飞思卡尔8位单片机MC9S88串行通信接口SCI与串行外设接口SPIppt课件.ppt

第八章 串行通信接口SCI与串行外设接口SPI,主要内容串行通信基本知识概要SCI的外围硬件电路与基本编程原理 SCI模块的编程结构 串行通信编程实例SPI模块的编程结构及应用实例SPI应用实例高位A/D扩展接口,嵌入式应用技术基础教程课件,8.1 串行通信基本知识概要,8.1 串行通信基本知识概要,8.1.1 基本概念（）异步串行通信的格式 SCI通常采用NRZ数据格式，即：standard non-return-zero mark/space data format，译为：“标准不归零传号/空号数据格式”。“不归零”的最初含义是：用正、负电平表示二进制值，不使用零电平。“mark/space”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“1/0”。下图给出了 8位数据、无校验情况的传送格式。,嵌入式应用技术基础教程课件,8.1 串行通信基本知识概要,（2）串行通信的波特率,波特率（baud rate）：每秒内传送的位数。波特率单位是位/秒，记为bps。通常情况下，波特率的单位可以省略。通常使用的波特率有300、600、900、1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400。,嵌入式应用技术基础教程课件,8.1 串行通信基本知识概要,字符奇偶校验检查（character parity checking）称为垂直冗余检查（vertical redundancy checking，VRC），它是每个字符增加一个额外位使字符中“1”的个数为奇数或偶数。奇校验：如果字符数据位中“1”的数目是偶数，校验位应为“1”，如果“1”的数目是奇数，校验位应为“0”。偶校验：如果字符数据位中“1”的数目是偶数，则校验位应为“0”，如果是奇数则为“1”。,（3）奇偶校验,嵌入式应用技术基础教程课件,8.1 串行通信基本知识概要,单工（Simplex）：数据传送是单向的，一端为发送端，另一端为接收端。这种传输方式中，除了地线之外，只要一根数据线就可以了。有线广播就是单工的。全双工（Full-duplex）：数据传送是双向的，且可以同时接收与发送数据。这种传输方式中，除了地线之外，需要两根数据线，站在任何一端的角度看，一根为发送线，另一根为接收线。一般情况下，MCU的异步串行通信接口均是全双工的。半双工（Half-duplex）：数据传送也是双向的，但是在这种传输方式中，除了地线之外，一般只有一根数据线。任何一个时刻，只能由一方发送数据，另一方接收数据，不能同时收发。在freescale的HC08系列MCU中，监控模式的通信就采用这种方式。,（4）串行通信的传输方式,嵌入式应用技术基础教程课件,8.1 串行通信基本知识概要,MCU引脚一般输入/输出使用TTL电平，而TTL电平的“1”和“0”的特征电压分别为2.4V和0.4V，适用于板内数据传输。为了使信号传输得更远，美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制订了串行物理接口标准RS-232C。RS-232C采用负逻辑，-3V-15V为逻辑“1”，+3V+15V为逻辑“0”。RS-232C最大的传输距离是30m，通信速率一般低于20Kbps。,8.1.2 RS-232C总线标准,嵌入式应用技术基础教程课件,8.1 串行通信基本知识概要,8.1.2 RS-232C总线标准,RS-232接口，简称“串口”，它主要用于连接具有同样接口的室内设备。目前几乎所有计算机上的串行口都是9芯接口。右图给出了9芯串行接口的排列位置，相应引脚含义见表8-1。,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,8.2 SCI的外围硬件电路与基本编程原理,8.2 SCI的外围硬件电路与基本编程原理,8.2.1 SCI的外围硬件电路（1）电源供给与滤波（2）晶振电路（3）复位电路（4）SCI电平转换电路,嵌入式应用技术基础教程课件,8.2 SCI的外围硬件电路与基本编程原理,具有串行通信功能的MC68HC908G932最小系统电路原理图,嵌入式应用技术基础教程课件,8.2 SCI的外围硬件电路与基本编程原理,8.2.2 SCI的基本编程原理,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,8.3 SCI模块的编程结构,8.3 SCI模块的编程结构,8.3.1 SCI的寄存器 MC68HC908GP32的SCI有7个寄存器，地址为$0013$0019。（1）SCI波特率寄存器(SCI Baud Rate Register，SCBR)SCBR的作用是设置串行通信的波特率，其地址是$0019。