51单片机串行通讯ppt课件

,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,*,*,第七讲 串行通讯,电气工程系,赵志衡,E-mail:,1,本讲课程主要内容,（1）串行通讯的基本概念及MCS-51串行口的SFR,（2）串行口的工作方式,（3）串行口波特率的制定,（4）串行口的编程方法,（5）多机通讯,2,串行通讯的基本概念,通讯的基本方式：,串行通讯与并行通讯,串行同步通讯、串行异步通讯,单工、半双工和全双工串行通讯,3,并行通讯、串行通讯,并行通讯：数据各位同时传送,串行通讯：数据一位一位顺序传送,4,串行异步通讯、串行同步通讯,异步通讯，每个数据都要用起始位和停止位作为传送数据开始和结束标志。,同步通讯，具有数据端和时钟端，双方依靠时钟同步。,5,单工、半双工、全双工串行通讯,单工：仅能发送或接收,半双工：能发送、接收，但发送与接收不能同时进行,全双工：能够同时进行发送与接受。,MCS-51可以进行全双工的串行通讯,6,MCS-51串行口的基本结构,发送器：将CPU送来的并行数据，通过发送移位寄存器变为串行数据逐位发送，并自动添加起始位、停止位和第9位数据。,接收器：将接收到的串行数据，经接收移位寄存器变为并行数据，去掉起始位、停止位后，将正确数据送到接收数据缓冲器，供CPU读取。,控制器：接收CPU送来的编程命令，按选定方式实现对串行接口的控制。主要控制参数有：传送波特率的选择、数据格式的选择等。另外还与CPU交换状态信号和中断信号。,串行接口逻辑部件框图,7,串行口的基本结构,SCON为串行口控制/状态寄存器，通过编程写入SCON的控制位可选择串行口的工作方式，读出SCON的状态位可查询串行口的工作状态。,定时/计数器T1可被用做串行口的波特率发生器。,有可控分频电路影响数据传送波特率。,串行口信息的发送/接收是通过写/读数据缓冲器SBUF来实现的。,8,串行口的SFR,串行数据缓冲器SBUF(99H),串行口有两个8位数据缓冲器，一个是发送数据缓冲器SBUF，一个是接收数据缓冲器SBUF。它们共用一个地址99H，发送SBUF只能写入，而接收SBUF只能读出。,通过指令区分：MOV SBUF,A MOV A,SBUF,控制寄存器SCON(98H),SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,节电控制,寄存器PCON(87H),SMOD (D7),复位后状态均为00H,9,串行口控制寄存器SCON,SM0、SM1：,串行口4种工作方式选择位,SM2：,方式2和方式3中的多机通信控制位。在方式2和方式3中，如SM2=1，则当接收到的第9位数据(RB8)为0时，不激活接收中断标志RI(RI=1)。在方式1中，如SM2=1，则只有当接收到有效停止位时才激活RI，若没有接收到有效停止位，则RI清0。在方式0中，SM2必须为0。,REN：,允许串行接收位。REN=1允许接收；,REN=0禁止接收，由软件置位或清零。,TB8：,是工作在方式2和3时，要发送的第9位数据。可由软件置1或清0。在许多的通讯协议中该位是奇偶校验位。,在多机通讯中用来表示是地址帧还是数据帧，TB8=1为地址帧，TB80为数据帧。,10,串行口控制寄存器SCON,RB8：,当工作在方式2和3时，为接收到的第9位数据。,TI：,发送中断标志位，在方式0串行发送第8位数据结束时由硬件置1，或在其它方式串行发送停止位后置1，并申请中断。CPU响应中断后，可发送下一帧数据，TI必须由软件清0。,RI：,为接收结束中断标志。在方式0中，当接收到一帧数据的第8位结束时，RI=1。在其他方式中，接收到停止位后，RI=1，表示可读取接收SBUF中的内容。RI必须用软件清0。,每次发送和接收前，要注意先将TI和RI标志位清0。,串行口作为一个中断源，中断入口地址只有一个(0023H)，当用中断方式同时进行发送和接收时，可通过查询TI和RI状态，确定是发送还是接收结束引起的中断。