单片微机原理与应用 教学课件 ppt 作者 罗印升 2011-part_06

2019/5/25,1,“单片机原理与应用”课程,第 6 章 51系列单片机的串行通信,2019/5/25,2,第6章 51系列单片机的串行通信,6.1 串行通信概述,6.2 串行通信的接口与控制,6.3 串行接口的工作模式,6.4 51系列单片机的通信,2019/5/25,3,【基本知识点与要求】 (1)了解通信的概念，理解串行通信和并行通信原理。 (2)理解 串行通信的3种方式。（3）掌握串行通信的标准、51系列单片 机串行接口的结构与控制应用方法。（4）理解51系列单片机的 通信工作方式及其应用。,【重点与难点】 重点是51系列单片机串行接口的结构与控制应用方法、51系列单片机之间及单片机与PC之间的通信。难点是51系列单片机之间及单片机与PC之间的通信。,本章首先介绍串行通信的基本方式；其次介绍51系列单片机串行接口的结构与控制；然后介绍51系列单片机串行接口的工作模式并举例说明应用方法；最后介绍51系列单片机之间及单片机与PC之间的通信。,第6章 51系列单片机的串行通信,2019/5/25,4,6.1 串行通信概述,6.1.1 串行通信的基本方式,通信：计算机与计算机之间或者与外设之间的信息交换。 通信的基本方式：并行通信和串行通信。 并行通信：一个数据编码字符的所有位都同时发送、并排传输， 又同时被接收的方式。 串行通信：一个数据编码字符的所有位按一定顺序，一位接着一 位被发送和接收的方式。,1. 异步通信方式： 在异步通信中，数据是以字符为单位进行传送的，一个字符又称为一帧信息（或者一帧数据）。,按照串行通信数据的时钟同步方式，可分为异步通信方式和同步通信方式。,2019/5/25,5, 起始位：逻辑“0”，占1位。发送器通过发送起始位以通知接收端有一个字符数据开始传送，准备接收。 数据位：起始位之后就是传送的数据位，数据位可以是5位、6位、7位或8位，是逻辑“0”或者逻辑“1”。数据位中，总是低位在前（左），高位在后（右）。,（1）帧结构 一帧信息由4部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位 。,6.1 串行通信概述,2019/5/25,6, 奇偶校验位：位于数据位后，占1位。用于对字符传送作 正确性检查。常有3种情况：奇校验、偶校验和无校验。当该位不 用于校验时可作为控制位，用于表征该字符所代表的信息性质 （地址/数据）。 停止位：停止位在最后，用于标志一个字符信息传送结 束，它对应于逻辑“1”状态。停止位可以是1位、1.5位或者2位。 两帧信息之间可以无空闲位，也可以有若干空闲位。,6.1 串行通信概述,（2）波特率（Baud Rate）,波特率是指单位时间内传送的信息量。当用二进制数位表示时，即为每秒钟传送的二进制位数（也称比特率），单位是bps（或b/s），即位/秒。要求接收和发送方保持相同的波特率。常用的波特率是50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200位/秒。,2019/5/25,7,2. 同步通信方式,同步通信是以数据块的方式传送的。每一数据块开头附加一个或两个同步字符，在数据块的末尾加差错校验字符。在同步通信中，由同一频率的时钟脉冲来实现发送与接收双方的同步。,6.1 串行通信概述,2019/5/25,8,6.1 串行通信概述,6.1.2 串行通信的数据传送方式,串行数据通信按照数据传输方向可以分为三种方式。,1. 单工(Simplex)方式 单工方式的数据传送是单方向的。通信双方中一方固定为发送端，另一方则固定为接收端。单工方式的串行通信，只需要一条数据线。如图所示。例如计算机与打印机之间的串行通信就是单工方式，因为只能是计算机向打印机传送数据，而不可能有相反方向的数据传送。,（a）单工方式,2019/5/25,9,半双工方式的数据传送是双向的，但同一时间只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据，任何一方不可同时发送和接收数据。因此半双工方式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。如图 (b)所示。,2. 半双工(Half-duplex)方式,6.1 串行通信概述,（b）半双工方式,2019/5/25,10,3. 全双工(Full-duplex)方式,全双工方式的数据传送是双向的，任何一方可以同时发送和接收数据，因此全双工方式的串行通信需要两条数据线。如图 (c)所示。,6.1 串行通信概述,（c）全双工方式,2019/5/25,11,在设计通信接口时，根据需要选择接口标准(明确定义由若干条信号线，使接口电路标准化、通用化)，并考虑传输介质、电平转换等问题。如果是几米的数据传送，只需要TXD、RXD和GND三条线；如果距离小于15米，采用RS-232C接口标准，可提高信号幅度加大传送距离。如果是长距离传送，可采用RS-422标准。,6.1 串行通信概述,6.1.3 串行通信的接口标准,1. RS-232C标准,1969年，美国电子工业协会(Electronics Industries Association，EIA)将RS-232C作为串行通信接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。该标准规定数据通信设备（Data Communication Equipment，DCE）使用插座，数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)使用插头。,2019/5/25,12,RS-232C接口标准设有25条信号线，常用的有9条。因此串行接口的连接器分为9芯D型连接器（插头和插座）和25芯D型连接器（插头和插座）两种，它们之间的信号对应关系如表所示。在距离小于15米时，计算机、计算机终端和一些外围设备可通过自身的RS-232C总线，只需要3条连接线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”，直接将通信双方连接起来进行通信。