第6章单片机串行通信及接口.ppt

1、第6章 单片机串行通信及接口,6.1 串行通信基础,6.2 MCS-51的串行接口,6.3 串行口应用举例,6.1 串行通信基础,通信：计算机和外部设备之间的信息交换。,通信的基本方式,1.并行通信：数据各位同时送出。 优点：通信速度快； 缺点：传输线根数多,只适用近距离的通信。,2.串行通信：数据一位一位地传送 。 优点：占有传输线少，适合于远距离通信； 缺点：通信速度慢。,6.1.1 串行通信方式,1.异步通信：,1帧指1字符代码或1字节数据,(2)每帧的格式：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。 有时，帧之间还有空闲位。,间断传送时，则两帧间插入若干空闲位“1” ，表等待状态。,(1)什

2、么是异步通信？数据是一帧一帧传送的,优点：发送端和接收的时钟源可不同步，硬件比较简单； 缺点：数据是一个一个字符发送，而且每个字符都有起始位和停止位(有时字符之间还有空闲位)，故传送速率较低。,(3)异步通信的优缺点,2.同步通信,(1)什么是同步通信？数据是多个字符连续传送的。,多个连续字符叫数据块,优点：数据是多个字符连续发送，故传送速率较较高。 缺点：发送端和接收的时钟源必须同步，硬件比较复杂；,(3)同步通信的优缺点,(2)同步通信格式：12个同步字符+多个连续数据字符,无间隙，无起停位,6.1.2 串行通信的传送方向,1.单工传输：数据只能单方向传送的通信方式; 2.双工传输：数据可

3、以双向传送的通信方式 (1)半双工传输方式：双工通信中，只一根传输线，两个方向上的数据不能同时传送。,(2)全双工传输方式：有两根传输线，允许数据同时双向传送。,6.1.3 串行通信的传送速率(波特率),波特率(Band Rate)：每秒钟传送二进制数码的位数， 单位：bps(bit per second)，即位/秒(b/s)。,例6-1 在同步通信中信息传送速度为360字符/s,每个字符又包含10位,试求此同步通信中的波特率及一位二进制数的传送时间。,解：波特率是 360字符/s10位/字符=3600 bps 一位二进制数传送的时间即为波特率的倒数： Tb=1/3600 s=0.278 s,

4、6.1.4 信号的调制与解调(用于远程异步通信),1. 近程异步通信,适用范围：通信距离30 m以内。,通信方法：数字信号直接传送。 参见6.3.4的RS-232。,不改变信号波形和频率,2. 远程异步通信,(1)通信距离在30 m以上时，信号衰减很严重，可以利用调制解调器(MODEN)解决这个问题。 (2)工作原理,数字信号 发送端高频正弦信号 接收端模拟信号 数字信号,电话线,MODEN,MODEN,频率取决于数字信号“0”和“1”,6.2 MCS-51的串行接口,6.2.1 串行接口构成,1.发送电路：发送缓冲寄存器SBUF，输出门电路 作用： SBUF:并行 串行；门电路:输出控制 2

5、.接收电路：接收缓冲寄存器SBUF，移位寄存器 作用：移位寄存器:输入控制,串行并行；SBUF:缓冲作用 3.控制电路：主要是串行控制寄存器SCON，电源控制寄存器PCON。 其他：有时还要用到与定时器和中断相关的寄存器(5章已学过)。,单缓冲(SBUF),双缓冲(SBUF，移位寄存器),6.2.2 与串行口有关的寄存器,1.串行口缓冲寄存器SBUF,(1)物理结构上：可分为接收和发送2个缓冲寄存器。 (2)软件上：同一个字节地址99H。 这时从指令上区分： 例： MOV SBUF，A ； SBUF表示发送缓冲寄存器 MOV A，SBUF ； SBUF表示接收缓冲寄存器,(不能位寻址,复位后为

6、00H),2.串行口控制寄存器SCON,(可按位寻址,复位后为00H),(1)SM0、SM1:工作方式选择位 4种组合4 种工作方式(详见6.2.3节),(2)SM2：多机通信控制位 (详见6.2.3节和6.3.3节) 方式2或方式3：接收时，只有SM2=0或接收的第9位为1时才向CPU申请中断。 方式1：接收时，只有SM2=0或接收的停止位为1时才向CPU申请中断。 方式0：必须有SM2=0。,(3)REN：串行允许接收位 REN =1时，允许接收； REN =0时，禁止接收。,(4)TB8和RB8：发送和接收的第9位 TB8 方式2和3中，TB8是发送的第9位数据。 方式0和1中，TB8不

