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单片机原理及其应用 教学课件 ppt 作者 陈立周 陈宇 第7章

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  • 上传时间:2019-05-26
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    • 1、第七章 串行接口,第一节 概述 第二节 8051单片机串行接口 第三节 串行接口的工作方式 第四节 串口初始化编程 第五节 RS-232、RS-485接口 第六节 调制解调器 第七节 串行接口的应用,本章要点,串行通信的基本概念。 8051单片机串行接口的结构与工作方式,与PC的通信以及通信程序的编制。 远程通信概念,RS-232、RS-485接口以及调制解调器的应用。,第一节 概述,一、串行通信的工作方式 1.异步方式:以帧作为传送单位,每一帧由起始位、数据位、校验位和停止位组成,结构如图。,2 .异步接收/发送器 异步传送方式可以通过软件将一帧数据逐位取出,在开头加起始位,末尾加校验位和停止位。然后进行发送。也可以用硬件自动完成;这种硬件称为异步接收发送器,简称为UART。8051单片机在片内就提供了一个UART。 3.同步方式 同步方式仅在开始用若干字符作为同步号令,然后连续发送数据,如图所示。由于没有在每一个字符中,配置起始、停止位,所以结构紧凑,传输效率高、速度快,其组成如下图所示:,二、串行通信的传送速度 串行通信的数据传送是按位进行的,每秒所传送的位数称为波特率,如果数据

      2、传送的速度为每秒120帧,每个帧包含10位,则每秒传送1200位,即波特率为1200。 10120=l200bit/s=1200baut 每位传送的时间T等于波特率的倒数,如上例波特率为1200则每位传送时间为 T = 0.833ms 国际上规定的标准波特率系列为300、600、1200、1800、2400、4800、9600和19200bit/s 。,三、串行通信的传送方向 1.单工方式:指通信双方,一方只能发送,另一方只能接收,传送方向是单一的。 2.半双工方式:通信双方只有一根传输线(共地),但任何一方都可以发送,当一方发送时,另一方只能接收。 3.全双工方式:需要通信双方连接两条传输线(共地),一条是将数据从甲方送到乙方,另一条是从乙方送到甲方。允许双向同时发送。,四、串行通信的校验方式,,奇校验:根据数据中1的个数,决定校验位是否置1。以使1的个数总和为奇数。,偶校验,根据数据中1的个数,决定校验位是否置1,以使1的个数总和为偶数。,2.一组数据的校验方法,在一组数据之后加发数据代数和或在一组数据之后加发数据异或值。,1.异步通信中单个字符的校验方法 通常是在单个字符末位后面

      3、,附加一个校验位。,五、调制与解调 串行通信所传送的内容是一串O和l。从0到1或从1到0,形成数据脉冲的前沿和后沿。前后沿越陡峭,频谱就越宽,线间电容造成的信号畸变就越大。所以远距离通信需对信号进行调制。,数据脉冲转换为音频正弦信号后,可用普通电话线进行远距离传输,接收端收到经过调制的音频信号,必须经过解调恢复成原来的数据脉冲。,将信号0调制为400Hz正弦波。 将信号1调制为1200Hz正弦波。,将400Hz正弦波转换为信号0。 将1200Hz正弦波转换为信号1 。,调制,解调,返回本章首页,第二节 8051单片机串行接口,8051单片机串行接口结构,一、数据缓冲器SBUF 发送数据 通过指令MOV SBUF,A将数据写入SBUF,然后串口自动将数据按事先设置的方式及速率从TXD(P3.1)端口输出,数据发送完毕,串口向CPU申请中断,且通过硬件将TI置1,表示发送已经结束,等待写入第二帧数据。 接收数据 通过指令MOV A , SBUF,使串口按事先设置的方式及速率自动从端口TXD(P3.1) 接收数据,一帧数据接收完毕 RI=1,串口向CPU请求中断且表示接收已经结束。,二、控制

      4、寄存器SCON SCON各位定义 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0和SM1与工作方式关系 SM0 SMl 工作方式 功 能 波特率 0 0 0 作移位的IO f 12 0 1 1 8位 UART 可变由Tl时间常数定 1 0 2 9位 UART f /n n=64或32 1 1 3 9位 UART 可变由Tl时间常数定 注:表中f 为主振频率。,三、电源控制寄存器PCON PCON各位定义 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL 电源控制寄存器主要用于设置低功耗模式和掉电保护工作模式。但其中第7位SMOD用于串口。当串口工作于方式1、方式2、方式3时,波特率与SMOD有关,当SMOD=1波特率加倍,SMOD=0,则不加倍。,返回本章首页,第三节 串行接口的工作方式,一、串行口工作方式0 方式0工作性能: 1)波特率固定为 发送位数据等于一个机器周期。 2)不论是发送还是接收,数据都是从RXD(P3.0)端出入。TXD端而作为同步移位脉冲输出端。

      5、3)工作于方式0时,可将串行接口扩展为并行接口,而其他三种工作方式,则主要用于通信。,方式0的工作时序,方式0的接收时序,方式0的发送时序,方式0的应用,串行口扩展为并行输出口,串行口扩展为并行输人口,二、串口工作方式1 方式1的工作性能 1)波特率可变 串口波特率由定时器T1产生,并决定于T1定时时间,而T1的定时时间决定于装入的时间常数N,因此可根据时间常数N推出波特率,即 2)传送数据为8位,连同一位起始位、一位停止位组成一帧,即一帧为10位,发送由TXD输出,接收由RXD输入,可构成全双工的串行通信端口。,方式1的工作时序,三、串口工作方式 2、3 方式2、3的工作性能 1)方式2波特率固定,并等于。 方式3波特率计算方法同方式1,即等于。 2)一帧数据为11位,包括1位起始位、8位数据位、1位可编程位、1位停止位。数据位低位在前高位在后,第9位可编程位发送时从SCON中的TB8取出,接收时第9位存SCON中的RB8。,返回本章首页,第四节 串口初始化编程,一、计算波特率 串口方式0 串口方式1和串口方式3 串口方式2,二、对SCON、PCON、TMOD初始化 以设计一8051