,6.1 串行通信概述,RS-232C接口标准是在TTL集成电路之前制定的，所以它的电平和TTL电平是不兼容的，不能直接相连。RS-232C接口标准规定了数据和控制信号的电压范围和逻辑表示，逻辑“0”的电压在+3V+15V之间，逻辑“1” 的电压在3V15V之间。,2019/5/25,13,6.1 串行通信概述,2019/5/25,14,2. RS-422A标准,6.1 串行通信概述,RS-422A标准电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器等部分组成。采用双端线传送信号，可以全双工工作。其中一条是逻辑“1”状态，另一条是逻辑“0”状态。发送器采用平衡输出，接收器采用差分输入。通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成电位差，完成发送端的信息传递；通过传输线接收器，把电位差变换成逻辑电平，实现接收端的信息接收。RS-422标准在电缆长度不超过12米时，最大位速率为10Mb/s；采用低速率90000b/s时，最大传输距离1200m。,2019/5/25,15,3. RS-485标准,RS-485是RS-422A的一种变型，它只能进行半双工的串行通信，但多站互连时，可节省信号线。因此，RS-485几乎成了各种智能仪器的标准接口。RS-485扩展了RS-422A的性能，一个发送器能够驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。但RS-485没有规定在何时控制发送器发送或接收器接收的规则，电缆要求比RS-422A更严格，采用屏蔽双绞线传输。RS-485主要性能指标如下：,6.1 串行通信概述,2019/5/25,16,（1）驱动方式:平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好 （2）总线容量：32台驱动器；32台接收器。 （3）最大传输距离： 1200m，对应的速率为：9600b/s。 （4）最大传输速率： 10Mb/s，对应的距离为：12m。 （5）驱动器输出电压：无负载时为±5V;有负载时为±1.5V。 （6）驱动器负载电阻： 54欧姆 （7）接收器输入电压 -7V +12V；接收器输入敏感度±200mV；接收器输入电阻12千欧,6.1 串行通信概述,2019/5/25,17,为了实现串行通信，单片机必须要有相应的硬件接口电路。该接口电路作为单片机的一个组成部分，集成在单片机内部。AT89S51单片机有一个全双工的串行接口，可作为通用异步接收和发送器（UART）使用，也可作同步移位寄存器使用，还可以用于网络通信。,6.2 串行接口的结构与控制,6.2.1 串行接口的结构,2019/5/25,18,AT89S51串行接口主要由两个物理上独立的接收和发送数据缓冲寄存器（SBUF）、发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门等组成。发送缓冲器SBUF只能写入，不能读出；接收缓冲器SBUF只能读出，不能写入。虽然两个缓冲寄存器共用同一个物理地址（99H），但可以使用读/写指令来区分它们。 例如，执行MOV SBUF，A指令，使将数据写入发送缓冲器；执行MOV A，SBUF指令，从接收缓冲器中读取数据。 串行接口还有两个专用寄存器SCON、PCON，SCON用来存放串行接口的控制和状态信息，PCON用于改变串行接口通信的波特率，定时器T1作为波特率发生器。,6.2 串行接口的结构与控制,2019/5/25,19,6.2 串行接口的结构与控制,AT89S51单片机通过引脚RXD（P3.0）和引脚TXD(P3.1)与外界进行通信。,串行收、发的工作由串行接口来完成。发送时，CPU执行MOV SBUF，A指令，将数据写入发送缓冲器，启动发送。发送缓冲器中的数据被转换成一定格式的串行数据，从TXD（P3.1）引脚上按规定的波特率逐位输出；接收时，要监视RXD（P3.0）引脚，一旦出现起始位“0”，就一位一位地接收数据，将接收来的一定格式的串行数据转换成并行数据，送入接收缓冲器。然后通知CPU，CPU执行MOV A，SBUF指令，从接收缓冲器读取数据。,6.2.2 串行接口的控制,1. 串行接口状态控制寄存器 SCON 串行接口状态控制寄存器SCON用于设置串行接口通信的工作模式、接收/发送控制及指示串行接口的中断状态。该寄存器的字节地址为98H，具有位寻址功能，位地址为98H9FH。,2019/5/25,20,（1）SM0（SCON.7）、SM1（SCON.6）：串行接口工作模式选择位。可选择4种工作模式，如下表所示。,6.2 串行接口的结构与控制,2019/5/25,21,（2）SM2（SCON.5）：多处理机通信控制位。主要用于模式 2和模式3中。,模式0时，SM2必须为0。 模式1时，若SM2l，只有接收到有效的停止位时，接收中断RI置“1”，以便接收下一帧数据。,模式2和模式3时，SM21，则允许多机通信。在主-从式多机通信中，SM2用于从机的接收控制。当SM2=1时，只有当从机接收到的第9位数据（RB8）为“1”时（地址帧），才将接收到的前8位数据送入缓冲器SBUF中，并把RI置“1”、同时向CPU申请中断；如果接收到的第9位数据（RB8）为“0”（数据帧），不设置接收中断标志RI（RI=0），将接收到的前8位数据丢弃。当SM20时，则不论接收到的笫9位数据是“0”还是“1”，都将前8位数据装入SBUF中，置位接收中断标志RI、并向CPU申请中断。,6.2 串行接口的结构与控制,2019/5/25,22,（3）REN（SCON.4）：允许串行接收控制位。 REN1时，允许串行接口接收数据；REN0时，禁止串行接口接收数据。,（4）TB8（SCON.3）:模式2和模式3中该位是要发送的第9位数 根据需要由软件置位或复位。在通信协议中，常规定TB8作为奇偶校验位。在51系列单片机的多机通信中，TB8=0表示数据帧；TB8=1表示地址帧。在模式0或模式1中该位未用。,6.2 串行接口的结构与控制,（5）RB8（SCON.2）：模式2和模式3中接收到的第9位数据。 它可以是约定的奇偶校验位，也可以是约定的地址/