第五章.串行通讯

1、1第五章第五章 串行通讯及其接口串行通讯及其接口主要内容： 串行通讯的一般概念 单片机的串行通讯接口 串行通讯接口应用举例2 5.1串行通讯的一般概念串行通讯的一般概念 通讯的基本方式 数据传输速率波特率 串行通讯的两种基本方式 串行数据传送的方向 通用的异步接收器/发送器UART3 串行通讯的一般概念串行通讯的一般概念通讯：CPU与外部的信息交换。并行通讯：数据各位同时传送。串行通讯：数据一位一位顺序传送。4 通讯的基本方式通讯的基本方式5 数据传输速率数据传输速率波特率波特率 定义：数据传送速率，即每秒钟传送多少位 例：某计算机串行传送，每秒送120个字符 编码，一个字符编码为10位，求波

2、特率？ 120101200位/秒1200波特 波特率波特率有效有效数据位传送速数据位传送速率率字符编码中字符编码中10位不都是数据，比如有一个停位不都是数据，比如有一个停止位、启动位、奇偶标志位，则有效数据位只止位、启动位、奇偶标志位，则有效数据位只有有7位位 有效数据位传送速率为：有效数据位传送速率为：7120840位位/秒秒6 串行通讯的两种基本方式串行通讯的两种基本方式 同步通信：严格同步,发送同步码,数据连 续,信息量大, 速度较高 异步通信 ：帧格式传送,信息量不大7 异步传送异步传送异步传送：以字符为单位一个个地发送和接收的字符由10位组成，分为三部分： 1）起始位（0）,用逻辑”

3、0”低电平表示通知接收设备，新字符到达。复位接收设备，准备接收 2）字符位（5 8位） 3）停止位（1）,用逻辑”1”高电平表示8 异步传送异步传送(1)无空闲位9 异步传送异步传送 (2)加空闲位 10 异步传送异步传送 异步传送是靠字符不同格式联络 传送双方要事先约定： 1、字符格式 2、波特率(Band rate)11 同步传送n1、有效数据位传送速率高于异步传送有效数据位传送速率高于异步传送n2、硬件设备较为复杂：、硬件设备较为复杂：n 1）要求发送端和接收端的严格同步，要求发送端和接收端的严格同步，n 2）对相位一致性要求严格）对相位一致性要求严格- 锁相器锁相器12 发送器接收器接

4、收器(发送器)发送器(接收器)发送器接收器发送器接收器串行数据传送的方向串行数据传送的方向13 主从多终端通讯方式主从多终端通讯方式14 通用的异步接收器通用的异步接收器/发送器发送器UART 1）计算机）计算机 发送端，并发送端，并 串串 2）串行接收端串行接收端 计算机，串计算机，串 并并 计算机完成这一并计算机完成这一并 串，串串，串 并的硬件并的硬件电路就是电路就是UART15 如图,它既能发送（并-串输出）,又能接收（串-并输入）。对每一方来说，都是一个双缓冲结构。 接收时,RXD-移位寄存器-缓冲器-数据总线 -CPU 发送时,CPU-总线- 缓冲器-移位寄存器 -TXD端一位一位

5、移位输出（变为串行的） 16 UART的出错标志位，一般有以下三种 奇偶错误 帧错误 溢出（丢失）错误 17 通用的异步接收器发送器通用的异步接收器发送器UART 一般用外时钟和接收的数据进行同步 设外时钟周期为Tc，每位数据传送时间为Td则 TcTdk，其中k16或64 外时钟以16倍的数据传送速率来采样数据线当发现第一个“”连续采到个“”，即可确认为起始信号，如下图：18 19 每16个时钟读一次数据位是“1”还是“0” 1、保证每次采样在数据位的中间 2、避开了信号在上升或下降时可能产生的 不稳定状态单片机中，连采三次，取至少两次相同的值相当于数值滤波-抗干扰问题20 21 5.2 MC

