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1、单片微机原理及应用教学课件,串行通信接口,本讲重点：串行通讯的波特率,4种工作方式.,单片微机原理及应用教学课件,串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。常见的有：通用异步收发器(UART)本课程介绍的串口通用串行总线（USB）I2C总线CAN总线SPI总线RS-485，RS-232C，RS422A标准等等,图2.17 通信的两种基本方式(a)并行通信；(b)串行通信,数据通信的几个术语：并行：数据各位同时进行传送(MOV P1,#66H;几米)串行：数据逐位顺序进行传送,同步串行通
2、信:以数据块为单位进行传送 异步串行通信:以字符为单位进行传送 通用非同步（异步）收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称作UART）,串行按照 数据格式分：,单片微机原理及应用教学课件,异步串行通信:以字符为单位进行传送,图2.18 串行异步传送的字符格式(a)字符格式；(b)有空闲位的字符格式,单片微机原理及应用教学课件,异步传送方式,异步通讯：利用起始位0表示字符的开始，用停止位1表示字符结束。,字符格式：数据位数、奇偶校验位（可选择）、停止位等。,单片微机原理及应用教学课件,波特率（baud rate）：波特率就是数据的
3、传送速率，即每秒钟传送的二进制位数，单位为位/秒。它与字符的传送速率(字符/秒)之间有以下关系：波特率=一个字符的二进制编码位数字符/秒要求发送端与接收端的波特率必须一致。例：数据传送的速率为120个字符每秒，每个字符有1个起始位、8个数据位和一个停止位组成，则其传送波特率为：,每一位的传送时间为波特率的倒数：,单片微机原理及应用教学课件,单 工：信息只能单方向传送 半双工:(串行通信)收/发不可同时进行 全双工:(串行通信)收/发可同时进行,51单片机为全双工串行接口(UART),图2.20 串行通信数据传送的三种方式(a)单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式,串行按照数据传送方向：
4、,单片微机原理及应用教学课件,51单片机的串行接口,SBUF（发）,SBUF（收）,发送控制器 TI,接收控制器 RI,移位寄存器,波特率发生器T1,1,A累加器,(门)移位寄存器,RxD,TxD,去申请中断,引脚,引脚,CPU内部,单片微机原理及应用教学课件,串行口的结构,两个同名的接收/发送缓冲寄存器SBUF 指令 MOV SBUF，A 启动一次数据发送,可向SBUF 再发送下一个数 指令 MOV A，SBUF 完成一次数据接收,SBUF可再 接收下一个数,接收/发送数据,无论是否采用中断方式 工作,每接收/发送一个数据，RI/TI 置1。必须用指令对 RI/TI 清0，以备下一次收/发。
5、,串行口相关的SFR(SCON,PCON),单片微机原理及应用教学课件,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON,SM0，SM1：串行口4种工作方式的选择位。0 0 方式0：8位移位寄存器I/O,波特率固定为 fosc/12 0 1 方式1：8位UART（1+8+1位），波特率可变,按公式计算 1 0 方式2：9位UART（1+8+1+1位），波特率固定=fosc x1/32或1/64 1 1 方式3：9位UART（1+8+1+1位），波特率可变，按公式计算,串行口控制寄存器SCON(98H)P.64,单片微机原理及应用教学课件,SM2：串行口多机通信控制位（作为方
6、式2、方式3的附加控制位）,RI,TI：串行口收/发数据申请中断标志位，收/发完一帧信息后，由硬件置1申请中断。为0时不申请中断。,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R1,SCON,单片微机原理及应用教学课件,RB8：在方式2、3中，是收到的第9位数据。在多机通信中,用作区别地址帧/数据帧的标志。（还可作为奇偶校验位）,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R1,REN：串行口接收允许控制位=1 表示允许接收；=0 禁止接收。,SCON,TB8：方式2、3中，是要发送的第9位数据。多机通信中,TB8=0 表示发送的是数据；TB8=1 表示发送的是地址。事先由
7、软件写1或0。（还可作为奇偶校验位）,单片微机原理及应用教学课件,SMOD GF1 GF0 PD 1DL,电源控制寄存器 PCON（97H）特殊功能寄存器PCON不能按位寻址,SMOD：在串行口工作方式 1、2、3 中，是波特率加倍位=1 时，波特率加倍=0 时，波特率不加倍。(在PCON中只有这一个位与串口有关),GF1,GF0：用户可自行定义使用的通用标志位,PCON,单片微机原理及应用教学课件,串行口工作方式 0,工作方式0：8位移位寄存器I/O方式,发送：SBUF中的串行数据由RxD逐位移出；TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12；每送出8位数据 TI就自动置1；需要用软件清零 T