D7、D6、D3：未定义；D5D4 SCP：波特率预分频位(SCI Baud Rate Prescaler Bits)SCP1、SCP0=00 01 10 11 PD=1 3 4 13,嵌入式应用技术基础教程课件,8.3 SCI模块的编程结构,D2D0 SCR：波特率选择位（SCI Baud Rate Select Bits），定义波特率另一分频值，记为：BD，定义如下:SCR2、1、0=000 001 010 011 100 101 110 111 BD=1 2 4 8 16 32 64 128 设fSCI为串行通信时钟源频率，fSCI=fBUS或CGMXCLK，取决于CONFIG2的SCIBDSRC，一般设定SCIBDSRC=1，SCI用内部总线时钟，则fSCI=fBUS，则波特率的定义公式为：BtfBUS/（64PDBD）,（1）SCI波特率寄存器(SCI Baud Rate Register，SCBR),嵌入式应用技术基础教程课件,8.3 SCI模块的编程结构,（2）SCI控制寄存器1(SCI Control Register 1，SCC1),SCC1的地址是：$0013,定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,循环模式选择位,SCI允许位,奇偶校验类型选择位,奇偶校验允许位,空闲线类型位,唤醒条件位,模式-字符长度选择位,发送反转标志位,8.3 SCI模块的编程结构,（3）SCI控制寄存器2(SCI Control Register 2，SCC2),SCC2的地址是：$0014,定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,发送中断允许位,发送完成中断允许位,发送终止位,接收器唤醒位,接收器允许位,发送器允许位,空闲线中断允许位,接收中断允许位,8.3 SCI模块的编程结构,（4）SCI控制寄存器3(SCI Control Register 3，SCC3),SCC3的地址是：$0015,定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,接收位8,发送位8,接收器奇偶错误中断允许位,接收器帧错误中断允许位,接收器噪声错误中断允许位,接收器溢出中断允许位,DMA发送允许位,DMA接收允许位,8.3 SCI模块的编程结构,（5）SCI状态寄存器1(SCI Status Register 1，SCS1),SCS1的地址是：$0016,定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,发送缓冲区空标志位,发送完成标志位,接收器奇偶错误标志位,接收器帧错误标志位,接收器噪声标志位,接收器溢出标志位,接收器空闲标志位,接收器满标志位,8.3 SCI模块的编程结构,（6）SCI状态寄存器2(SCI Status Register 2，SCS2),SCS2的地址是：$0017,定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,未定义,接收进行标志位,终止码标志位,8.3 SCI模块的编程结构,（7）SCI数据寄存器(SCI Data Register，SCDR),SCDR为SCI系统最常用的寄存器，它的地址是：$0018。写入时，为要发送的8位数据，记为：T7T0；读出时，为接收的8位数据，记为：R7R0。不受复位影响。,嵌入式应用技术基础教程课件,8.3 SCI模块的编程结构,（1）SCI初始化 对SCI进行初始化，最少由以下三步构成：第一步：定义波特率。LDA#%00000010 STA SCBR;总线频率fBUS2.4576MHz，定义波特率Bt=9600 第二步：写控制字到SCI控制寄存器1（SCC1）。LDA#%01000000 STA SCC1;设置允许SCI，正常码输出、8位数据、无校验 第三步：写控制字到SCI控制寄存器2（SCC2）。LDA#%00001100 STA SCC2;设置允许发送、允许接收，查询方式收发,8.3.2 串行口初始化与收发编程的基本方法,嵌入式应用技术基础教程课件,8.3 SCI模块的编程结构,（2）发送一个数据与接收一个数据,发送数据是通过判断状态寄存器SCS1的第7位（SCTE）进行的，而接收数据是通过判断状态寄存器SCS1的第5位（SCRF）进行的。不论是发送还是接收，均使用SCI数据寄存器SCDR。发送时，将要发送的数据送入SCDR即可，接收时，从SCDR中取出的即是收到的数据。;串行发送A中的数 BRCLR 7,SCS1,*;SCS1.7=0?为0则等待 STA SCDR;SCS1.7=1,可以发送数据;查询方式接收一个串行数据，接收的数据放入寄存器A中 BRCLR 5,SCS1,*;SCS1.5=0?为0则等待 LDA SCDR;SCS1.5=1,可以取出数据,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,8.4 串行通信编程实例,8.4 串行通信编程实例,8.4.1 08汇编语言串行通信子程序（）SCI初始化汇编子程序 对串行口的初始化一般在主循环之前进行，即使以中断方式接收或发送，在初始化子程序中只定义查询方式收发。