6、S-51的串行通讯接口的串行通讯接口 串行接口的控制寄存器 串行接口的四种工作方式 多处理机通信 波特率的设定22 MCS-51的串行通讯接口的串行通讯接口 其串行口为全双工的：可同时发送、接收数据这是由硬件上的相互独立的接收、发送缓冲器保证的 发送：只写不读（保证发送，只能由内-外） 接收：只读不写（保证接收，只能由内SUBF28 接收：置方式接收：置方式0，REN=1(允许接收允许接收)， 清除清除RI(方式接收方式接收)清除清除RI接收接收RXD:数据输入数据输入TXD:移位脉冲输出移位脉冲输出可以可以接收控制器以接收控制器以1/12fosc采样采样RXD引脚输入数据引脚输入数据完完,使

7、使RI=1申请接收中断申请接收中断方式方式0：1、SM20 2、中断时，须在、中断时，须在“中处中处”中用指令清中用指令清RI,TI标志标志29 (1)方式0 工作时波形图如下： (a)30 (b)31 2.其它方式其它方式方式方式,为为UART方式，原理一样方式，原理一样1）发送过程（数据由）发送过程（数据由TXD 端输出）端输出）：奇偶校验位或奇偶校验位或程控位程控位(TB8)停止位停止位,一帧完，硬件使一帧完，硬件使TI，产生发送中断，产生发送中断在中处中，若还有数据要发送，请求在中处中，若还有数据要发送，请求CPU送出新的发送字节送出新的发送字节MOV SBUF,A,直到全部数据发送完

8、，关串口中断，返回直到全部数据发送完，关串口中断，返回起始位起始位数据低位数据低位数据高位数据高位后发后发再发再发写入写入SBUF的指令启动发送的指令启动发送, 缓冲器缓冲器移位寄存器移位寄存器先发先发32 2）接收过程：）接收过程：(数据均由数据均由RXD输入）输入）串行口以倍选定波特率采样串行口以倍选定波特率采样RXD端状态端状态,当采到该端电平由当采到该端电平由”1”到到”0”的跳变时的跳变时接收一帧代码接收一帧代码拼成并行码拼成并行码接收缓冲器接收缓冲器方式方式1：停止位：停止位方式方式2、3：可：可程控第九位程控第九位RB8完，使完，使RI=1申请接收中断，在申请接收中断，在“中处中

9、处”中执行指令中执行指令 MOV A,SBUF， 取走该帧字符，否则不产生取走该帧字符，否则不产生RI中断、不执行中断、不执行MOV A,SBUF,则下一次接收到的数据将本次冲掉，数据就会无条件丢失则下一次接收到的数据将本次冲掉，数据就会无条件丢失启动接收器启动接收器33方式方式1时串行通道工作波形时串行通道工作波形34方式方式2、3时串行通道工作波形时串行通道工作波形35 方式方式1、2、3的区别的区别方式方式1、2、3主要区别在两方面主要区别在两方面(1)字符格式字符格式(2)波特率波特率这是异步通信事先要规定的两个重要约定这是异步通信事先要规定的两个重要约定36 方式方式1、2、3的区别

10、的区别 1）字符格式约定）字符格式约定 方式方式为为8 8位异步通讯口：位异步通讯口： 方式方式2、3为为9位异步通讯口：位异步通讯口： 0101启动位启动位停止位停止位启动位启动位停止位停止位数据：数据：8位位数据：数据：8位位接收送入接收送入SCON的的RB8位位发送时用户通过置发送时用户通过置TB8决决定该位为定该位为”0”还是还是”1”37 n在方式工作时定时器是作为波特率发生器在方式工作时定时器是作为波特率发生器 用，其中断应无效，而方式用，其中断应无效，而方式2的波特率为的波特率为 溢出率定时器波特率工作方式13223SMOD振荡器频率波特率工作方式6422SMODn2 2）波特率

11、）波特率n方式、方式、3 3的波特率可变，由定时的波特率可变，由定时/ /计数器产计数器产生生38 因振荡器的频率是固定的，故方式的波因振荡器的频率是固定的，故方式的波 特率只能取为特率只能取为由编程由编程PCON的的SMODn 显然显然,方式方式2波特率变化范围小于方式波特率变化范围小于方式1、31 加倍加倍0 不变不变振荡器频率或振荡器频率64132139 3）发送（输出）区别：）发送（输出）区别： 方式方式1、2、3应写入不同的方式控制字应写入不同的方式控制字 方式，可程控方式，可程控TB8 (1)使第九位数据做多机使第九位数据做多机 通讯中地址通讯中地址/数据位数据位(2)做奇偶校验位

