单片机课件05

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1、1第七章第七章 单片机的串行口单片机的串行口27.1 计算机串行通信基础计算机串行通信基础 随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换计算机之间的信息交换。通信有通信有并行通信并行通信和和串行通信串行通信两种方式。在多两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。用串行通信方式。3计算机通信计算机通信是将计算机技术和

2、通信技术的相结合，是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换息交换 。可以。可以分为两大类：并行通信与串行通信。分为两大类：并行通信与串行通信。并行通信并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送时进行传送。并行通信并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。4串行通信串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地

3、传送。串行通信的特点串行通信的特点：传输线少，长距离传送时：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。但数据的传送控制比并行通信复杂。57.1.1 7.1.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 一、异步通信与同步通信一、异步通信与同步通信1、异步通信、异步通信 异步通信异步通信是指通信的是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。发送和接收设备的时钟尽

4、可能一致。6 异步通信是异步通信是以字符（构成的帧）为以字符（构成的帧）为单位进行传输单位进行传输，字符与字符之间的间，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有即字符之间不一定有“位间隔位间隔”的整的整数倍的关系，但数倍的关系，但同一字符内的同一字符内的各位之各位之间的距离均为间的距离均为“位间隔位间隔”的整数倍。的整数倍。7异步通信的数据格式异步通信的数据格式：异步通信的特点异步通信的特点：不要求收发双方时钟的：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但严

5、格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加每个字符要附加23位用于起止位，各帧位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。之间还有间隔，因此传输效率不高。82、同步通信、同步通信同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为为“位间隔位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步保持位同步关系，关系，也保持字符同步也保持字符同步关系。发送方对接收方关系。发送方对接收方的同步可以通过

6、两种方法实现。的同步可以通过两种方法实现。外同步外同步 自同步自同步9二、串行通信的传输方向二、串行通信的传输方向1、单工、单工单工单工是指数据传输仅能沿是指数据传输仅能沿一个方向一个方向，不能实现反向传输。，不能实现反向传输。2、半双工、半双工半双工半双工是指数据传输可以沿是指数据传输可以沿两个方向两个方向，但需要分时进行。，但需要分时进行。3、全双工、全双工全双工全双工是指数据可以是指数据可以同时进行双向同时进行双向传输。传输。单工 半双工半双工 全双工全双工10三、信号的调制与解调三、信号的调制与解调 利用调制器（利用调制器（Modulator）把数字信号转换成把数字信号转换成模拟信号模

7、拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器，然后送到通信线路上去，再由解调器（Demodulator）把从通信线路上收到的）把从通信线路上收到的模拟信模拟信号转换成数字信号号转换成数字信号。由于通信是双向的，调制器。由于通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。11四、串行通信的错误校验四、串行通信的错误校验 1、奇偶校验奇偶校验在发送数据时，数据位尾随的在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（位为奇偶校验位（1或或0）。奇）。奇校验时，数据中校验时，数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和应为奇的个数

8、之和应为奇数；偶校验时，数据中数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位的个数与校验位“1”的个数之和的个数之和应为偶数。接收字符时，对应为偶数。接收字符时，对“1”的个数进行校验，若发现不的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错。一致，则说明传输数据过程中出现了差错。3、循环冗余校验循环冗余校验这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。等。这种校验方法纠错能力强

9、，广泛应用于同步通信中。2、代码和校验代码和校验代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得的结果与发送方的节异或），将所得的结果与发送方的“校验和校验和”进行比较，进行比较，相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。12五、传输速率与传输距离五、传输速率与传输距离

10、 1、传输速率、传输速率比特率比特率是是每秒钟传输二进制代码的位数每秒钟传输二进制代码的位数，单位，单位是：位秒（是：位秒（bps）。如每秒钟传送）。如每秒钟传送240个字个字符，而每个字符格式包含符，而每个字符格式包含10位位(1个起始位、个起始位、1个停止位、个停止位、8个数据位个数据位)，这时的比特率为：，这时的比特率为：10位位240个个/秒秒=2400 bps137.2 80C51的串行口的串行口 有两个物理上独立的接收、发送缓冲器有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用，它们占用同一地址同一地址99H；接收器是双缓冲结构；接收器是双缓冲结构；发送缓冲器，因为；发送缓冲器

