式0 同步移位寄存器方式。,方式1 方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为 数据接收引脚。1位起始位，8位数据位，1位停止位。,1、方式1输出,2、方式1输入,软件置REN为1，接收器以选择波特率16倍速率采样RXD引脚电平,方式2和方式3 方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。 TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚,起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一帧数据为11位。 方式2、3仅仅为波特率控制方式不同。 方式2波特率为晶振频率1/64或1/32，方式3波特率由定时器T1的溢出率决定。,波特率的计算 在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要约定相同。 串行口的四种工作方式对应三种波特率。 波特率计算公式： 方式0的波特率 = fosc/12 方式2的波特率 =（2SMOD/64） fosc 方式1、3的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）,初值计算公式为：,T1作为波特率发生器，T1工作在定时方式2状态（8位自动装初值）,方式2和方式3输出,方式2和方式3输入,P170例 10-2,ORG 0000H AJMP MAIN LCALL RESU ORG 0100H RESU: MOV R6, #0AH MOV R0, #40H RCV0: CLR P1.0 SET P1.0 MOV R1, #02H RCV1: MOV SCON, #10H WAIT: JNB RI,WAIT,CLR RI MOV A, SUBF MOV R0, A INC R0 DJNZ R1, RCV1 DJNZ R6, RCV0 RET END,例10-3,P1.0 RXD 8051 TXD,A/B /CLR 74LS164 CLK,/CLR0，74LS164输出端全为0 /CLR1，并且CK=074LS164输出端保持不变,Vcc,ORG 0100H MOV A, #55H LOOP: CLR P1.0 SETB P1.0 MOV SCON, #00H MOV SUBF, A JNB TI,$ CLR TI LCALL DELAY RL A SJMP LOOP RET DELAY: . RET,ORG 00H MOV A, #55H LOOP: CLR P1.0 SETB P1.0 MOV SCON, #00H MOV SUBF, A JNB TI,$ CLR TI LCALL DELAY RL A SJMP LOOP DELAY: . RET,P172例10-4 方式1,RXD 8051 TXD GND,TXD 8051 RXD GND,GND,为确保通信成功，通信双方要遵守共同约定的协议。 协议内容包括双方采取一致的通信方式，一致波特率的设定，确认哪台为接收机，哪台为发送机，设定通信开始发送机的呼叫信号、接收机的应答信号，通信结束的标志信号等。,方式2、3 用第9位数据作奇偶校验位：,在数据通信中由于传输距离较远，数据信号在传送过程中可能会产生畸变，从而引起误码。,用第9位数据作奇偶校验。 将一字节数据的奇偶性置入TB8位一同发送。 在接收端可以用第9位数据来核对接收的数据的奇偶性是否相符。,方式2、3 用第9位数据作多机通信的联络位 ：,1.所有从机的SM2位置1，处于接收地址帧状态。 2.主机发一地址帧，其中8位是地址，第9位为地址/数据的区分标志，1表示为地址帧。 3.所有从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机的地址比较。对于地址相符的从机，使自己的SM2位置0（以接收主机随后发来的数据帧），并把本站地址发回主机作为应答；对于地址不符的从机，仍保持SM2=1，不理主机随后发来的数据帧。 4.主机、从机通讯完成后，从机将自己的SM2=1。,串行口的编程 串行口需初始化后： （1）按选定串行口的工作方式设定SCON的SM0、SM1两位二进制编码。 （2）对于工作方式2或3，应根据需要在TB8中写入待发送的第9位数据（地址为1,数据为0)。 （3）计算、设定接收/发送的波特率 （4）是否采用中断,单片机与PC机的通信 在工控系统设计实践中，单片机与PC机组合构成分布式控制系统。分布式系统主从管理，层层控制。主控计算机监督管理各子系统分机的运行状况。子系统与子系统可以平等信息交