12、做奇偶校验位40 方式方式1与方式与方式2、3的主要区别的主要区别4)接收（输入）区别：接收（输入）区别： 写入不同控制字写入不同控制字,均使均使REN,允许接收允许接收 但要保存接收到的数据还应使：但要保存接收到的数据还应使：方式方式1方式方式2、3RI=0RI=0SM2=0SM2=0或或SM2=1且接收到的且接收到的第第9个数据个数据141 在单机通讯时可利用在单机通讯时可利用TB8、RB8作为奇偶校验位作为奇偶校验位例：设例：设R2为发送数据区地址指针，加入奇偶校验位的发送为发送数据区地址指针，加入奇偶校验位的发送 程序如下：程序如下：RIPTI:PUSH PSWPUSH ASETB P

13、SW.4CLR PSW.3CLR TI42 MOV A,R0MOV TB8,PMOV SBUF,AINC R0POP APOP PSWRETI43 多处理机通讯多处理机通讯 由控制字由控制字SM2位规定可知位规定可知 SM2=1,串行口接收到的串行口接收到的 第九位数据存于第九位数据存于RB8:RB8=1 产生中断，接收数据产生中断，接收数据 RB8=0 不产生中断，信息丢失不产生中断，信息丢失n根据这一特性可用于实现多机通讯。根据这一特性可用于实现多机通讯。44 从机从机 编程方式为方式编程方式为方式2或或3 9位异步通讯方式位异步通讯方式#0 ,1 ,2SM2=1,多机通讯控制多机通讯控制

14、nREN=1,允许接收允许接收45 1、置所有从机、置所有从机SM2=1； 2、发地址，且使主机、发地址，且使主机TB8=1; 从机从机RB8=1 各从机响应中断，对照地址各从机响应中断，对照地址相符：使相符：使SM2=0不符：维持不符：维持SM2=1SM2=1n4、主机发送数据信息，且此时、主机发送数据信息，且此时TB8=0（主机）（主机）3、其过程简述如下：其过程简述如下：46 5、从机接收后、从机接收后RB8=0n从机中从机中地址相符地址相符地址不符地址不符SM2=0RB8=0n可接收，数据送被寻址从机可接收，数据送被寻址从机SM2=1RB8=0n不产生不产生RI中断，数据丢失中断，数据

15、丢失否则接收到的数据将丢失否则接收到的数据将丢失47 波特率的设定波特率的设定 方式方式2：波特率固定为振荡频率的：波特率固定为振荡频率的1/32或或1/64 方式方式1、3 波特率可变。波特率可变。 波特率的制定主要是对方式波特率的制定主要是对方式1、3而言的。而言的。 由于方式由于方式1、3波特率可变，无法采用固定的振荡波特率可变，无法采用固定的振荡 频率，一般采用定时器频率，一般采用定时器1，且让工作于自动装载方，且让工作于自动装载方 式（方式式（方式2，不中断）来产生波特率。，不中断）来产生波特率。48 若已知定时器的溢出率，则工作在方式，时的若已知定时器的溢出率，则工作在方式，时的

16、串行口波特率可由下式求得：串行口波特率可由下式求得： 定时器的溢出率可由下式算出：定时器的溢出率可由下式算出： 将此值代入求波特率的算式，可求得：将此值代入求波特率的算式，可求得：125612 11THfosc振荡频率的溢出率定时器溢出率的溢出率定时器波特率1322SMOD125612 322THfoscSMOD振荡频率串行口的波特率49 例例1 若已知若已知fosc6MHZ,SMOD=0不加倍，不加倍， (TH1)=D9H,求波特率求波特率 反之，若已知波特率反之，若已知波特率400， SMOD=0,fosc=6MHZ,问问TH1(TL1)时间常数应时间常数应 为多少？为多少？s400217