11、，因为发送时发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。是主动的，不会产生重叠错误。7.2.1 7.2.1 80C51串行口的结构串行口的结构 14 SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：发送控制以及设置状态标志：7.2.2 7.2.2 80C51串行口的控制寄存器串行口的控制寄存器 SM0和和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：为工作方式选择位，可选择四种工作方式：15SM2，多机通信控制位，多机通信控制位，主要用于方式，主要用于方式2和方式和方式3。当当接收机的接收机的SM2=1时可

12、以利用收到的时可以利用收到的RB8来控制是否来控制是否激活激活RI（RB80时不激活时不激活RI，收到的信息丢弃；，收到的信息丢弃；RB81时收到的数据进入时收到的数据进入SBUF，并激活，并激活RI，进而在，进而在中断服务中将数据从中断服务中将数据从SBUF读走）。读走）。当当SM2=0时，不时，不论收到的论收到的RB8为为0和和1，均可以使收到的数据进入，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活，并激活RI（即此时（即此时RB8不具有控制不具有控制RI激活的激活的功能）。通过控制功能）。通过控制SM2，可以实现多机通信。，可以实现多机通信。在方式在方式0时，时，SM2必须是必须是0。在方式。

13、在方式1时，若时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，则只有接收到有效停止位时，RI才置才置1。REN，允许串行接收位，允许串行接收位。由软件置。由软件置REN=1，则启动，则启动串行口接收数据；若软件置串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。，则禁止接收。16TB8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是发送数据的中，是发送数据的第九位第九位，可以用软件规定其作用。可以用作，可以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧地址帧/数据帧的标志位。数据帧的标志位。在方式在方式0和方式和方式1中，该位未用。中，该位未用。R

14、B8，在方式，在方式2或方式或方式3中，是接收到数据中，是接收到数据的第九位的第九位，作为奇偶校验位或地址帧，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧数据帧的标志位。在方式的标志位。在方式1时，若时，若SM2=0，则，则RB8是接收到的停止位。是接收到的停止位。17TI，发送中断标志位，发送中断标志位。在方式。在方式0时，当串行时，当串行发送第发送第8位数据结束时，或在其它方式，串位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使行发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置置1，向向CPU发中断申请。在中断服务程序中，必发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清须用软件将其清0，取消此中断

15、申请。，取消此中断申请。RI，接收中断标志位，接收中断标志位。在方式。在方式0时，当串时，当串行接收第行接收第8位数据结束时，或在其它方式，位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使串行接收停止位的中间时，由内部硬件使RI置置1，向，向CPU发中断申请。也必须在中断服发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清务程序中，用软件将其清0，取消此中断申，取消此中断申请。请。18PCON中只有一位中只有一位SMOD与串行口工作有关与串行口工作有关：SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式波特率倍增位。在串行口方式1、方式方式2、方式、方式3时，波特率与时，波特率与

16、SMOD有关，当有关，当SMOD=1时，时，波特率提高一倍。复位时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。197.2.3 7.2.3 80C51串行口的工作方式串行口的工作方式 一、方式一、方式0 方式方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚）引脚输入或输出，同步移位脉冲由输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发）引脚输出。发送和接收均为送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为为fos

17、c/12。1、方式、方式0输出输出20 2、方式、方式0输入输入 方式方式0接收和发送电路接收和发送电路21二、方式二、方式1 方式方式1是是10位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位起始位，位起始位，8位数据位，位数据位，1位停止位。位停止位。1、方式、方式1输出输出22 2、方式、方式1输入输入 用软件置用软件置REN为为1时，接收器以所选择波特率的时，接收器以所选择波特率的16倍速率采倍速率采样样RXD引脚电平，检测到引脚电平，检测到RXD引脚

