《串行通讯口》课件.ppt

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1、1,第9章 串行通讯口9.1 概述9.1.1 并行通讯与串行通讯(1)并行通讯:在同一时刻内，数据的各位并行传送。典型应用，计算机与并行打印机连接。优点：处理速度快。缺点：占用传输线多，传输距离短，一般小于30米。(2)串行通讯：数据一位一位的依次传送。优点：传输线少，适合于远距离传送。缺点：传送速度较慢。,2,3,说明：每一幀数据均以0开始，以1终止，中间传送的数据位可以是5位，7位，8位均可，中间有若干空闲位，空闲时一般处于1的状态。异步通讯比较灵活，实现起来比较简单(2)同步通讯 选用一个同步字符，例如0010010发送过去，约定同时开始同步传送。数据之间没有间隔，可连续发送。,4,比较

2、：同步传送效率比异步高。如果传送200个字节加一各同步字符，则辅助数据只佔0.5若用异步传送到200个字节则至少有400位辅助数据，其数量可观。9.1.3 异步串行通讯的信号格式：（1）近程通讯 RS232,5,近程通讯采用数字信号直接传送方式：计算机内部的数据信号是TTL电平标准，而通信线上的数据信号是RS-232电平标准。尽管电平标准不同，但数据信号的波形和频率并没有改变，近程串行通讯只需进行电平转换后，用传输线把两端接口电路直接连接起来即可实现。RS-232和TTL电平标准的逻辑值规定为：RS-232标准 TTL标准逻辑1(mark)-5-25V 2 5V(高电平额定值3V)逻辑0（sp

3、ace）+5+25V 0 0.8V(低电平额定值0.2V),6,（2）远程通讯 在远程通讯中，应使用专用通信电缆，出于经济的考虑，通常使用电话线作为传输线，如图：,7,远距离直接传送数字信号，信号会发生畸变，为此要把数字信号转变为模拟信号再进行传送，通常使用频率调制法（FSK)，即以不同频率的载波信号代表数字信号的两种不同电平状态，这种数据传送方式称为频带传送方式。通常为：mark：1270HZ 或 2225HZ space：1070HZ 或 2025HZ 在串行通信发送端有调制器，用以把电平信号调制为频率信号，而在接收端有解调器，用以把频率信号解调为电平信号。通常串行通信两端均具有发送接收功

4、能，因此均应设置调制器和解调器，二者合二为一为调制解调器，即MODEM。,8,9.1.4 串行通讯的数据通路形式（1）单工形式数据单向传送，只需一条传输线。（2）半双工形式数据传送是双向，但不可同时进行。传输线可用一条，也可用两条。（3）全双工形式数据传送是双向，且可同时发送接收。需两条传输线。,9,9.1.5 串行通讯的传送速率 用每秒传送数据的位数衡量，现在常用 波特率(baudrate)表示，以波特为单位 1波特=1bit/s(位/秒)例如电传打字机传送速率为每秒10个字符，每个字符11位，则波特率为：11位/字符 10字符/秒=110位/秒 即110波特 传送一位需时间：1/110 秒

5、 9.1ms MCS-51系列单片机具有一个全双工的串行口，它在不同的工作方式中可同步或异步发送或接收数据。其波特率范围：以6MHZ晶振为例：为0.24波特 31250波特,10,9.2 8051单片机串行口的控制及工作方式（P110)串行口接收端：P3.0(10脚)RXD，发送端：P3.1(11脚)TXD。9.2.1 8051串行口的控制寄存器（1）串行口控制寄存器SCON 字节地址98H 可位寻址。SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 多机通信位 00：方式0 接收中断标志 01：方式1 发送中断标志 10：方式2 1：允许接收 接收到的第9位 11：方式3 0：禁止

6、接收 待发送的第9位,11,例：使串行口方式1发送 MOV SCON,#40H 0 1 0 0 0 0 0 0 方式1 禁止接收（2）电源控制寄存器：PCON 字节地址87H D7 SMOD 只有最高位D7位有定义，SMOD称波特率选择位。SMOD为1时比为0时波特率高一倍。（3）串行通道数据寄存器：SBUF 它是两个8位移位寄存器，一个是发送缓冲器，只写不读，另一个是接收缓冲器，只读不写，它们共用一个地址 99H,12,MCS-51串行口内部机构,13,9.2.2 串行口的四种工作方式（P110）,14,（1）方式0 移位寄存器输入输出方式，同步发送、接收8位数据，每个机器周期移一位，移位脉