      6、单片机控制系统为例,设主振频率为12MHz,要求串口发送数据为8位、波特率为1200bps.则初始化步骤为: 1.先按波特率要求,计算T1的时间常数N,设SMOD=1。 已知主振频率为12MHz,波特率为1200bps.,串口工作于方式1,按式7-4可求得 N=203.920CCH 2.写出初始化程序 MOV SCON,#50H ;串行口工作于方式1 MOV PCON,#80H ;SMOD=1, MOV TMOD,#20H ;T1工作方式2定时方式 MOV THl,#0CCH ;设置时间常间为N MOV TLl,#0CCH ;自动装入时间常数 SETB TR1 ;启动T1,返回本章首页,第五节 RS-232、RS-485接口,一、RS-232,使用RS-232接口可增加串口的驱动能力、信号幅度与传输距离。,直接用单片机的串 口进行通信,可以将 两个串口直接相连,,RS232芯片MAX232的组成与引脚,引脚,内部组成,二、RS-485 RS-485与RS-232的主要区别是采用差分传输方式以提高通信距离和可靠性,发送端使用2根信号线发送同一信号,但极性相反,接收端从两根线的电压信号相减

      7、得到实际信号,可以有效减小共模干扰,提高通信距离达送1200m。,RS-485传输连接,三、RS-232与 RS-485的转换 实现RS-232/RS-485的转换,可通过两个步骤完成,先用MAX232芯片将RS-232电平转换成TTL逻辑,然后用MAX485芯片把TTL逻辑转换为RS-485输出。 反过来使用,也能将RS-485转换为RS-232。,MAX232芯片,MAX485芯片,RS232,TTL,RS485,MAX485芯片,MAX232芯片,RS485,TTL,RS232,返回本章首页,利用MAX3162直接实现RS-232/RS-485的转换,RS232 输出,RS232 输入,RS485 A,B出,RS485 A,B入,第六节 调制解调器,一、调制解调器工作原理 调制解调器的作用是将脉冲型的数据信号,调制在音频载波上。,调制解调器 三种方式,幅移键控(ASK),相移键控(PSK),频移键控(FSK),二、调制器芯片XR2206,数字信 号输入,正弦调 制波输出,频率调节,对称调节,波形调节,调制器芯片XR2206的工作原理 调频时1脚接地,数据信号从第9脚输入,控制电流

      8、开关,以调节压控振荡器去选择第7脚或第8脚的电阻,改变输出的音频载波频率,达到调频的目的。输入低电平0频率为1180Hz。高电平1频率为980Hz。这样,原来由低电平0和高电平1组成的脉冲信号,经VCO转换后,成为由1180Hz和980Hz组成的调频波,完成FSK的调制任务。调制后的调频波送到正弦波调整器,从第2脚输出,接在13脚和14脚的电阻,用来调节正弦波的波形。接在15脚和16脚的电阻,用来调节正弦波的对称。3脚是乘法器和正弦波调整器的输出端,可以接一个负载电阻,用来调节正弦波的幅度。,三、解调器芯片XR2211,解调器芯片XR2211工作原理,压控振荡器 定时电容,调制信 号输入,数字信 号输出,数字滤波,返回本章首页,第七节 串行接口的应用,一、单片机之间或单片机与外设之间的通信 应用8051单片机串行接口,首先要对专用寄存器SCON和PCON以及波特率发生器T1进行初始化编程,以设定它的工作方式和波特率高低,然后再通过SBUF实现发送和接收。 发送和接收可以在主程序中进行,也可以放在中断程序中进行,但由于串行通信的速度比较慢,主程序通常安排做其他工作,发送和接收最好放在中断

      9、程序中进行。只有在UART完成一个帧的发送或接收后,才通过中断进行收发。,应用举例:在车间设置一个生产进度显示板。显示当天已完成的产量,所需数据,从主单片机传送到显示板,设计一主单片机与显示板单片机间的传送程序。 1主单片机的主程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LIMP SUBG ;INT0中断入口 ORG 0100H START: MOV 30H,#00H MOV SP,#60H SETB IT0 ;边沿触发方式 MOV SCON,#40H ;工作方式1 MOV PCON,#00H ;波特率不加倍 MOV TMOD,#2OH ;T1工作方式2定时,接下,续上 MOV THl,#0E8H MOV TLl,#0E8H ;波特率为1200bp SETB EA ;开中断 SETB EX0 ;允许中断源INT0中断 SETB TRl ;打开波特率发生器 WAIT: NOP ;等待中断 SJMP WAlT 主单片机的中断服务程序 ORG: 0300H SUBG: INC 30H ;产量计数单元加1 MOV SBUF,30H ;送串口 DDF: JNB TI,DDF ;等待发送 CLR TI RETI,1显示板的主程序 ORG 0000H LJMP START ORG 0023H AJMP SUBG ;中断人口 ORG 0100H START:MOV 30H,#00H MOV SP,#60H MOV SCON,#50H ;串口工作方式1允许接收 MOV PCON,#00H ;波特率不加倍 MOV TMOD,#20H ;T1工作于方式1定时 MOV THl,#0E8H MOV TLl,#OE8H ;波特率为1200bps SETB EA ;开中断 SETB ES ;允许串口中断 SETB TR1 ;

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