单片机的数据通信.ppt
第8章 单片机的数据通信,8.1 单片机的串行通信8.2 单片机与PC之间的串行通信习题,本章将围绕着单片机在实际应用中对串口的使用，根据通信的方法分别介绍单片机的各种通信和数据传送的方式。对于1-wire总线、IIC总线和SPI总线等知识由于内容较多，本书将在后面单独作为一章来介绍。,8.1 单片机的串行通信,8.1.1 案例介绍及知识要点8.1.2 程序示例8.1.3 知识总结串行口的结构8.1.4 知识总结串行口相关特殊功能寄存器8.1.5 知识总结串行通信工作方式及波特率的计算,8.1.1 案例介绍及知识要点,利用单片机a将一段流水灯控制程序发送到单片机b，利用b来控制其P1口点亮8位LED，如图8-1所示。了解串行口的基本结构和工作原理。掌握相关寄存器的配置方式。了解串行口的工作方式，掌握串行通信波特率的计算方式。掌握应用程序的编写方法。,8.1.2 程序示例,1案例分析a完成发送，b完成接收。编写程序设置a，令SM0=0，SM1=1。设置b，令SM0=0，SM1=1，REN=1，使接收允许。2源程序1)数据发送程序2)数据接收程序,8.1.3 知识总结串行口的结构,51系列单片机的串行口占用P3.0和P3.1两个引脚，是一个全双工的异步串行通信接口，可以同时发送和接收数据。P3.0是串行数据接收端RXD，P3.1是串行数据发送端TXD。51单片机串行接口的内部结构如图8-2所示。51单片机串行接口的结构由串行接口控制电路、发送电路和接收电路3部分组成。,8.1.4 知识总结串行口相关特殊功能寄存器,串行口控制寄存器SCON存放串行口的控制和状态信息，串行口用定时器T1作为波特率发生器(发送接受时钟)，电源控制寄存器PCON的最高位SMOD为串行口波特率的倍率控制位，中断允许控制寄存器IE控制串行通信中断是否允许。具体格式如下。1串行口控制寄存器SCON2数据缓冲器SBUF3电源控制寄存器PCON4中断允许控制寄存器IE,1串行口控制寄存器SCON,串行口的工作方式是由串行口控制寄存器SCON控制的，其格式如表8-1所示。(1)SM0和SM1：用于设置串行接口的工作方式，有4种工作方式，如表8-2所示。(2)SM2：方式2和方式3的多级通信控制位。对于方式2或方式3，如SM2置为1，则接收到的第9位数据(RB8)为1时置位RI，否则不置位；对于方式1，若SM2=1，则只有接收到有效的停止位时才会置位RI。对于方式0，SM2应该为0。(3)REN：允许串行接收位。由软件置位或清零。REN=1时，串行接口允许接收数据；REN=0时，则禁止接收。(4)TB8：对于方式2和方式3，是发送数据的第9位。可用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位，TB8=0，发送地址帧，TB8=1，发送数据帧。需要有软件置1或清0。(5)RB8：对于方式2和方式3，是接收数据的第9位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。对于方式1，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。对于方式0，不使用RB8。(6)TI：发送中断标志位。由硬件在方式0串行发送第8位结束时置位，或在其他方式串行发送停止位的开始时置位，向CPU发中断申请，但必须在中断服务程序中由软件将其清0，取消此中断请求。(7)RI：接收中断标志位。由硬件在方式0接收到第8位结束时置位，或在其他方式接收到停止位的中间时置位，向CPU发中断申请，但必须在中断服务程序中由软件将其清0，取消此中断请求。,表8-12,2数据缓冲器SBUF,发送缓冲器只管发送数据，51单片机没有专门的启动发送的指令，发送时，就是CPU写入SBUF的过程(MOV SBUF，A)；接收缓冲器只管接收数据，接受时，就是CPU读取SBUF的过程(MOV A，SBUF)。即数据接收缓冲器只能读出不能写入，数据发送缓冲器只能写入不能读出。CPU对特殊功能寄存器SBUF执行写操作，就是将数据写入发送缓冲器；对SBUF执行读操作就是读出接受缓冲器的内容。所以可以同时发送和接收数据。对于发送缓冲器，由于发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。而接收缓冲器是双缓冲结构，以避免在接收下一帧数据之前，CPU未能及时响应接收器的中断，没有把上一帧数据取走，就会丢失前一字节的内容。,3电源控制寄存器PCON,PCON的最高位是串行口波特率系数控制位SMOD，在串行接口方式1、方式2和方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率加倍，否则不加倍。复位时，SMOD=0。PCON的地址为97H，不能位寻址，需要字节传送。其格式如表8-3所示。,4中断允许控制寄存器IE,此寄存器在6.2.5节中断的控制与实现中已经介绍过，此处为了串行数据通信的需要又一次列出，其格式如表8-4所示。其中，ES为串行通信中断允许位：ES=0，禁止串行端口中断；ES=1，允许串行端口的接收和发送中断。,8.1.5 知识总结串行通信工作方式及波特率的计算,通过对串行控制寄存器SM0(SCON.7)和SM1(SCON.6)的设置，可将51单片机的串行通信设置成4种不同的工作方式，如表8-2所示。1方式02方式13方式24方式35波特率,1方式0,当串行通信控制寄存器SCON的最高两位SM0SM1=00时，串行口工作在方式0。方式0是扩展移位寄存器工作方式，常常用于外接移位寄存器扩展I/O口。在此方式下，数据由RXD串行地输入/输出，TXD为移位脉冲输出端，使外部的移位寄存器移位。发送和接收都是8位数据，为1帧，没有起始位和停止位，低位在前。1)方式0输出。如图8-3所示。2)方式0输入。如图8-4所示。当用户在应用程序中，将SCON中的REN位置1时(同时RI=0)，就启动了一次数据接收过程。数据从外接引脚RXD(P3.0)输入，移位脉冲从外接引脚TXD(P3.1)输出。