单片微机原理与应用 教学课件 ppt 作者 罗印升 素材包 第6章　51系列单片机的串行通信

1、第6章 51系列单片机的串行通信,(1) 了解通信的概念，理解串行通信和并行通信的原理。 (2) 理解串行通信的三种工作模式。 (3) 掌握串行通信的标准、51系列单片机串行接口结构与控制的应用方法。 (4) 理解51系列单片机的通信工作方式及其应用。 6.1 串行通信概述 6.2 串行接口的结构与控制 6.3 串行接口的工作模式 6.4 51系列单片机的通信,6.1 串行通信概述,6.1.1 串行通信的基本方式 6.1.2 串行通信的数据传送方式 6.1.3 串行通信的接口标准,6.1.1 串行通信的基本方式,1.异步通信方式 2. 同步通信方式,1.异步通信方式,(1)帧结构 (2)波特率(Baud,1.异步通信方式,图6-1 异步通信方式的字符格式,(1)帧结构,1) 起始位：逻辑“0”，占1位。 2) 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”。 3) 奇偶校验位：位于数据位后，占1位。 4) 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。,(2)波特率,波特率是指单位时间内传送的信息量。当用

2、二进制数位表示时，即为每秒钟传送的二进制位数(也称位率)，单位是bit/s，即位/秒。传送数据要求接收方和发送方必须保持相同的波特率。,2. 同步通信方式,图6-2 同步通信数据传送方式,6.1.2 串行通信的数据传送方式,1. 单工方式 2. 半双工方式 3. 全双工方式,1. 单工方式,单工(Simplex)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6-3a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。,2. 半双工方式,半双工(Half-duplex)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6-3b所示。,3. 全双工方式,图6-3 串行通信数据的传送方式 a)单工方式 b)半双工方式 c)全双工方式,6.1.3 串行通信的接口标准,1. RS-232C标准 2. RS-422A标准 3. RS-485标准

3、,1. RS-232C标准,1969年，美国电子工业协会(Electronics Industries Association，EIA)公布将RS-232C作为串行通信的接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标志号，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。,2. RS-422A标准,表6-1 25芯D型连接器和9芯D型连接器引脚的对应关系,2. RS-422A标准,表6-1 25芯D型连接器和9芯D型连接器引脚的对应关系,3. RS-485标准,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：9600bit/s。 4)最大传输速率： 10Mbit/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。 7)接收端输入电压 -7V12V；接收端输入敏感度2

4、00mV；接收端输入电阻12k。,6.2 串行接口的结构与控制,6.2.1 串行接口的结构 6.2.2 串行接口的控制 6.2.3 波特率设计,6.2.1 串行接口的结构,图6-4 AT89S51串行接口结构框图,6.2.2 串行接口的控制,1. 串行接口状态控制寄存器 2. 波特率选择寄存器,1. 串行接口状态控制寄存器,1)SM0(SCON.7)、SM1(SCON.6)：串行接口工作模式选择位。 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。 3)REN(SCON.4)：允许串行接收控制位。 4)TB8(SCON.3)：模式2和模式3中该位是要发送的第9位数据。 5)RB8(SCON.2)：模式2和模式3中接收到的第9位数据。 6)TI(SCON.1)：发送中断标志位。 7)RI(SCON.0)：接收中断标志位。,1. 串行接口状态控制寄存器,表格,表6-2 串行接口的4种工作模式,2. 波特率选择寄存器,1)SMOD串行接口波特率倍增位。 2)GF1、GF0通用标志位。 3)PD掉电方式控制位。 4)IDL待机(空闲)方式控制位。,2. 波特率选择寄存

5、器,表格,6.2.3 波特率设计,1.模式0的波特率 2.模式2的波特率 3. 模式1和模式3的波特率,1.模式0的波特率,在模式0时，每一个机器周期发送或接收一位数据。因此，模式0时的波特率由单片机系统的振荡频率(fOSC)确定。波特率固定为fOSC/12，不受SMOD位的影响。模式0的波特率=fOSC12 (6-1),2.模式2的波特率,在模式2时，波特率由单片机系统的振荡频率(fOSC)和SMOD位确定。当SMOD1时，波特率fOSC/32；当SMOD0时，波特率fOSC/64。模式2的波特率=fOSC322SMOD2(6-2),3. 模式1和模式3的波特率,模式1和模式3时的波特率由定时器T1的溢出率和SMOD共同确定。波特率=2SMOD32定时器T1的溢出率 (6-3) 定时器T1工作于模式0时，则溢出率=fOSC121213-TC (6-4)式中，TC为13位计数器初值。,3. 模式1和模式3的波特率,表6-3 用定时器T1产生的常用波特率,3. 模式1和模式3的波特率,表6-3 用定时器T1产生的常用波特率,3. 模式1和模式3的波特率,表6-3 用定时器T1产生的常用波