7、用。 RB8 方式2和3中，RB8是接收的第9位数据。 方式1中，RB8是接收的停止位。 方式0中，不用RB8。 (5)TI和RI ：中断标志位(教材P90已介绍) TI：发送标志位。发送结束硬件置位;但必须软件清零。 RI：接收标志位。接收结束硬件置位;但必须软件清零。,3. 电源控制寄存器PCON,CHMOS型单片机的电源控制(见P34的2.5.2),(不能位寻址,复位后为00H),SMOD:波特率选择位。 在工作方式1、2、3中: 若SMOD=1，则波特率提高一倍； 若SMOD=0，则波特率不变。,波特率选择位,6.2.3 串行口的工作方式,1. 方式0同步移位寄存器方式(SM0SM10

8、0),传输8位数据:低位在前,高位在后,(1)特点 波特率：固定，为fOSC/12。不论是输出还是输入数据： TXD：输出移位脉冲， RXD：输入/输出数据。 作用：用于I/O口扩展(如上图)。,(2)发送操作启动条件： TI=0前提下，用指令MOV SBUF,A 启动。 发送过程：TXD输出移位脉冲，RXD发送SBUF中的数据。中断：发完8位数据，TI自动置1，请求中断。 中断服务程序：如要继续发送，重复启动条件内容(TI=0, MOV SBUF,A ),(3)接收操作启动条件：RI=0和REN=1条件下启动。 接收过程：TXD输出脉冲，RXD接收数据到SBUF。 中断：接收完8位数据，RI

9、自动置1，请求中断。 中断服务程序：(a)用指令MOV A,SBUF 保存数据。 (b)如要继续接收，必须使RI=0。,2. 方式18位异步通信接口(SM0SM101),(1)特点 每帧为10位：数据位(8位)+起始停止位(2位)。 波特率由T1 的溢出率决定，而溢出率可由软件设置。,溢出率就是溢出的频率即1s内溢出的次数，由于溢出1次的时间为一次定时时间T 。 故溢出率=1s/T= 1/T 。,作用：两单片机之间或单片机与外设间的通信。,(2)发送操作启动条件： TI=0前提下，用指令MOV SBUF,A 启动。 发送过程： (a)电路自动添加起始位和停止位； (b)TXD发送SBUF中的数

10、据。 中断：发完一帧数据，TI自动置1，请求中断。 中断服务程序：如要继续发送，重复启动条件内容(TI=0, MOV SBUF,A ),(3)接收操作,启动：REN=1时，就对RXD采样。 当出现1至0跳变时，则启动接收。 接收过程：(a)RXD接收数据和起始停止位到移位寄存器。 (b) 当RI=0，且SM2=0(或停止位为1) 时： 8位数据装入SBUF，第9位(停止位)进入RB8。 中断：执行完 ，RI自动置1，请求中断。 中断服务程序：(a)用指令MOV A,SBUF保存数据。 (b)如要继续接收，必须使TI=0。,3. 方式2和方式3,(1)特点 方式2和方式3的差异：仅在于波特率不同

11、。 方式2：由fOSC决定；方式3：由T1溢出率决定； 方式2、3和方式1的差异：主要在于每帧数据位数不同。 方式1：每帧为10位，数据位(8位)+起始停止位(2位)。 方式2,3：每帧11位,数据位(8位)+起始停止位(2位)+编程位(1位),(2)发送操作方式2、3类似于方式1。 不同的是：方式2和方式3有9位有效数据位。发送时，CPU除要把发送字符装入SBUF外，还要把第9位程控位先送入TB8。,接收过程也和方式1类似。 不同的是： (a) RB8中存放的内容不一样 方式1：存放停止位；方式2、3：存放第9数据位(编程位)。 (b)数据进入SBUF和发生中断的条件不一样。 方式1：RI=

12、0，且SM2=0（或停止位为1） 方式2：RI=0，且SM2=0（或编程位为1）,(3)接收操作,6.2.4 串行口的通信波特率的设定,1. 方式0的波特率,在方式0中，每个机器周期Tcy产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。 方式0的波特率=1/Tcy=1/12Tosc=fosc/12,2. 方式2的波特率,方式2的波特率与SMOD，fosc都有关。,当SMOD=1时，波特率为fosc/32； 当SMOD=0时，波特率为fosc/64。,方式0的波特率只与fosc都有关。,3. 方式1或方式3的波特率(方式1、3波特率完全相同),由T1溢出率与SMOD同时决定：,T1溢出率即为一次定时时间的