8位数据接收完后，由硬件将输入移位寄存器中的内容写入SBUF，并自动将RI置1，向CPU申请中断。CPU响应中断后，用软件将RI清0，同时读走输入的数据，接着启动串行口接收下一个数据。,图8-34,2方式1,当串行通信控制寄存器SCON的最高两位SM0SM1=01时，串行口工作在方式1。在方式1下，串行口是波特率可变的10位异步通信接口。TXD为数据输出线，RXD为数据输入线。传送一帧数据为10位：1位起始位(0)，8位数据位(低位在先)，1位停止位(1)。方式1的波特率发生器由下式确定：方式1波特率=(2SMOD/32)定时器1的溢出率其中，SMOD是特殊功能寄存器PCON的最高位，即波特率加倍控制位。当SMOD=1时，串行口的波特率加倍。1)方式1发送。如图8-5所示。2)方式1接收。如图8-6所示。,图8-56,3方式2,当串行通信控制寄存器SCON的最高两位SM0SM1=10时，串行口工作在方式2。在方式2下，串行口是波特率可调的11位异步通信接口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。传送一帧数据为11位：1位起始位(0)，8位数据位(低位在先)，第9位(附加位)是SCON中的TB8或RB8，最后1位是停止位(1)。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32，由下式确定：方式2波特率=(2SMOD/64)fosc其中，SMOD是特殊功能寄存器PCON的最高位，即波特率加倍控制位。当SMOD=1时，串行口的波特率被加倍。1)方式2发送。如图8-7所示。2)方式2接收。如图8-8所示。,图8-78,4方式3,由于方式2的波特率完全取决于单片机使用的晶振频率，当需要改变波特率时(除了波特率加倍外)往往需要更换系统的晶体振荡器，灵活性较差，而方式3的波特率是可以调整的，其波特率取决于T1的溢出率。当串行通信控制寄存器SCON的最高两位SM0SM1=11时，串行口工作在方式3。方式3是波特率可调的11位异步通信方式，该方式的波特率由下式确定：方式3波特率=(2SMOD/32)定时器1的溢出率串行口方式3接收数据和发送数据的时序分别如图8-7和图8-8所示。方式2和方式3除了使用的波特率发生器不同外，其他都相同，因此在这里不再做介绍。,5波特率,为了保证异步通信数据信息的可靠传输，异步通信的双方必须保持一致的波特率。串行口的波特率是否精确直接影响到异步通信数据传送的效率，如果两个设备之间用异步通信传输数据，但二者之间的波特率有误差，极可能造成接收方错误接收数据。常用的串行口波特率及相应的晶振频率、T1工作方式和计数初值等参数的关系如表8-5所示。,表8-5,8.2 单片机与PC之间的串行通信,8.2.1 案例介绍及知识要点8.2.2 程序示例8.2.3 知识总结RS232接口标准,8.2.1 案例介绍及知识要点,单片机与PC进行通信，利用MAX232作为电平转换芯片，电路原理图如图8-9所示。了解RS-232C串行通信接口标准。掌握接口电路的设计方式及电气特性。学会编写基本程序。,8.2.2 程序示例,(1)单片机向PC发送数据。(2)单片机接收PC送来数据。,8.2.3 知识总结RS232接口标准,除了满足约定的波特率、工作方式和特殊功能寄存器的设定外，串行通信双方必须采用相同的接口标准，才能进行正常的通信。由于不同设备串行接口的信号线定义及电器规格等特性都不尽相同，因此要使这些设备能够互相连接，需要统一的串行通信接口。RS-232C接口标准的全称是EIA-RS-232C标准，其中，EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS(Recommended Standard)代表EIA的“推荐标准”，232为标识号。RS-232C定义了数据终端设备(DTE)与数据通信设备(DCE)之间的物理接口标准。接口标准包括引脚定义、电气特性和电平转换几方面的内容。1引脚定义2电气特性3RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路,1引脚定义,RS-232C接口规定使用25针D型口连接器，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。在微型计算机通信中，常常使用的有9根信号引脚，所以常用9针D型口连接器替代25针连接器。连接器引脚定义如图8-10所示，RS-232C接口的主要信号线的功能定义如表8-6所示。,2电气特性,RS-232C采用负逻辑电平，规定DC(-3-15)为逻辑1，DC(+3+15)为逻辑0。通常RS-232C的信号传输最大距离为30m，最高传输速率为20kbit/s。RS-232C的逻辑电平与通常的TTL和MOS电平不兼容，为了实现与TTL或MOS电路的连接，要外加电平转换电路。,3RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路,1单片机串行口与PC的RS-232C接口不能直接对接，必须进行电平转换。常见的TTL到RS-232C的电平转换器有MC1488、MC1489和MAX 202/232/232A等芯片。由于单片机系统中一般只用+5V电源，MC1488和MC1489需要双电源供电(12V)，增加了体积和成本。生产商推出了芯片内部具有自升压电平转换电路，可在单+5V电源下工作的接口芯片MAX232，如图8-11所示，它能满足RS-232C的电气规范，内置电子泵电压转换器将+5V转换成-10V+10V，该芯片与TTL/CMOS电平兼容，片内有两个发送器，两个接收器，在单片机应用系统中得到了广泛使用。,习题,1并行通信和串行通信的特点是什么？2串行口有几种工作方式？有几种帧格式？各种工作方式的波特率如何确定？3编写程序，单片机在按键的控制下发送一组数据，PC接收，利用串行口调试助手查看结果。4编写程序，PC发送，单片机接收数据，将数据通过数码管显示。,