7、冲由TXD提供。如图:,输出方式 输入方式,15,方式0输出的基本指令：MOV SCON，#00H MOV A，#nnH CLR TI MOV SBUF,AWAIT:JNB TI,WAIT CLR TI,;SM0=SM1=0，选方式0;取待输出数据nnH;清发送中断标志;数据写入SBUF;判断数据是否发送完，TI=1？;清发送完标志，准 备发送下一字节,说明：数据写入SBUF后，单片机会立即自动启动发送TXD引脚每隔一个机器周期发出一个移位脉冲；SBUF中的数据在移位脉冲下右移一 次送至RXD；当SBUF中的数据全部移出后，单片机自动将TI置1；要再次发送数据必须清除TI。,16,方式0输入：

8、当REN=1，接收中断标志RI=0，则启动接收，移位脉冲仍从TXD端输出，数据从RXD端输入，当一个字节数据输入完毕时，置1接收中断标志RI。（2）方式1（波特率可变）异步串行通讯。发送或接收一帧数据为10位，其格式是：1 8 位 数 据 0 SCON 中SM0，SM1 为01则选方式1,17,发送过程：启动发送：执行一条访问SBUF指令即启动发送，且同时1装入第9位。发送一位的时间：由选定的波特率决定。发送过程：首先起始位0从TXD脚发出，且第9位写入1，然后每个移位脉冲将SBUF中数据右移一位，从TXD输出，空位由0填充。发送结束后，置位发送中断标志TI，申请中断。,18,接收过程：REN

9、=1且RI=0时，允许接收。起始位判断 以选定波特率的16倍速率采样RXD端，当连续三次采样中有两次是0时，确认为起始位，此时开始接收数据。数据接收：每来一个移位脉冲，RXD引脚移入一位数据，一帧数据接收完后，TI置1可申请中断。移位脉冲的频率由选定波特率决定。数据保留条件（P110）保留数据条件是：RI=0、SM2=0或者RI=0、停止位为1，符合两组条件其中之一则将数据保留在SBUF中，并置位RI。若不符合保留数据的条件，则将收到的数据丢弃，重新检测RXD端准备下次接收。,19,（3）方式2（波特率固定）异步发送或接收一帧数据为11位，其格式为：1 第9位 8 位 数 据 0 发送与接收操

10、作同方式1，注意保留数据条件为：RI=0、SM2=0 或者 RI=0、第9位数据为1（4）方式3（波特率可变）与方式2相同的是异步接收发送一帧数据是11位，但波特率与方式2不同，与方式1相同。注：所有方式当发送或接收一帧数据置位TI和RI标志后，必须软件清0，以备下一帧数据的发送或接收。,第9位数据接收时为RB8；发送时为TB8。,20,9.2.3 SCON中的TB8、RB8 第9位数据的用法举例 在数据通讯中，由于传输距离较远，数据在传输过程中可能发生畸变，从而引起误码，为了保证传输质量，除了硬件措施外，软件可采取检错措施，可用第9位数据进行奇偶检验。例1：利用TB8传送奇偶检验位MOV S

11、CON,#80H;选串行口方式2，传送11位数据MOV A,#DATA;待发送数据送A，该指令影响奇偶标志P MOV C,PSW.0（P）;奇偶标志送C，奇为1、偶为0MOV TB8,C;奇偶标志送TB8，为发送的第9位数据MOV SBUF,A;启动一次发送共11位数据LOOP:JBC TI,OK;TI=1时，数据发送成功SJMP LOOP,21,例2：利用RB8接收奇偶检验位 MOV SCON,#90H;选方式2，REN=1，允许接收LOOP：JBC RI,ROK;等待接收完毕 SJMP LOOP ROK：MOV A,SBUF;接收完的数据送入A 同时获取P标志位 JB P，ONE;奇偶标志

12、为奇跳至RB8判断 JB RB8,ERR;接收到的数据为偶，而RB8为1，出错 SJMP OK;数据接收正确 ONE：JNB RB8,ERR;接收到的RB8不为1，出错 OK：;接收正确 ERR：.;接收出错处理，可通知对方重发,22,9.2.4 用SCON中的SM2实现多机通讯 在方式2和方式3中，当接收到一帧数据时，只有符合下列条件之一数据才会被保留，否则将被丢弃：RI=0 且SM2=0 RI=0且第九位数据为1（1）多机通讯设置：要求SM2=1，此时要求第9位数据为1。约定主机发出地址信息第9位为1，而数据信息第9位为0，（2）基本原理：主机先向各从机发出地址信息，地址信息第9位为1，符

13、合条件，各从机均能接收到地址信息，同时与自己的地址相比较，接收到的地址信息与本机地址相同，则使SM2=0，准备接收数据信息。,23,（3）数据传送 随后主机向总线发出数据，第9位为0，地址不符合的从机接收后均不符合条件，数据丢弃；只有地址相符的从机由于SM2=0符合条件而保存接收到的数据信息，从而实现了点对点的多机通讯。（4）通信结束 数据通信结束后，主机应当发送一个结束标志，通知从机，从机接收到该命令后，把SM2重新置1，或者从机接收完数据后自动判断，如果确认数据传送结束后，自动把SM2重新置1。恢复初始状态。,24,9.3 波特率的制定方法9.3.1 方式0（B代表波特率，以f 代表晶振频