8、I。,接收：串行数据由RxD逐位移入SBUF中；TxD输出移位时钟，频率=fosc1/12；每接收 8位数据RI就自动置1；需要用软件清零 RI。,单片微机原理及应用教学课件,经常配合“串入并出”“并入串出”移位 寄存器一起使用扩展接口。,方式0工作时，多用查询方式编程：发送：MOV SBUF，A 接收：JNB RI，$JNB TI，$CLR RI CLR TI MOV A,SBUF,工作方式0：8位移位寄存器I/O方式(续),复位时,SCON 已经被清零,缺省值:方式0。,接收前,务必先置位 REN=1 允许接收数据。,单片微机原理及应用教学课件,串行口方式0的扩展应用经常用到,串行口常用工
9、作方式0扩展出并行I/O口，工作方式1、2、3则常用于串行通信,AB,CLK,h g f e d c b a,CLR,AB,CLK,CLR,AB,CLK,CLR,+5V,74LS164,74LS164,74LS164,74LS164是串入并出芯片；74LS165是并入串出芯片,h g f e d c b a,h g f e d c b a,+5V,共阳LED 数码管,VCC,TxD,RxD,51单片机,单片微机原理及应用教学课件,共阳极,h g f e d c b a,a,b,c,d,g,e,f,h,共阳LED数码管公共端(字位)接高电平，笔划(字段)置为低电平就被点亮了,h g f e d
10、c b a,累加器 A,1 1 0 0 0 0 0 0,0C0H=“0”,比如要显示“0”须令a b c d e f 为“0”电平，g h为“1”电平。,再比如要显示“3”须令a b c d g 为“0”电平，e f h为“1”电平。,1 0 1 1 0 0 0 0,0B0H=“3”,单片微机原理及应用教学课件,常用于串行通讯。除发/收8位数据外，还 在D0位前有一个起始位“0”；在D7位后有一个停止位“1”。,方式1工作时：发送端自动添加一个起始位和一个停止位；接收端自动去掉一个起始位和一个停止位。,工作方式1:8位UART(1+8+1位)波特率可变,波特率可变 用定时器T1作波特率发生器：
11、公式：波特率=（2SMOD/32）T1的溢出率,工作方式1:常用于双机通信,单片微机原理及应用教学课件,波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率,溢出率：T1溢出的频繁程度 即：一秒钟内T1溢出的次数。,初值 X=2n-,2SMOD fosc32 波特率 12,波特率=,2SMOD fosc32 12(2n-X),其中：X 是定时器初值,单片微机原理及应用教学课件,初值 X=2n-,2SMOD fosc32 波特率 12,例：计算波特率 题目要求用T1工作于方式2来产生波特率1200，已知晶振频率=6MHz。要求出T1的初值：,初值 X=28-,20 610632 1200 12,=256-=
12、256-13.02,6106460800,243=0F3H,单片微机原理及应用教学课件,表格有多种,晶振也不止一种,常用波特率和T1初值查表,单片微机原理及应用教学课件,RxD引脚为接收端，TxD引脚为发送端,由波特率 发生器T1控制发送速度,不同于方式0：收/发都 需要由TxD送出移位时钟。,T1作波特率发生器时初始化包括:选定时器工作方式2(TMOD选8位自动重装);将计算(或查表)出的初值X赋给TH1,TL1;启动T1(SETB TR1);记住T1不要开中断!,工作方式1的接收/发送,串行口的初始化包括:对SCON选工作方式 对PCON设波特率加倍位“SMOD”(缺省值=0)如果是接收数
13、据,仍要先置“1”REN位,单片微机原理及应用教学课件,SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI,SCON,SM0，SM1：串行口工作方式选择位。0 1：方式1，8位UART（1+8+1位）,REN：串行口接收允许位。REN=1 允许接收,串行口控制寄存器SCON,0 1 0 1 0 0 0 0,TB8，RB8，TI，RI等位由运行中间的情况 决定，可先写成“0”,SM2：串行口多机通信控制位,作为方式2、3 的附加控制位，此处不用，可写成“0”,单片微机原理及应用教学课件,由于波特率固定,常用于单片机间通讯。数据由8+1位组成，通常附加的一位(TB8/RB8)用于“奇偶校验
14、”，或“地址数据区分位”。,工作方式2:9位UART(1+8+1+1位)两种波特率,方式2的波特率=fosc 2SMOD/64 即:fosc 1/32 或 fosc 1/64 两种,工作方式2:常用于多机通信,单片微机原理及应用教学课件,SM2：串行口多机通信控制位（作为方式2、方式3的附加控制位）,多机通信控制位 SM2=1时，如果接收到的一帧信息中的第九位数据（RB8）为1，且原接收中断标志为RI=0，则硬件将RI置1；如果第九位数据（RB8）为0，则RI不置1，且所接收到的数据无效。SM2=0时，只要接收到的一帧信息，不管第九位（RB8）为1还是0，RI都置1。RI由软件清0，SM2 由软件清0或置1。,例如：发地址时TB8设为1，发数据时TB8设为0区分位；,单片微机原理及应用教学课件,工作方式3:9位UART(1+8+1+1位)波特率可变,串口方式3和方式2唯一的区别是波特率机制不同。方式2的波特率固定为时钟周期的32或64分频，不可变。此工作方式与其他串行通讯设备连接困难，因此不常用。方式3的波特率可变，按前面的公式计算：,波特率=(2SMOD/32)T1的溢出率,波特率=,2SMOD fosc32 12(2n-X),其中：X 是定时器初值,工作方式3:常用于多机通信,单片微机原理及应用教学课件,HERE!,