18、输入电平发生负跳变时，则引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当一次移位。当RI=0，且，且SM2=0（或接收到的停止位为（或接收到的停止位为1）时，）时，将接收到的将接收到的9位数据的前位数据的前8位数据装入接收位数据装入接收SBUF，第，第9位（停止位（停止位）进入位）进

19、入RB8，并置，并置RI=1，向，向CPU请求中断。请求中断。23三、方式三、方式2和方式和方式3 方式方式2或方式或方式3时为时为11位数据的异步通信口。位数据的异步通信口。TXD为数据发为数据发送引脚，送引脚，RXD为数据接收引脚为数据接收引脚。方式方式2和方式和方式3时起始位时起始位1位，数据位，数据9位（含位（含1位附加的第位附加的第9位，位，发送时为发送时为SCON中的中的TB8，接收时为，接收时为RB8），停止位），停止位1位，一位，一帧数据为帧数据为11位。方式位。方式2的波特率固定为晶振频率的的波特率固定为晶振频率的1/64或或1/32，方式方式3的波特率由定时器的波特率由定时

20、器T1的溢出率决定。的溢出率决定。241、方式、方式2和方式和方式3输出输出 发送开始时，先把起始位发送开始时，先把起始位0输出到输出到TXD引脚，然后发送移引脚，然后发送移位寄存器的输出位（位寄存器的输出位（D0）到）到TXD引脚。每一个移位脉冲都引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。引脚输出。第一次移位时，停止位第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第移入输出移位寄存器的第9位位上上，以后每次移位，左边都移入，以后每次移位，左边都移入0。当停止位移至输出位时，。当停止位移至输出位时，左边其余位全为左边其余位全为

21、0，检测电路检测到这一条件时，使控制电，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置路进行最后一次移位，并置TI=1，向，向CPU请求中断。请求中断。252、方式、方式2和方式和方式3输入输入 接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当当RI=0，且，且SM2=0（或接收到的第（或接收到的第9位数据为位数据为1）时，）时，接收到的数据装入接收缓冲器接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和和RB8（接收数（接收数据的第据的第9位），置位），置RI=1，向

22、，向CPU请求中断。如果条件请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索，继续搜索RXD引脚的负跳变。引脚的负跳变。26四、波特率的计算四、波特率的计算 在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为速率要有约定。通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式四种工作方式，其中方式0和方式和方式2的波特率是固的波特率是固定的，而方式定的，而方式1和方式和方式3的波特率是可变的，由定的波特率是可变的，由定时器时器T1的溢出率来决定。的溢出率来决定。串行口的四种工作方式对

23、应串行口的四种工作方式对应三种波特率三种波特率。由于。由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。特率计算公式也不相同。方式方式0的波特率的波特率=fosc/12方式方式2的波特率的波特率=（2SMOD/64）fosc 方式方式1的波特率的波特率=（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）方式方式3的波特率的波特率=（2SMOD/32）（T1溢出率）溢出率）27 当当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入工作在自动再装入的的8位定时器方式（即方式位定时器方式（即方式2

24、，且，且TCON的的TR1=1，以启动定时器）。这，以启动定时器）。这时溢出率取决于时溢出率取决于TH1中的计数值。中的计数值。T1 溢出率溢出率=fosc/12256（TH1）在单片机的应用中，常用的晶振频率为：在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和和11.0592MHz。所。所以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系以，选用的波特率也相对固定。常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。如表所示。28 串行口工作之前，应对其进行初始化，主串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器要是设置产生波特率的定时器1、串行口控、串行口控制和中断控制