6、特率,6.3 串行接口的工作模式,6.3.1 模式0 6.3.2 模式1 6.3.3 模式2 6.3.4 模式3 6.3.5 串行接口的初始化与应用编程方法举例,6.3.1 模式0,1.模式0移位输出 2. 模式0移位输入,6.3.1 模式0,表格,1.模式0移位输出,图6-5 模式0串行数据输出时序,2. 模式0移位输入,图6-6 模式0串行数据输入时序,6.3.2 模式1,1. 模式1发送 2. 模式1接收,1. 模式1发送,图6-7 模式1的发送数据时序,2. 模式1接收,图6-8 模式1的接收数据时序,6.3.3 模式2,1. 模式2发送 2.模式2接收,1. 模式2发送,图6-9 模式2发送数据时序,2.模式2接收,1)RI0，即上一帧数据接收完毕时发出的中断请求已被响应，SBUF中数据已被取走。 2)SM20或接收到的停止位1。,2.模式2接收,图6-10 模式2接收数据时序,6.3.4 模式3,当SM0 SM111时，选择模式3。模式3同样是串行异步通信方式，其一帧数据格式、接收、发送过程与模式2完全相同，不同的是波特率。模式3的波特率和模式1相同，由T1的溢出率及SMO

7、D位共同决定。,6.3.5 串行接口的初始化与应用编程方法举例,1. 串行接口的初始化 2.串行接口的应用编程方法举例,1. 串行接口的初始化,1)选择串行接口工作模式，确定模式控制字，并写入SCON中。 2)对PCON设置波特率加倍位“SMOD”(默认值=0)。 3)如果T1作波特率发生器，还要进行T1的初始化，包括选定时器工作模式2；将计算(或查表)得到的初值赋值给TH1、TL1；启动T1；T1关中断。,2.串行接口的应用编程方法举例,解： (1)题意分析 (2)波特率的计算 (3)程序设计 (4)编程 (1)功能分析 (2)程序流程如图6-13所示。 (3)编程,图6-11 甲机发送数据流程图,图6-12 乙机接收数据流程图,图6-13 中断服务程序流程图,6.4 51系列单片机的通信,6.4.1 51系列单片机的双机通信技术 6.4.2 51系列单片机的多机通信技术 6.4.3 51系列单片机与PC通信技术,6.4.1 51系列单片机的双机通信技术,1. TTL电平通信 2.基于RS-232C标准的双机通信,1. TTL电平通信,图6-14 TTL电平通信,2.基于RS-232

8、C标准的双机通信,解： (1)功能分析 (2)波特率计算 (3)发送数据子程序流程如图6-17和图6-18所示，接收数据流程如图6-19和图6-20所示。 (4)编程,2.基于RS-232C标准的双机通信,图6-15 MAX232芯片引脚,2.基于RS-232C标准的双机通信,图6-16 基于RS-232C标准的双机通信接口电路,图6-17 发送子程序流程图,图6-18 发送中断服务程序流程图,图6-19 接收子程序流程图,图6-20 接收中断服务程序流程图,6.4.2 51系列单片机的多机通信技术,1.多机通信原理 2.多机通信应用举例,6.4.2 51系列单片机的多机通信技术,图6-21 主从式多机通信系统结构图,1.多机通信原理,1)令所有从机的SM2=1，处于只接收地址帧的状态。 2)主机发送一帧地址信息，与所需要的从机进行联络。 3)每个从机接收到地址帧后，产生中断，将各自所接收的地址与本机地址相比较。 4)主机接收从机回送的地址信息后，与其发送的地址比较：若相等，则发送控制指令或数据给被寻址的从机，数据帧的第9位(TB8)清“0”，表示发送的是数据或控制指令；若不相等，则继续发送地址信息，第9位(TB8)为1。 5)当主机需要和其他从机通信时，可再发出从机的地址帧信息，回到2)。,2.多机通信应用举例,1)系统中有255台从机，它们的地址分别为00H0FEH。 2)地址0FFH是对所有从机都起作用的一条控制命令：命令各从机恢复SM2=1的状态。 3)主机发送的控制命令代码为： 4)数据块长度16个字节。 5)从机状态字格式为,表格,图6-22 多机通信的主机子程序流程图,图6-23 多机通信的从机程序流程图,6.4.3 51系列单片机与PC通信技术,解： (1)查询方式 (2) 中断方式,6.4.3 51系列单片机与PC通信技术,图6-24 单片机与PC采用MAX232通信连接图,

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