17、256121063216位波特率50 217392564006410256) 1(6TH1256641012561210632112561232266SMODTHTHTHfosc振荡频率波特率51 常用波特率以及与定时器各参数的关系常用波特率以及与定时器各参数的关系常用波特率常用波特率震荡频率震荡频率SMODSMOD定时器定时器1 1C/TC/T方式方式重新装入时间常数重新装入时间常数方式方式0 0： 1MHz1MHz12MHz12MHzX XX XX XX X方式方式2 2： 35K35K12MHz12MHz1 1X XX XX X方式方式1 1、3 3： 62.5K62.5K12MHz12

18、MHz1 10 02 2FFHFFH 19.2K 19.2K11.059MHz11.059MHz1 10 02 2FDHFDH 9.6K 9.6K11.059MHz11.059MHz0 00 02 2FDHFDH 4.8K 4.8K11.059MHz11.059MHz0 00 02 2FAHFAH 2.4K 2.4K11.059MHz11.059MHz0 00 02 2F4HF4H 1.2K 1.2K11.059MHz11.059MHz0 00 02 2E8HE8H137.5137.511.059MHz11.059MHz0 00 02 21DH1DH1101106MHz6MHz0 00 02

19、272H72H11011012MHz12MHz0 00 01 1FEE4HFEE4H52 方式1、3时晶振与波特率之间的对应关系 晶振为6MHz时，最大波特率为： 加倍后位31.25K 最小波特率为： 加倍后位12215625255256121063216波特率610256121063216波特率53 编程要求是：编程要求是： 选定正确的控制字，以保证接口功能的初选定正确的控制字，以保证接口功能的初始化始化 制定合适的波特率，这主要是选择定时器制定合适的波特率，这主要是选择定时器1的方式和时间常数据的确定；的方式和时间常数据的确定； 在串行中断服务程序中要清除中断标志位在串行中断服务程序中要清

20、除中断标志位5.3串行接口通讯应用举例串行接口通讯应用举例54 例：例： 设有甲乙两台单片机，编出两台单片机间实现如下设有甲乙两台单片机，编出两台单片机间实现如下串串 行通讯功能的程序：行通讯功能的程序： 甲机发送：将首址为甲机发送：将首址为ADDRT的的128个字节的数据块个字节的数据块 顺序向乙机发送；顺序向乙机发送； 乙机接收：将接收的乙机接收：将接收的128个字节的数据，顺序存放在个字节的数据，顺序存放在 以首址为以首址为ADDRR的数据缓冲区中。的数据缓冲区中。5.3串行接口通讯应用举例串行接口通讯应用举例55 56 ORG 0000H LJMP MAINT ；跳至主程序入口跳至主程

21、序入口 ORG 0023H LJMP INTSE1 ；转至串行中断服务程序转至串行中断服务程序MAINT: MOV SCON,#01000000B ；置串行口工作方式置串行口工作方式1 MOV TMOD,#20H ；定时器定时器1为工作方式为工作方式2 MOV TL1,#0D9H ；产生产生400波特率的时间常数波特率的时间常数 MOV TH1,#0D9H发送程序具体编程如下：发送程序具体编程如下：57 SETB TR1 ；启动定时器启动定时器1 SETB EA ；开中断开中断 SETB ES ；串行口开中断串行口开中断 MOV DPTR,ADDRT ；首址首址- DPTR MOV R0,#0

22、0H ；传送字节数初值传送字节数初值 MOVX A,DPTR ；取第一个发送字节取第一个发送字节 MOV SBUF,A ；启动串行口发送启动串行口发送 SJMP ；等待中断等待中断58 INTSE1: CLR SCON.1 ;清中断标志清中断标志 INC R0 ;修改已发送的字节数修改已发送的字节数 CJNE R0,#80H,LOOP ;判别判别128个字节都发送完没有个字节都发送完没有,若没完则转若没完则转LOOP继续继续取下一发送数据取下一发送数据 CLR ES ;全部发送完毕，禁止串行口中断全部发送完毕，禁止串行口中断 SJMP ENDT ;转中断返回转中断返回LOOP: INC DPTR ;修改地址指针修改地址指针 MOVX A,DPTR ;取发送数据取发送数据 MOV SBUF,A ;启动串行口启动串行口E