允许中断的设置，在进入主循环之前进行。（2）串行发送与接收汇编通用子程序 发送与接收使用同一个寄存器的不同位作为测试标志，发送与接收的数据寄存器地址相同。,嵌入式应用技术基础教程课件,8.4 串行通信编程实例,（1）查询方式MCU方主程序 MCU方的程序功能是：把通过串行口收到的数据发送回去。（2）PC机方VB程序 PC机方VB程序的功能是：在“发送窗口”的文本框输入字符，单击“发送”按钮，其文本框中的字符被发送出去。任何时候，只要PC机串行口收到数据，则显示在“接收窗口”。（3）中断方式MCU方主程序,8.4.2 08汇编语言串行通信测试实例,嵌入式应用技术基础教程课件,8.4 串行通信编程实例,（1）SCI初始化08C语言子程序（2）串行发送与接收08C语言通用子程序（3）查询方式08C语言主程序（4）中断方式08C语言主程序（5）08C语言的串行中断方式的矢量表文件,8.4.3 08C语言串行通信子程序与测试实例,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,8.5.1 SPI的基本工作原理 MC68HC908GP32单片机D口的PTD0PTD3引脚与SPI模块共用。作为SPI的引脚时，名称分别为：SS、MISO、MOSI、SPSCK。（1）从机选择引脚SS(Slave select)若MCU的SPI工作于主机方式，置SS为高电平；若SPI工作于从机方式，当SS=0时，表示主机选中了该从机，反之则未选中该从机。（2）主出从入引脚MOSI(Master out/slave in)MOSI是主机输出、从机输入数据线。（3）主入从出引脚MISO(Master in/slave out)MISO是主机输入、从机输出数据线。（4）SPI串行时钟引脚SPSCK(SPI serial clock)SPSCK用于控制主机与从机之间的数据传输。,嵌入式应用技术基础教程课件,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,主MCU和从MCU的连接,下图是一个主MCU和一个从MCU的连接，也可以一个主MCU与多个MCU进行连接形成一个主机多个从机的系统；还可以多个MCU互联构成多主机系统；另外也可以一个MCU挂接多个从属外设。,嵌入式应用技术基础教程课件,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,MC68HC908GP32的SPI模块有3个寄存器，它们对应的存储器地址为$0010$0012。（1）SPI数据寄存器（SPI Data Register，SPDR）SPDR的地址是$0012。写入时，为要发送的8位数据，记为：T7T0；读出时，为接收的8位数据，记为：R7R0。它们的特点与SCI数据寄存器相似。在实际内部结构上，SPDR由两个独立的数据寄存器组成，即只能写入的发送数据寄存器和只能读出的接收数据寄存器，它们共用一个地址。,8.5.2 SPI的寄存器,嵌入式应用技术基础教程课件,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,（2）SPI控制寄存器（SPI Control Register，SPCR）,SPCR一般情况下只能复位时写一次，以后不再对其写入，不再更改对SPI的设置。SPCR的地址是$0010，定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,SPI接收中断允许位,DMA选择位,SPI发送中断允许位,SPI允许位,SPI线或模式位,时钟相位位,时钟极性选择位,SPI主机位,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,（3）SPI状态和控制寄存器（SPI Status and Control Register，SPSCR）,SPSCR的地址是$0011，定义为：,嵌入式应用技术基础教程课件,SPI接收器满标志位,错误中断允许位,SPI波特率选择位,模式错误标志允许位,SPI发送器空标志位,模式错误标志位,溢出标志位,SPI的波特率=CGMOUT/(2xBD)。BD是分频系数，由SPR1、SPR0位决定：SPR1、SPR0=00 01 10 11 BD=2 8 32 128,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,（1）SPI初始化 第一步：写控制字到SPCR，确定是否允许SPI接收中断、SPI的工作方式、时钟极性、时钟相位、是否允许SPI等。