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1、串行接口以及串行通信技术,第八章 串行接口与串行通信技术,1.串行接口的一般概念 单片机与外界进行信息交换称之为通讯(Communication)。单片机的通讯方式有两种：并行通讯:数据的各位同时发送或接收。如UART LIN串行通讯:数据一位一位顺序发送或接收。如SSC SPI参看下图：,一、串行接口及应用,(一).异步通讯 以字符为传送单位用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束。字符间隔不固定，只需字符传送时同步。异步通讯常用格式：一个字符帧,一.串行通讯的基本方式,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,例如，采用串行异步通信方式传送ASCII码字符5，规定为7
2、位数据位，1位偶校验位，1位停止位，无空闲位。由于5的ASCII码为35H，其对应7位数据位为0110101，如按低位在前、高位在后顺序排列应为1010110。前面加1位起始位，后面配上偶校验位1位0，最后面加1位停止位1，因此传送的字符格式为0101011001，其对应的波形如图所示。,图512 传送ASCII码字符5的波形图,在串行异步传送中,CPU与外设之间事先必须约定：字符格式。双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。例如用ASCII码通信，有效数据为7位,加1个奇偶校验位、1个起始位和1个停止位共10位。当然停止位也可大于1位。波特率(Baudrate)。波
3、特率就是数据的传送速率,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)之间存在如下关系：波特率=位/字符字符/秒=位/秒要求发送端与接收端的波特率必须一致。,例如,假设字符传送的速率为120字符/秒,而每1个字符为10位,那么传送的波特率为 10位/字符120字符/秒=1200位/秒=1200波特 每1位二进制位的传送时间Td就是波特率的倒数，例如上例中 Td=1/1200=0.833ms,串行通讯的异步模式,移位时钟由收发双方各自产生，因此只需要1条信号线 双方约定数据格式：发送速率BPS=(数据位宽T)-1；数据位数；数据顺序；起始位；休止位等。,空闲 起始 D0
4、D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 休止 空闲,T,T,（二）同步通讯：,数据块传递开始要用同步字符来指示，要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。,串行通讯的同步模式(位同步),特点:需要两条信号线:SDATA,SCLK,SDATA,SCLK,串行通信的校验方法,目的：保证高效而无差错的传送数据。校验位：可以奇校验、偶校验或没有校验位。奇偶校验：主要用于对一个字符的传输过程进行校验。通常把数据位和校验位中1的个数为奇数个称为奇校验。通常把数据位和校验位中1的个数为偶数个称为偶校验。,串行传输中的数据传输方向,如果在通信过程的任意时刻，信息只能由一方A传到另一方B，则称为
5、单工。如果在任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。（无线电对讲机）如果在任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。（电话）,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,二、XC866的UART资源,全双工异步模式 8 位或9 位的数据帧，先发送最低 有效位（LSB）固定或可变的波特率接收缓冲多处理器通信每帧数据发送或接收完成时产生中断,XC866的UART资源,接受数据过程RXD 移位寄存器SBUFRI置位RI软件清零后继续下一帧的接收,发送数据过程 SBUFTXDTI置位TI由软件清零
6、后继续发送,工作方式和帧格式,方式1,8位UART波特率可变,工作方式和帧格式,方式2,9位UART波特率固定为fPCLK/32 或 fPCLK/64 第九位可编程，配合SM2 用于多机通信,工作方式和帧格式,方式3,9位UART波特率可变 第九位可编程，配合SM2 用于多机通信,多处理器通信,利用UART的方式2和方式3,多处理器通信,利用发送和接收的第九位和SM2位的配合,通信协议：数据帧：第九位=0 地址帧：第九位=1SM2特性：在SM2=1的时候，只能收到主机发出的地址信息(第9位为1)，非地址信息被丢失。,多处理器通信,通信过程 从机在建立与主机通信之前，随时处于对通信线路的监听状态
7、。在监听状态下必须使SM2=1，此时只能收到主机发出的地址信息(第9位为1)，非地址信息被丢失。从机收到地址后应进行识别，是否主机呼叫本站，如果地址符合，确认呼叫本站，此时从机解除监听状态，使SM21，同时把本站地址发回主机作为应答，只有这样才能收到主机发送的有效数据。其它从机由于地址不符，仍处于监听状态，继续保持SM21，所以无法接收主机的数据。主机收到从机的应答信号，比较收与发的地址是否相符，如果不符则发出复位信号(例如：发任一数据，但TB1)，使得刚才解除监听状态的从机重新处于监听状态；如果地址相符，则清除TB8，正式开始发送数据和命令。从机收到复位命令后再次回到监听状态，再置SM2=1
