A8中职电子专业

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,本章分为三节，主要介绍：,6.2 80C51,的串行口,6.1,计算机串行通信基础,6.3,单片机串行口应用举例,1,6.1,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术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。,计算机通信,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,。,通信有,并行通信,和,串行通信,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用串行通信方式。,2,计算机通信,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息交换,。可以,分为两大类：并行通信与串行通信。,并行通信,通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送,。,并行通信,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。,3,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传送。,串行通信的特点,：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，但数据的传送控制比并行通信复杂。,4,6.1.1,串行通信的基本概念,一、异步通信与同步通信,1,、异步通信,异步通信,是指通信的,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，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。,5,异步通信是,以字符（构成的帧）为单位进行传输,，字符与字符之间的间隙（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，即,字符之间是异步的,（字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系），但,同一字符内的各位是同步的,（各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍）。,6,异步通信的数据格式,：,异步通信的特点,：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加,2,3,位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。,7,2,、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，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即,保持位同步,关系，,也保持字符同步,关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。,外同步 自同步,8,面向字符的同步格式,：,此时，传送的数据和控制信息都必须由规定的字符集（如,ASCII,码）中的字符所组成。图中,帧头为,1,个或,2,个同步字符,SYN,（,ASCII,码为,16H,）。,SOH,为序始,字符（,ASCII,码为,01H,），表示标题的开始，,标题,中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。,STX,为文始,字符（,ASCII,码为,02H,），表示传送的数据块开始。,数据块,是传送的正文内容，由多个字符组成。数据块后面是,组终字符,ETB,（,ASCII,码为,17H,）或,文终字符,ETX,（,ASCII,码为,03H,）。然后是,校验码,。,典型的面向字符的同步规程如,IBM,的二进制同步规程,BSC,。,9,面向位的同步格式,：,此时，将数据块看作数据流，并用序列作为开始和结束标志。为了避免在数据流中出现序列时引起的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现,5,个连续的,1,就插入一个附加的,0,；接收方则每检测到,5,个连续的,1,并且其后有一个,0,时，就删除该,0,。,典型的面向位的同步协议如,ISO,的高级数据链路控制规程,HDLC,和,IBM,的同步数据链路控制规程,SDLC,。,同步通信的特点,是以特定的位组合“,01111110”,作为帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。,10,二、串行通信的传输方向,1,、单工,单工,是指数据传输仅能沿,一个方向,，不能实现反向传输。,2,、半双工,半双工,是指数据传输可以沿,两个方向,，但需要分时进行。,3,、全双工,全双工,是指数据可以,同时进行双向,传输。,单工,半双工 全双工,11,三、信号的调制与解调,利用调制器（,Modulator,）,把数字信号转换成模拟信号,，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,模拟信号转换成数字信号,。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,MODEM,。,12,四、串行通信的错误校验,1,、,奇偶校验,在发送数据时，数据位尾随的,1,位为奇偶校验位（,1,或,0,）。奇校验时，数据中“,1”,的个数与校验位“,1”,的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“,1”,的个数与校验位“,1”,的个数之和应为偶数。接收字符时，对“,1”,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。,3,、,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。,2,、,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），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（或各字节异或），将所得的结果与发送方的“校验和”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。