第7讲串行通讯(2004)

,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,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、停止位和奇偶校验位。,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,6,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,被用做串行口的波特率发生器，由可控分频电路决定数据传送的波特率。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。,7,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,8,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，,TB8,0,为数据帧。,9,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。,10,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。,11,串行口的工作方式,SM0,、,SM1,工作方式选择位,12,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,。,13,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。,14,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。,15,方式,1,的时序图,16,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,。,17,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。,18,方式,2,、,3,的时序,19,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,。,20,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,21,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,22,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。,23,T1,产生的常用波特率,24,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%,。,25,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）,26,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？,27,双机串行通讯的实现,-1,正确进行物理接线,28,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）,29,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,