14、率）方式0的波特率固定，为晶振频率的1/12（一个机器周期）如6M晶振，B=6M/12=0.5M位/秒=0.5106 波特 传送一位所需时间是2微秒注：方式0波特率只与晶振频率 f 有关，f 愈大传送速度愈快。9.3.2 方式2 B=f2SMOD/64 SMOD是PCON的最高位，可为0或1，若f=6M，SMOD=0 B=6M20/64=93750 波特 SMOD=1 B=6M21/64=187500 波特注：方式2波特率与晶振频率和SMOD有关，一经选定晶振频率，波特率只有两种可选择。,25,9.3.3 方式1和方式3B=T1溢出率2SMOD/32 溢出率定时器每秒溢出的次数。由于定时器工作

15、在不同的工作方式时，具有不同的计数器位数，(13位、16位、8位)，装入不同的初始常数，因此溢出率也不同。溢出率1溢出周期，溢出周期：T=TC+TI 式中：TC 为定时时间，TC=(2n-X)机器周期 TI 为本次溢出到再次启动定时之间的时间间隔具体：a：转入中断入口硬件子程序所需的3个机器周期；b：重装时间常数后中断返回所需的6个机器周期。,26,说明：上述公式是对定时器方式0和1而言；定时器方式2由于可自动重装时间常数而省去了转入中断 服务重装时间常数所需的9个机器周期，即TI=0。因此定时器方式2时溢出率为：,合计大约共需要9个机器周期时间T（2n-X9）机器周期(12/f),27,综上

16、分析，串行口方式1和方式3的波特率计算公式为：（1）T1工作于方式0和方式1时：,（2）T1工作于方式2时：,28,由式 可知：当f=6M，T1方式0，当SMOD=0、X=0时，所获得的波特率为最小值：B=1.9052波特 当SMOD=1，X=1FFFH时，所获得的波特率为最大值：B=3125波特同理：T1方式1时：波特率范围为 0.24 3125波特由式T1方式2时，波特率范围为61 31250 波特,29,例：编一程序，设置8051串行口可发送、接收一帧数据为11位，其波特率选定125波特，设晶振频率为6MHZ。分析：（1）串口方式2和方式3可发送接收11位数据。若选方式2：B=f2SMO

17、D/64=610 62SMOD/64当SMOD=0时 B=93750波特当SMOD=1时 B=187500波特 均不满足125波特，因此只能选方式3SCON：1 1 0 1 0 0 0 0 方式3 允许接收 D0H,30,（2）设置计算波特率选T1方式2，其波特率范围为 61 31250 波特可满足125波特。T1工作于方式2时 选SMOD=1 则：解之得 X=6,31,程序如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0023H AJMP BTLMAIN:MOV SP,#30H MOV SCON,#0D0H;串行口方式3，允许接收 MOV PCON,#80H;SMOD=1 MOV T

18、MOD,#00100000B;T1方式2定时 MOV TL1,#06H;设置波特率125波特 SETB EA;允许CPU中断 SETB ES;允许串行口中断 SETB TR1;启动T1发出波特率.BTL：.,32,常用波特率一览表,33,应用实例:单片机和PC机的数据通信(P124)单片机向计算机上传数据硬件基础知识:,都经过电平转换,34,电压转换芯片:,Ti IN-TTL-单片机的TXDRiOUT TTL-单片机的RXD,35,TXD,RXD,8051,MAX231,R1OUT,T1IN,T1OUT,R1IN,PC串口,5,2,3,电路连接：,GND,GND,36,软件设计（单片机端）：（

19、1）波特率选择 假设需要波特率为9600，外部晶振选择11.059，T1工作在方式2，计数初值为FDH，SMOD0MOV TMOD，00100000BMOV TL1，#0FDHMOV PCON，00H（2）串口工作方式选择 无需考虑奇偶校验，那么可让串行口工作在方式一，一帧数据为10位帧格式。MOV SCON，01000000B,37,（3）单片机程序设置 ORG 0000H AJMP MAINMAIN:MOV SP,#30H MOV SCON,#40H;串行口方式1 MOV TMOD，00100000B；T1工作在方式2 MOV TL1，#0FDH；波特率9600 MOV PCON，00H

20、SETB TR1 MOV R0，50H MOV R7，06H；6字节数据 LCALL CKFS.,CKFS:MOV A，R0 MOV SBUF,ANEXT:JNB TI,NEXT CLR TI INC R0 DJNZ R7,CKFS RET,38,（4）上位机（PC）程序设计 可使用VB6.0实现，选择MSComm控件，该控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。每个使用的 MSComm 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串行端口，必须使用多个 MSComm 控件。可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕获并处理这些通讯事件。OnComm 事件还可以检查和处理通讯错误。,