,13,五、传输速率与传输距离,1,、传输速率,比特率,是,每秒钟传输二进制代码的位数,，单位是：位秒（,bps,）。如每秒钟传送,240,个字符，而每个字符格式包含,10,位,(1,个起始位、,1,个停止位、,8,个数据位,),，这时的比特率为：,10,位,240,个,/,秒,= 2400 bps,波特率,表示,每秒钟调制信号变化的次数,，单位是：波特（,Baud,）。,波特率和比特率不总是相同的，,对于将数字信号,1,或,0,直接用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是相同的。,所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。,14,2,、传输距离与传输速率的关系,串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每,0.3m,（约,1,英尺）有,50PF,电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过,1000 bps,时，最大传输距离迅速下降，如,9600 bps,时最大距离下降到只有,76m,（约,250,英尺）。,15,6.1.2,串行通信接口标准,一、,RS-232C,接口,RS-232C,是,EIA,（美国电子工业协会）,1969,年修订,RS-232C,标准。,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。,1,、机械特性,RS-232C,接口规定使用,25,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）,16,2,、功能特性,17,4,、过程特性,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,。,远程通信连接,18,近程通信连接,19,5,、,RS-232C,电平与,TTL,电平转换驱动电路,20,6,、采用,RS-232C,接口存在的问题,1,、,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，使用时传输距离一般不要超过,15,米（线路条件好时也不超过几十米）。最高传送速率为,20Kbps,。,2,、,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，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并产生压降。,3,、,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。,21,二、,RS-422A,接口,RS-422A,输出驱动器为双端平衡驱动器,。如果其中一条线为逻辑“,1”,状态，另一条线就为逻辑“,0”,，比采用单端不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。,差分电路,能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨,200mV,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，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。,RS-422A,传输速率（,90Kbps,）时，传输距离可达,1200,米。,22,三、,RS-485,接口,RS-485,是,RS-422A,的变型：,RS-422A,用于全双工，而,RS-485,则用于半双工。,RS-485,是一种,多发送器,标准，在通信线路上最多可以使用,32,对差分驱动器,/,接收器。如果在一个网络中连接的设备超过,32,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,1,和逻辑,0,。由于发送方需要,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，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以,传输距离可达,1200,米,，传输速率可达,1Mbps,。,23,RS-485,是一点对多点的通信接口，一般采用,双绞线,的结构。普通的,PC,机一般不带,RS485,接口，因此要使用,RS-232C/RS-485,转换器。对于单片机可以通过芯片,MAX485,来完成,TTL/RS-485,的电平转换。在计算机和单片机组成的,RS-485,通信系统中，下位机由单片机系统组成，上位机为普通的,PC,机，负责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）的识别是通过设置不同的站地址来实现的。,24,6.2,80C51,的串行口,有两个物理上独立的接收、发送缓冲器,SBUF,，它们占用同一地址,99H,；接收器是双缓冲结构 ；发送缓冲器，因为发送时,CPU,是主动的，不会产生重叠错误。,6.2.1,80C51,串行口的结构,25,SCON,是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收,/,发送控制以及设置状态标志：,6.2.2,80C51,串行口的控制寄存器,SM0,和,SM1,为工作方式选择位，可选择四种工作方式：,26,SM2,，多机通信控制位,，主要用于方式,2,和方式,3,。当,接收机的,SM2=1,时可以利用收到的,RB8,来控制是否激活,RI,（,RB8,0,时不激活,RI,，收到的信息丢弃；,RB8,1,时收到的数据进入,SBUF,，并激活,RI,，进而在中断服务中将数据从,SBUF,读走）。,当,SM2=0,时，不论收到的,RB8,为,0,和,1,，均可以使收到的数据进入,SBUF,，并激活,RI,（即此时,RB8,不具有控制,RI,激活的功能）。通过控制,SM2,，可以实现多机通信。,在方式,0,时，,SM2,必须是,0,。在方式,1,时，若,SM2=1,，则只有接收到有效停止位时，,RI,才置,1,。,REN,，允许串行接收位,。由软件置,REN=1,，则启动串行口接收数据；若软件置,REN=0,，则禁止接收。,27,TB8,，在方式,2,或方式,3,中，是发送数据的第九位,，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，作为地址帧,/,数据帧的标志位。,在方式,0,和方式,1,中，该位未用。,RB8,，在方式,2,或方式,3,中，是接收到数据的第九位,，作为奇偶校验位或地址帧,/,数据帧的标志位。在方式,1,时，若,SM2=0,，则,RB8,是接收到的停止位。