8、，否则正式开始接收数据和命令。,UART设置方式以及SFR说明,SCON串口控制寄存器 SBUF(接收)SBUF(发送)利用串口进行接收和发送数据的时候，虽然SBUF的访问地址相同，实际上访问的是物理上不同的两个寄存器,波特率的设置,方式一-波特率可变方式二-波特率固定 fPCLK/32 或 fPCLK/64 方式三-波特率可变,时钟频率（fpclk）；波特率时钟；波特率（区别，联系）,波特率的设置,模式一和模式三：专用波特率发生器提供可变波特率，其包括可编程的8 位重载值和一个3 位预分频器 波特率发生器的波特率取决于下列位和寄存器的值：输入时钟fPCLK寄存器BCON.BRPRE 的值寄存
9、器BG 的8 位重载值,波特率的设置,波特率的设置,波特率发生器的时钟（fDIV）来自输入时钟fPCLK 再经预分频。波特率定时器递减计数，由波特率发生器运行控制位BCON.R 控制其启动或停止。每次定时器下溢时为串行通道提供一个时钟脉冲，同时把8 位重载寄存器中保存的值重新装入定时器中。预分频因子由BCON.BRPRE 来选择。寄存器BG，读取BG 时返回定时器的内容；写入BG 时总是更新重载寄存器的内容。每次写入BG 时，重载寄存器的内容会自动重新装入定时器中。但如果在执行对BG 写操作的同时BCON.R 被清零，只有在BCON.R 置位后的第一个指令周期定时器才能被重新装入,波特率的设置
10、,波特率发生器产生的频率fBR是为串行接口做同步用，因此，此频率为的波特率的16倍倍频。,UART接口选择,MCU51只有两个管脚可以分别作为RXD和TXD XC866与之不同，可选择从两个不同的输入源RXD_0 和RXD_1 把数据移入UART 模块，该选择由SFR 的位MODPISEL.URRIS 控制,10.3 局域互联网（LIN）,什么是LIN Local Interconnect Network 距离短速度低-最高20kbit/s成本低基于串行接口或者普通IO口即可实现,LIN 协议,LIN 的数据传输是采用报文帧的形式进行的 帧的组成：,LIN协议,当主机发送了恰当的标识符，相应的
11、从机将接收和发送数据：从机等待同步字节从机与同步字节同步从机查询标示符从机根据标示符来确定接受或发送数据，或不做任何操作发送数据时，从机发送2，4 或8 个数据字节，随后是校验字节,LIN 的头信息传输,在LIN 通信中，主机任务决定在何时、把哪帧传输到总线上；还决定由哪个从机来接收每帧数据。主机和从机之间所需的握手信号由主机的帧头信息提供。分隔域必须至少包含13 位的“0”值（显性值）以保证从机节点的正确同步，UART 可用来传输20 位的分隔域,LIN 的波特率检测,在波特率检测模式下，捕获同步字节域中两位的时间,LIN 的波特率检测,利用同步字节的前三个下降沿，在定时器2的配合下，进行波
12、特率的检测BCON 寄存器的位4-7 用于LIN波特率的检测,高速同步串行接口（SSC）,什么是SSCSynchronous Serial Channel特点：支持全双工和半双工通信数据宽度、移位方向、时钟极性和相位均可编程 可与SPI接口兼容,SSC的基本操作,串行数据位的传输可用很多方式设定：数据宽度规定为2 到8 位可先传输LSB 或先传输MSB移位时钟可为低电平空闲或高电平空闲数据位可在移位时钟信号的前沿或后沿移位可根据模块时钟把波特率设定在某一范围内可产生移位时钟（MS_CLK）或可接收移位时钟（SS_CLK）,SSC的基本操作,当初始化串行通信的器件时，必须选择一个器件作为主机工作
13、，所有其他器件设置为从机工作。,SSC的基本操作,全双工工作 不同的器件通过三条线相互连接。始终由主机来决定这三条线的定义：和主机的数据输出线TXD 相连的为发送线；和数据输入线RXD 相连的为接收线；移位时钟线是MS_CLK 或SS_CLK。只有选作主机的器件产生移位时钟并从MS_CLK 线上输出。,SSC的基本操作,半双工工作在半双工模式下，只要一条数据线既可接收又可发送数据。数据交换线和每个器件的MTSR 和MRST 引脚连接，移位时钟线和SCLK 引脚连接。主机器件产生移位时钟来控制数据的传输，同时从机器件接收主机发送的数据。由于所有的发送和接收引脚都连接到一条数据交换线上，串行数据可
14、在任意两个器件之间传输。,SSC的基本操作,连续传输 当发送中断请求标志被置位，这说明发送缓冲寄存器TB 已空并准备好可装入下个发送数据。如果当前发送结束时TB 已经被装入，数据立刻被传输到移位寄存器中，没有任何附加延时开始下一次的数据发送。在数据线上两次连续传输的数据帧之间没有间隙。,SSC的基本操作,端口控制：SSC I/O 线的操作取决于所选择的工作模式（主模式或从模式），端口线的方向也取决于工作模式。模式切换时SSC 会自动使用正确的核的输出或输入线。由于SSC I/O 线和通用I/O 口的双向线相连，用软件I/O 控制来控制分配给这些线的端口引脚方向。端口引脚寄存器必须设置成具有其他功能输出和输入选择。主模式和从模式切换时，端口寄存器必须重新设置。,SSC的基本操作,波特率产生 串行通道SSC 有自己专用的具有16 位重载功能的16 位波特率发生器，不需要由定时器来产生波特率。,SSC的基本操作,检错机制SSC 能够检测四种出错情况：接收出错（主模式或从模式）相位出错（主模式或从模式）波特率出错（从模式）发送出错（从模式）,中断,范例,