,11,节电控制寄存器PCON,PCON主要用于节电运行方式控制，PCON.7用做串行口波特率加倍控制位。当设定SMOD=1时，波特率加倍，当SMOD=0时，波特率不加倍。,12,串行口的工作方式,SM0、SM1工作方式选择位,13,方式 0,：(SM0=0 SM1=0),串行口方式0为8位数据同步移位寄存器方式。,RXD引脚为同步数据的输入/输出端，TXD引脚为同步移位脉冲输出端。一个数据帧为8位，,每一个移位脉冲对应数据帧的一个数据位。方式0的,波特率固定为f,osc,/12。,14,方式0的说明:,写入SCON使REN=0，TI=0；然后执行写入SBUF的指令，8位数据装入发送SBUF，硬件启动串行口发送器进行一次发送。通过发送移位寄存器将8位数据逐位送到RXD引脚，每个机器周期内发送一位数据。对应发送数据的每一位，由TXD引脚同步输出一个移位脉冲。发送完一帧，自动置位TI标志，并申请串行口中断。若CPU响应中断，则将从0023H单元开始执行串行口的中断服务程序。,写入SCON使REN=1、RI=0，将启动串行口接收器开始接收。由TXD输出移位脉冲，每对应一个移位脉冲，采样一次RXD引脚信号。每个机器周期采样一次RXD引脚，采到的数据位送入接收移位寄存器后，接收移位寄存器左移一位。接收完一帧，自动置位RI标志，申请串行口中断，并将接收下来的8位数据装入接收SBUF。若CPU响应中断，则从0023H单元开始执行串行口的中断服务程序。,串行口方式0常用于扩展单片机的并行I/O口，也可外接串行同步I/O设备。用方式0输入/输出数据皆通过RXD端，因此方式0为半双工方式，只能分时进行发送和接收。,15,方式1,（SM0=0 SM1=1）,功能说明：串行口方式1为8位数据全双工异步通信方式。TXD为发送数据端，RXD为接收数据端。一个数据帧为10位，包含8位数据位，1个起始位“0”和1个停止位“1”。串行口用方式1工作时，使用定时器T1作为波特率发生器，波特率的设定以T1的溢出率为基准，波特率计算式为,：,(2,SMOD,/32)T1溢出率。,16,方式1的时序图,17,方式1功能说明,执行写入SBUF指令，,将8位数据装入发送SBUF，并启动发送器进行一次发送,：,先将起始位“0”送到TXD引脚，再从低到高逐位发送8位数据，最后发送停止位“1”。每位发送占用的时间由设定的波特率决定。发送完一帧数据，置位TI标志，申请串行口中断。,当REN=1时,，允许接收器准备接收。开始，以16倍于波特率的速率检测RXD引脚的负跳变，当检测到负跳变后，启动一次接收，接收完一帧信息，判断是否满足条件,：,RI=0，而且停止位为1(或SM2=0)。若同时满足这两个条件，则置位RI标志，申请串行口中断，并将接收的8位数据装入接收SBUF，停止位装入RB8,；,否则接收无效，丢失所接收的一帧信息，且不影响RI标志。一位时间以后，接收器重新开始检测RXD端的负跳变，以准备接收下一帧数据。,18,方式2、方式3,串行口方式2和方式3皆为9位数据全双工异步通信方式，比串行口方式1增加了第9位数据位。TXD为发送数据端，RXD为接收数据端。一帧信息有11位，包括9位数据位，1个起始位“0”和1个停止位“1”。发送数据的第9位在TB8中，接收数据的第9位存入RB8中。第9位数据位也称为可编程位，常用做奇偶校检位或多机通信中的地址/数据识别位。,串行口的方式2与方式3的唯一差别是波特率设定方法不同，方式2的波特率以系统时钟为基准，计算式为,：,(2,SMOD,/64),f,osc,。方式3的波特率与方式1的相同，计算式为,：,(2,SMOD,/32)T1溢出率。,19,方式2、3的时序,20,方式2、3的功能说明,发送时，应先将发送数据的第9位送入TB8，再写入8位数据到发送SBUF，使发送器启动一次发送，将一帧数据逐位送到TXD引脚,：,发送起始位“0”之后，再发送SBUF中的8位数据，接着发送TB8中的第9位，最后发送停止位“1”。