,28,TI,，发送中断标志位,。在方式,0,时，当串行发送第,8,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,TI,置,1,，向,CPU,发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清,0,，取消此中断申请。,RI,，接收中断标志位,。在方式,0,时，当串行接收第,8,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,RI,置,1,，向,CPU,发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清,0,，取消此中断申请。,29,PCON,中只有一位,SMOD,与串行口工作有关,：,SMOD,（,PCON.7,） 波特率倍增位。在串行口方式,1,、方式,2,、方式,3,时，波特率与,SMOD,有关，当,SMOD=1,时，波特率提高一倍。复位时，,SMOD=0,。,30,6.2.3,80C51,串行口的工作方式,一、方式,0,方式,0,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,RXD,（,P3.0,）引脚输入或输出，同步移位脉冲由,TXD,（,P3.1,）引脚输出。发送和接收均为,8,位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为,fosc/12,。,1,、方式,0,输出,31,2,、方式,0,输入,方式,0,接收和发送电路,32,二、方式,1,方式,1,是,10,位数据的异步通信口。,TXD,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,1,位起始位，,8,位数据位，,1,位停止位。,1,、方式,1,输出,33,2,、方式,1,输入,用软件置,REN,为,1,时，接收器以所选择波特率的,16,倍速率采样,RXD,引脚电平，检测到,RXD,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，控制电路进行最后一次移位。当,RI=0,，且,SM2=0,（或接收到的停止位为,1,）时，将接收到的,9,位数据的前,8,位数据装入接收,SBUF,，第,9,位（停止位）进入,RB8,，并置,RI=1,，向,CPU,请求中断。,34,三、方式,2,和方式,3,方式,2,或方式,3,时为,11,位数据的异步通信口。,TXD,为数据发送引脚，,RXD,为数据接收引脚,。,方式,2,和方式,3,时起始位,1,位，数据,9,位（含,1,位附加的第,9,位，发送时为,SCON,中的,TB8,，接收时为,RB8,），停止位,1,位，一帧数据为,11,位。方式,2,的波特率固定为晶振频率的,1/64,或,1/32,，方式,3,的波特率由定时器,T1,的溢出率决定。,35,1,、方式,2,和方式,3,输出,发送开始时，先把起始位,0,输出到,TXD,引脚，然后发送移位寄存器的输出位（,D0,）到,TXD,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,TXD,引脚输出。,第一次移位时，停止位“,1”,移入输出移位寄存器的第,9,位上 ，以后每次移位，左边都移入,0,。当停止位移至输出位时，左边其余位全为,0,，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,TI=1,，向,CPU,请求中断。,36,2,、方式,2,和方式,3,输入,接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位,0,移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当,RI=0,，且,SM2=0,（或接收到的第,9,位数据为,1,）时，接收到的数据装入接收缓冲器,SBUF,和,RB8,（接收数据的第,9,位），置,RI=1,，向,CPU,请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位,RI,，继续搜索,RXD,引脚的负跳变。,37,四、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,0,和方式,2,的波特率是固定的，而方式,1,和方式,3,的波特率是可变的，由定时器,T1,的溢出率来决定。,串行口的四种工作方式对应,三种波特率,。由于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。,方式,0,的波特率,= fosc/12,方式,2,的波特率,=,（,2,SMOD,/64,）, fosc,方式,1,的波特率,=,（,2,SMOD,/32,）,（,T1,溢出率）,方式,3,的波特率,=,（,2,SMOD,/32,）,（,T1,溢出率）,38,当,T1,作为波特率发生器时，最典型的用法是使,T1,工作在自动再装入的,8,位定时器方式（即方式,2,，且,TCON,的,TR1=1,，以启动定时器）。这时溢出率取决于,TH1,中的计数值。,T1,溢出率,= fosc /12256,（,TH1,）,在单片机的应用中，常用的晶振频率为：,12MHz,和,11.0592MHz,。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如表所示。,39,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,1,、串行口控制和中断控制。具体步骤如下：,确定,T1,的工作方式,（编程,TMOD,寄存器）；,计算,T1,的初值,，装载,TH1,、,TL1,；,启动,T1,（编程,TCON,中的,TR1,位）；,确定,串行口控制,（编程,SCON,寄存器）；,串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程,IE,、,IP,寄存器）。,40,6.3,单片机串行口应用举例,在计算机分布式测控系统中，经常要利用串行通信方式进行数据传输。,80C51,单片机的串行口为计算机间的通信提供了极为便利的条件。利用单片机的串行口还可以方便地扩展键盘和显示器，对于简单的应用非常便利。这里仅介绍单片机串行口在通信方面的应用，关于键盘和显示器的扩展将在下一章介绍。,41,6.3.1,单片机与单片机的通信,一、点对点的通信,1,、硬件连接,42,二、应用程序,43,设,1,号机是发送方，,2,号机是接收方。,当,1,号机,发送时,，先发送一个“,E1”,联络信号，,2,号机收到后回答一个“,E2”,应答信号，表示同意接收。