13、倒数,式中：X定时初值，2M最大计数值(取决于T1工作方式)。,T1作为波特率发生器时，一般是使T1工作在方式2。,此时，波特率,则初值计算公式为：,表 6.2 常用波特率与T1参数的关系,6.3 串行口应用举例,串行口初始化：,(1)设置SCON：SM0、SM1：根据工作方式设置。 SM2：方式0、1中，SM2=0； 方式2、3中，根据需要设置SM2； REN：如接收数据，REN=1； TB8：方式2、3中，把发送的第9位写入TB8； TI、RI ：TI=RI=0。,(2)设置PCON：在方式1、2、3中，根据实际需要设置SMOD的值，以控制 波特率是否加倍。,(3)设置T1：在方式1、3中

14、，必须通过设置T1设定波特率。 设定T1为工作方式2； 根据波特率算出T1初值，再给TH1，TL1送相同初值； 启动T1。,(4)对串口中断进行设置(IE,IP)：如是中断方式发送接收，则需要设置IP、IE；如是查询方式发送接收,则不需要设置IP、IE。,6.3.1 串行口方式0的应用,应用：外接移位寄存器可以扩展一个或多个8位并行I/O口。,优点：不占用片外RAM地址，电路简单。 缺点：操作速度较慢。,(2)控制端 S/L(移位/置入端)：为0时,并行输入(AH)进入芯片； 为1时,并行输入被阻断，数据可以沿AH方向移动； CLK INH(时钟禁止端)： 为1时钟输入端CLK不起作用；为0时

15、CLK起作用。 CLK( 时钟输入端)： 在CLK上升沿处，数据可以沿AH方向移动,74LS165介绍： 并入串出移位寄存器,(1)数据端： AH：并行输入端； SIN ：串行数据输入端； QH：串行输出端； QH ：串行互补输出端(与QH输出相反) 。,1. 用74LS165扩展并行输入口,例6-2 从16位扩展口读入10组数据（每组2个字节），并把它们转存到内部RAM中以30H开始的单元，试编写程序。,硬件分析：(1)P1.0=0(S/L=0) 时：并行输入。 (2) P1.0=1(S/L=1) 时：关闭并行输入,等待从右向左的串行移位. 启动：在方式0时,只要RI=0和REN=1,就启动

16、接收操作。 接收过程：P3.1输出移位脉冲，在脉冲作用下，数据就从右向左的串行移位。同时P3.0输入串行数据到SBUF。 中断或查询：每接收完1字节，RI=1。此时可通过查询或中断程序把SBUF的内容转存到内部RAM中。同时使RI=0。,串行口初始化：,(1)设置SCON：方式0：SM0SM1=00， SM2=0； 接收数据：REN=1； 此时TB8和RB8不起作用：取复位值TB8 =RB8=0； 中断标志位必须清零： TI=RI=0。 故SCON初值为：0001 0000B=10H,SCON （98H）,(2)设置PCON和T1：方式0，不需要设置,(3) 中断设置：本例采用查询方式接收数据

17、, 不需要设置。,MOV R6，#0AH ；设置读入组数10 MOV R0，#30H ；设接收数据首地址 BXR0：CLR P1.0 ；P1.0为低电平，输入并行口数据 SETB P1.0 ；P1.0为高电平，关并行输入，允许串行移位 MOV R1，#02H ；设置每组字节数2 RXDD：MOV SCON，#10H ；设工作方式为0，且启动输入 WAIT： JNB RI，WAIT ；如RI=0,反复执行本程序 ;(未接收完一帧数据，等待) CLR RI ；清除接收中断标志，准备下次接收 MOV A，SBUF ；读入接收数据 MOV R0，A ；送内部RAM区 INC R0 ；指向下一地址 DJ

18、NZ R1，RXDD ；如(R1)-00,一组数据未读完,转RXDD DJNZ R6，BXR0 ；如(R6)-00,10组数据未读完,转BXR0 RET,程序：,(2)控制端 CLEAR：清零端 CLEAR =0时, QAQH 全为0；CLEAR =1时, 不影响输出 ； CP： 时钟输入端 在CP上升沿处，串行输入AB进入QA，同时QAQH向右移动一位。,74LS164介绍： 串入并出移位寄存器,2. 用74LS164扩展并行输出口,(1)数据端： A，B：串行输入端， 输入数据为C=AB QAQH ：并行数据输出端,例6-3 将片内RAM的30H和31H单元中的数据经串行口由74LS164

19、并行输出，试编写程序。,硬件分析：(1)P1.0=0 时：清零输出。 (2) P1.0=1 时：CLEAR不影响输出。,启动： TI=0前提下，用指令MOV SBUF,A 启动。 发送过程： P3.1输出移位脉冲，在脉冲作用下，P3.0输出数据到QA,其他各位从左向右串行移位。 中断或查询：每发送完1字节，TI=1。此时可通过查询或中断程序使TI=0，并用指令MOV SBUF,A 再次输出。,串行口初始化：,(1)设置SCON：方式0：SM0SM1=00， SM2=0； 不接收数据：REN=0； 此时TB8和RB8不起作用：取复位值TB8 =RB8=0； 中断标志位必须清零： TI=RI=0。