例如：LDA#%00100010;不产生中断、主机方式、时钟空闲低电平 STA SPCR 第二步：写控制字到SPSCR，确定SPI的波特率：LDA#%00000001;8分频 STA SPSCR,8.5.3 SPI编程基本方法,嵌入式应用技术基础教程课件,8.5 SPI模块的编程结构及应用实例,（2）发送一个数据与接收一个数据 要通过SPI发送一个数据，同时通过SPI接收一个数据，作为主机方，只要将数据送入SPDR，然后检查SPSCR的SPTE位（位3），如果该位为1，表示数据已经送出。若同时接收对方送来的数据，则接着检查SPSCR的SPRF位（位7），如果该位为1，表示要接收的数据已经进入数据寄存器，可以取出。例如：下列程序发送A中数据，同时接收对方数据放入A中：STA SPDR;送入SPDR NOP;适当延时 NOP BRCLR 3,SPSCR,*;为0等待,即等待SPTE(位3)为1，发送完毕 BRCLR 7,SPSCR,*;为0等待,即等待SPRF(位7)为1，接收完毕 LDA SPDR;取收到的数据到寄存器A中,8.5.3 SPI编程基本方法,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,8.6.1 TLC2543芯片简介（）TLC2543的引脚,嵌入式应用技术基础教程课件,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,TLC2543引脚说明,嵌入式应用技术基础教程课件,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,控制字的格式 控制字为从DATA INPUT端串行输入TLC2543芯片内部的8位数据，它告诉TLC2543要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。TLC2543的内部寄存器 输入数据寄存器存放从DATA INPUT端移入的控制字。输出数据寄存器存放转换好的数据，以供从DATA OUT端移出。,（2）TLC2543的编程要点,嵌入式应用技术基础教程课件,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,转换过程 上电后，片选CS必须从高到低，才能开始一次工作周期，此时EOC为高，输入数据寄存器被置0，输出数据寄存器内容是随机的。开始时,片选CS为高,I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止,DATA OUT呈高阻态，EOC为高。使CS变低，I/O CLOCK、DATA INPUT使能，DATA OUT脱离高阻态。12个时钟信号从I/O CLOCK端依次加入，控制字从DATA INPUT一位一位地在时钟信号的上升沿时被送入TLC2543(高位先送入)，同时上一周期转换的A/D数据，即输出数据寄存器中的数据从DATA OUT一位一位地移出。TLC2543收到第4个时钟信号后，通道号也已收到，因此，此时TLC2543开始对选定通道的模拟量进行采样，并保持到第12个时钟的下降沿。在第12个时钟下降沿，EOC变低，开始对本次采样的模拟量进行A/D转换，转换时间约需10s,转换完成EOC变高，转换的数据在输出数据寄存器中，待下一个工作周期输出。此后，可以进行新的工作周期。,（2）TLC2543的编程要点,嵌入式应用技术基础教程课件,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,TLC2543与微处理器芯片的接口部分有五个引脚，分别是:时钟输入(I/O CLOCK)、串行控制字输入(DATA INPUT)、片选输入()、A/D转换串行数据输出(DATA OUTPUT)、转换结束电平输出(EOC)。经分析TLC2543的工作时序，可以通过软件估计转换结束，免去EOC接线。TLC2543与具有SPI或相同接口能力的MCU可以直接连接，对于没有SPI接口的MCU可以通过软件编程合成SPI操作。,（3）TLC2543与MCU的接口方法,嵌入式应用技术基础教程课件,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,8.6.2 TLC2543与GP32单片机接口扩展,（1）扩展电路设计,嵌入式应用技术基础教程课件,8.6 SPI应用实例高位A/D扩展接口,8.6.2 TLC2543与GP32单片机接口扩展,（2）编程方法 基于上述电路的A/D采集子程序（3）应用举例 利用上述子程序实现33路A/D数据的采集，并进行平均值滤波。每一路取16次求平均。,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,本章重点掌握SCI的编程，同时学习编程的规范。先要了解串行通信基本知识，才能进行串行电路设计与编程；掌握具有串行通信功能的MC68HC908GP32的最小系统；本章提供了使用VB、VC等高级语言编写的串行通信的PC机方程序，读者可以选择自己熟悉的语言编写PC机方程序。SPI部分对于初学者，要求理解其通信与编程的基本方法，实际应用时，可参考第6节的实例。,本章小结,嵌入式应用技术基础教程课件,返回,