当,1,号机收到应答信号“,E2”,后，开始发送数据，每发送一个数据字节都要计算“校验和”，假定数据块长度为,16,个字节，起始地址为,40H,，一个数据块发送完毕后立即发送“校验和”。,2,号机接收数据,并转存到数据缓冲区，起始地址也为,40H,，每接收到一个数据字节便计算一次“校验和”，当收到一个数据块后，再接收,1,号机发来的“校验和”，并将它与,2,号机求出的校验和进行比较。若两者相等，说明接收正确，,2,号机回答,00H,；若两者不相等，说明接收不正确，,2,号机回答,0FFH,，请求重发。,1,号机接到,00H,后结束发送,。若收到的答复非零，则重新发送数据一次。双方约定采用,串行口方式,1,进行通信，,一帧信息为,10,位，其中有,1,个起始位、,8,个数据位和一个停止位；波特率为,2400,波特，,T1,工作在定时器方式,2,，振荡频率选用,11.0592MHZ,，查表可得,TH1=TL1=0F4H,，,PCON,寄存器的,SMOD,位为,0,。,44,发送程序清单如下：,ASTART,：,CLR EA,MOV TMOD,，,#20H,；定时器,1,置为方式,2,MOV TH1,，,#0F4H,；装载定时器初值，波特率,2400,MOV TL1,，,#0F4H,MOV PCON,，,#00H,SETB TR1,；启动定时器,MOV SCON,，,#50H,；设定串口方式,1,，且准备接收应答信号,ALOOP1,：,MOV SBUF,，,#0E1H,；发联络信号,JNB TI,，,$,；等待一帧发送完毕,CLR TI,；允许再发送,JNB RI,，,$,；等待,2,号机的应答信号,CLR RI,；允许再接收,MOV A,，,SBUF,；,2,号机应答后，读至,A,XRL A,，,#0E2H,；判断,2,号机是否准备完毕,JNZ ALOOP1,；,2,号机未准备好，继续联络,ALOOP2,：,MOV R0,，,#40H,；,2,号机准备好，设定数据块地址指针初值,MOV R7,，,#10H,；设定数据块长度初值,MOV R6,，,#00H,；清校验和单元,45,ALOOP3,：,MOV SBUF,，,R0,；发送一个数据字节,MOV A,，,R6,ADD A,，,R0,；求校验和,MOV R6,，,A,；保存校验和,INC R0,JNB TI,，,$,CLR TI,DJNZ R7,，,ALOOP3,；整个数据块是否发送完毕,MOV SBUF,，,R6,；发送校验和,JNB TI,，,$,CLR TI,JNB RI,，,$,；等待,2,号机的应答信号,CLR RI,MOV A,，,SBUF,；,2,号机应答，读至,A,JNZ ALOOP2,；,2,号机应答“错误”，转重新发送,RET,；,2,号机应答“正确”，返回,46,接收程序清单如下：,BSTART,：,CLR EA,MOV TMOD,，,#20H,MOV TH1,，,#0F4H,MOV TL1,，,#0F4H,MOV PCON,，,#00H,SETB TR1,MOV SCON,，,#50H,；设定串口方式,1,，且准备接收,BLOOP1,：,JNB RI,，,$,；等待,1,号机的联络信号,CLR RI,MOV A,，,SBUF,；收到,1,号机信号,XRL A,，,#0E1H,；判是否为,1,号机联络信号,JNZ BLOOP1,；不是,1,号机联络信号，再等待,MOV SBUF,，,#0E2H,；是,1,号机联络信号，发应答信号,JNB TI,，,$,CLR TI,MOV R0,，,#40H,；设定数据块地址指针初值,MOV R7,，,#10H,；设定数据块长度初值,MOV R6,，,#00H,；清校验和单元,47,BLOOP2,：,JNB RI,，,$,CLR RI,MOV A,，,SBUF,MOV R0,，,A,；接收数据转储,INC R0,ADD A,，,R6,；求校验和,MOV R6,，,A,DJNZ R7,，,BLOOP2,；判数据块是否接收完毕,JNB RI,，,$,；完毕，接收,1,号机发来的校验和,CLR RI,MOV A,，,SBUF,XRL A,，,R6,；比较校验和,JZ END1,；校验和相等，跳至发正确标志,MOV SBUF,，,#0FFH,；校验和不相等，发错误标志,JNB TI,，,$,；转重新接收,CLR TI,END1,：,MOV SBUF,，,#00H,RET,48,二、多机通信,1,、硬件连接,单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。,80C31,单片机的串行口方式,2,和方式,3,适于这种主从式的通信结构。当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。在实际的多机应用系统中，常采用,RS-485,串行标准总线进行数据传输。,49,2,、通信协议,所有从机的,SM2,位置,1,，处于接收地址帧状态。,主机发送一地址帧，其中,8,位是地址，第,9,位为地址,/,数据的区分标志，该位置,1,表示该帧为地址帧。,所有从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机的地址比较。对于地址相符的从机，使自己的,SM2,位置,0,（以接收主机随后发来的数据帧），并把本站地址发回主机作为应答；对于地址不符的从机，仍保持,SM2=1,，对主机随后发来的数据帧不予理睬。,从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第,9,位（,TB8,）为,1,，作为从机数据传送结束的标志。,50,主机接收数据时先判断数据接收标志（,RB8,），若,RB8=1,，表示数据传送结束，并比较此帧校验和，若正确则回送正确信号,00H,，此信号命令该从机复位（即重新等待地址帧）；若校验和出错，则发送,0FFH,，命令该从机重发数据。若接收帧的,RB8=0,，则存数据到缓冲区，并准备接收下帧信息。,主机收到从机应答地址后，确认地址是否相符，如果地址不符，发复位信号（数据帧中,TB8=1,）；如果地址相符，则清,TB8,，开始发送数据。,从机收到复位命令后回到监听地址状态（,SM2=1,）。否则开始接收数据和命令。,51,3,、应用程序,主机发送的地址联络信号为：,00H,，,01H,，,02H,，, ,（即从机设备地址），地址,FFH,为命令各从机复位，即恢复,SM2=1,。,主机命令编码为：,01H,，主机命令从机接收数据；,02H,，主机命令从机发送数据。其它都按,02H,对待。,RRDY=1,：表示从机准备好接收。,TRDY=1,：表示从机准备好发送。,ERR=1,： 表示从机接收的命令是非法的。,程序分为主机程序和从机程序。约定一次传递数据为,16,个字节，以,01H,地址的从机为例,。,52,