25、。具体步骤如下：制和中断控制。具体步骤如下：确定确定T1的工作方式的工作方式（编程（编程TMOD寄存器）；寄存器）；计算计算T1的初值的初值，装载，装载TH1、TL1；启动启动T1（编程（编程TCON中的中的TR1位）；位）；确定确定串行口控制串行口控制（编程（编程SCON寄存器）；寄存器）；串行口在中断方式工作时，要进行中断设置串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程（编程IE、IP寄存器）。寄存器）。297.3 7.3 串行通信接口标准串行通信接口标准 一、一、RS-232CRS-232C接口接口 RS-232C是是EIA（美国电子工业协会）（美国电子工业协会）1969年修订年修订RS

26、-232C标准。标准。RS-232C定义了数据终端设备（定义了数据终端设备（DTE）与数据）与数据通信设备（通信设备（DCE）之间的物理接口标准。）之间的物理接口标准。1、机械特性、机械特性RS-232C接口规定使用接口规定使用25针连接器，连接器的尺寸及每个插针连接器，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。（阳头）针的排列位置都有明确的定义。（阳头）302、功能特性、功能特性314、过程特性、过程特性 过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据确地接收和发送数据。远程通信连接远程通信连接 32近程通信连接近程通信连接 335、

27、RS-232C电平与电平与TTL电平转换驱动电路电平转换驱动电路346、采用、采用RS-232C接口存在的问题接口存在的问题1、传输距离短，传输速率低传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为送速率为20Kbps。2、有电平偏移有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流收发双方的地

28、电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降。并产生压降。3、抗干扰能力差抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比，RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。35二、二、RS-422A接口接口 RS-422A输出驱动器为双端平衡驱动器输出驱动器为双端平衡驱动器。如果其中一条。如果其中一条线为逻辑线为逻辑“1”状态，另一条线就为逻辑状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端不，比采用单端

29、不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。差分电路差分电路能从地线干扰能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨中拾取有效信号，差分接收器可以分辨200mV以上电位差。以上电位差。若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干可使干扰和噪声相互抵消。因此可以避免或大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响。扰和电磁干扰的影响。RS-422A传输速率（传输速率（90Kbps）时，）时，传输距离可达传输距离可达1200米。米。36三、三、RS-485接口接口 RS-485

30、是是RS-422A的变型：的变型：RS-422A用于全双工，而用于全双工，而RS-485则用于半双工。则用于半双工。RS-485是一种是一种多发送器多发送器标准，在通标准，在通信线路上最多可以使用信线路上最多可以使用32 对差分驱动器对差分驱动器/接收器。如果在一个接收器。如果在一个网络中连接的设备超过网络中连接的设备超过32个，还可以使用中继器。个，还可以使用中继器。RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑和逻辑0。由于发送方需要。由于发送方需要两根传输线两根传输线，接收方也需要两根传输线。，接收方也需要两根传输线。传输线采用差动信道，所以

31、它的干扰抑制性极好，又因为它传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达传输距离可达1200米米，传输速，传输速率可达率可达1Mbps。37 RS-485是一点对多点的通信接口，一般是一点对多点的通信接口，一般采用采用双绞线双绞线的结构。普通的的结构。普通的PC机一般不带机一般不带RS485接口，因此要使用接口，因此要使用RS-232C/RS-485转转换器。对于单片机可以通过芯片换器。对于单片机可以通过芯片MAX485来来完成完成TTL/RS-485的电平转换。在计算机和单的电平转换。在计算机和单片机组成的片机组成的RS-485通信系统中，下位机由单通信系统中，下位机由单片机系统组成，上位机为普通的片机系统组成，上位机为普通的PC机，负责机，负责监视下位机的运行状态，并对其状态信息进监视下位机的运行状态，并对其状态信息进行集中处理，以图文方式显示下位机的工作行集中处理，以图文方式显示下位机的工作状态以及工业现场被控设备的工作状况。系状态以及工业现场被控设备的工作状况。系统中各节点（包括上位机）的识别是通过设统中各节点（包括上位机）的识别是通过设置不同的站地址来实现的。置不同的站地址来实现的。38课件制作谢谢观看