20、 故SCON初值为：0000 0000B=00H,SCON （98H）,(2)同例6-2不需要设置PCON、T1和中断。,MOV R6，#02H ；设置发送字节数 MOV R0，#30H ；设置地址指针 MOV SCON，#00H ；设置串行口方式0 SEND： MOV A，R0 ；数据字节A MOV SBUF，A ；发送数据 WAIT：JNB TI，WAIT ；查询是否发送完一帧，如没有，则等待 CLR TI ；清发送中断标志 INC R0 ；取下一个数 DJNZ R6，SEND ；发送数据未完，继续 RET,程序：,6.3.2 串行口方式1的应用(双机通信),例6-4 1号和2号两台805

21、1单片机，1号机中有一个数据块，40H为数据块首地址，数据块长度是16 B，现要通过串行口发送到2号机，2号机存放起始地址仍是40H，两机晶振频率为11.0592 MHz，波特率为2400 bps。,通信协议： (1)1帧为10位(1个起始位和停止位，8个数据位)。 (2)发送数据前要问答：1号机先发送 “E1” (16进制)，2号机收到后回答 “E2” 。当1号机收到应答信号“E2”后才发送。 (3)发送完数据后要比较1号机和2号机的校验和： 1号和2号机的校验和：分别是发送和接收的16字节数之和. 若两者相等：说明接收正确， 2号机回答00H； 1号机收到后结束发送。 若两者不相等：说明接

22、收不正确，2号机回答0FFH，请求重发。 1号机若收到的答复非零，则重新发送数据。,串行口初始化：,(1)设置SCON：方式1：SM0SM1=01， SM2=0； 接收数据：REN=1； 此时TB8和RB8不起作用：取复位值TB8 =RB8=0； 中断标志位必须清零： TI=RI=0。 故SCON初值为：0101 0000B=50H,SCON （98H）,(2) 设置T1和PCON T1工作在定时器方式2：TMOD=20H,GATE C / T M1 M0 GATE C / T M1 M0,TMOD (89H),T0,T1,INT1不控制,则GATE=0,定时模式C/T=0,方式2, M1M0

23、=10,T0不参与,值任取,不妨取0000B,两机晶振频率为11.0592 MHz,波特率为2400 bps,查表6-2得 TH1=TL1=0F4H，SMOD=0(即PCON=0)。,(3) 中断设置：本例采用查询方式发送和接收数据, 不需设置。,(2)接受操作： 要启动接收并能把数据接收到SBUF的条件：REN=1， RI=0，SM2=0。 SBUF接受完一帧数据， RI自动置1。 通过查询指令如查询到RI=1，说明一帧数据已到SBUF，此时： (a)必须用指令MOV A,SBUF才能保存数据到内部RAM。 (b)如要继续接收，必须使TI=0。,注意：在设置SCON时,已经使SM0SM1=0

24、1(方式1),REN=1； SM2=TI=RI=0，可见： 只要设置好SCON,就完全做好了把数据接收到SBUF的准备；而对于发送数据，还需指令MOV SBUF,A才能启动。,方式1的复习：,(1)发送操作： TI=0前提下，用指令MOV SBUF,A 启动。 发完一帧数据，TI自动置1。 如要继续发送，必须使RI=0。,(a) 发送程序流程图,(b) 接收程序流程图,ORG 0000H ASTART: CLR EA;关中断 MOV TMOD,#20H;T1定时方式2 MOV TL1,#0F4H;波特率为2400bps MOV TH1,#0F4H MOV PCON,#00H SETB TR1

25、;启动T1 MOV SCON,#50H;串口方式1,且准备好接收数据 ALOOP1: MOV SBUF,#0E1H;发联络信号 JNB TI,$;等待一帧发送完毕 CLR TI;允许再发送 JNB RI,$;等待2号机的应答信号 CLR RI;允许再接收 MOV A,SBUF;把2号机应答信号读至A XRL A,#0E2H;(AE2H) A,如应答信号为E2H异或后为00H JNZ ALOOP1;如(A) 0(应答错误),转ALOOP1 ALOOP2: MOV R0,#40H;R0指向数据块首址 MOV R7,#10H;数据块长度为16 MOV R6,#00H;清校验和单元,1号机程序：,2号机程序：略,6.3.4 PC机与单片机间的串行通信,(1)单片机