一帧发送结束，置位TI标志，申请串行口中断。,方式2和方式3的接收过程和方式1的接收过程基本相同，但RB8中装入的是接收数据的第9位，而不是停止位。接收有效必须同时满足的两个条件改为,：,RI=0，且接收的第9位数据位为1(或SM2=0)。当正确接收到一帧数据后，前面8位数据进入接收SBUF，第9位数据进入RB8。,21,波特率的制定,波特率的定义：串行口每秒钟发送或者接收的位数。,串行口方式0的波特率是固定的，为系统时钟的12分频(f,osc,/12)，即每个机器周期传送一位数据位。,串行口用方式2工作时，波特率为(2,SMOD,/64)f,osc,。SMOD为PCON中的D,7,位，即波特率加倍选择位。方式2可有两种波特率供选择，当SMOD=0时，波特率为f,osc,/64,；,当SMOD=1时，波特率则为f,osc,/32。,串行口方式1和方式3用定时器T1作为波特率发生器，,其波特率有多种选择，与T1的溢出率有关。,波特率=(2,SMOD,32)T1溢出率,22,定时器T1产生波特率的计算,T1溢出率：,T1溢出时间的倒数。,T1用于波特率发生器时一般工作于非门控定时器方式2，即常数自动重装入方式。,TH1=TL1为T1的时间常数,23,定时器T1产生波特率的计算,串行口用方式1和方式3工作时，当需要很低的波特率时，也可选择T1工作于方式1，但需利用T1溢出中断来实现软件重装初值，T1用方式1工作时溢出率为,：,N为T1溢出后用软件重装初值所需的机器周期数。,24,T1产生的常用波特率,25,波特率计算的几点注意事项：,1）,波特率的相对误差不大于2.5%,2）注意SMOD位对波特率的影响,例如：通讯波特率设为2400，晶振频率为6MHz，计算T1的计时常数。,当SMOD=0时，计时常数约为249，相对误差7%。,当SMOD=1时，计时常数约为243，相对误差0.16%。,26,串行口的编程举例,设定波特率,设定串行口的工作方式,设计中断服务程序或查询程序,注意对TI、RI的处理（硬件置位、软件清零）,27,MCS-51双机串行通讯的实现,如何进行物理连线？,波特率的选择？,工作方式的选择？,如何编程实现？,28,双机串行通讯的实现-1,正确进行物理接线,29,双机串行通讯的实现-2,设定一致的波特率,设定一致的串行口工作方式,分别设计中断服务程序或查询程序,注意对TI、RI的处理,（硬件置位、软件清零）,30,方式3发送50H5FH的内容,待发送的16个字节存放在片内RAM中,地址为50H5FH,串行口波特率为2400,波特率发生器T1工作于方式2，且SMOD=0,晶振为11.0592MHz,计算得到TL1的初值为F4H。,串行口工作于方式3,第9位发送奇偶校验位,31,例1：,方式3发送50H5FH中内容-1,ORG0000H,；,复位入口,AJMPMAIN,ORG0023H,；,串行口中断入口,AJMPL1,ORG0100H,；,主程序入口,MAIN,：,MOVSCON，#0C0H,；,串行口初始化，用方式3发送，TI=0,MOV PCON，#00H,；SMOD,=0,MOV TMOD，#20H,；,T1方式2定时,MOV TL1，#0F4H,；,写入T1时间常数,MOVTH1，#0F4H,SETBTR1,；,启动T1,SETBEA,SETBES,；,允许串行口中断,MOVR0，#50H,；,设数据指针,MOV R7，#10H,；,数据长度,LOOP,：,MOV A，R0,；,取一个字符,MOV C，P,；,加奇偶校验,MOV TB8，C,MOV SBUF，A,；,发送一个字符,HERE,：,SJMPHERE,；,CPU原地循环，等待发送结束,32,例1：,方式3发送50H5FH中内容-2,L1：,CLRTI,；,中断服务程序，,发送结束标志位清0,DJNZR7，NEXT,；,发送完全部字符?,CLRES,；,已发送完，关闭串行口中断,SJMPTEND