第六章異步串行通信(SCI)清華洪偉

1、第六章第六章 異步串行通信（異步串行通信（SCI）n6.1 通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識n6.2 異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n6.3 SCI功能簡介功能簡介n6.4 SCI寄存器寄存器n6.5 SCI應(yīng)用程序示例應(yīng)用程序示例 Page 1Lecture4 Page 2微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 通信方式的幾個要素通信方式的幾個要素串行、并行（串行、并行（Serial/parallel）同步、異步（同步、異步（Synchronous/asynchronous）點對點、總線（點對點、總線（Point-to-point/bus）半雙工、全雙工（半雙工、全雙工（Half-

2、duplex/full-duplex）主從式、對等式（主從式、對等式（Master-slave/equal partners）單端信號、差分信號（單端信號、差分信號（Single-ended /differential）第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 2Lecture4 Page 3微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 串行通信 數(shù)據(jù)按位位傳輸 通信方只需要很少的連接 resource/pin efficient 速度較慢，傳輸信息少 傳輸距離較遠(yuǎn)n 并行通信 數(shù)據(jù)按字節(jié)字節(jié)/字字傳輸 通信方需要多個連接信號- difficult for PC

3、B routing 傳輸速度快 傳輸距離較短你接觸過哪些串行/并行通信？第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 3Lecture4 Page 4微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 同步通信接收方可以得到發(fā)送方的通信時鐘信號傳輸速率高n 異步通信（SCI：serial communication interface） （UART：universal asynchronous receiver/transmitter)發(fā)送方和接收方使用獨立的時鐘來處理通信信號通信雙方約定通信速率通信中需要約定起始/停止位或定義特殊的幀結(jié)構(gòu)傳輸速率較低第六章異步串行通信（

4、第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 4Lecture4 Page 5微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 點對點通信線路上只有兩個通信方 不需要尋址n 總線通信線路上有多個通信方需要建立尋址機(jī)制第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 5Lecture4 Page 6微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 半雙工一條數(shù)據(jù)線，分時進(jìn)行發(fā)送和接收一方發(fā)送時，其他通信方只能處于接收狀態(tài)需要額外的邏輯來控制發(fā)送和接收狀態(tài)的切換有發(fā)生沖突的危險n 全雙工兩條數(shù)據(jù)線，通信端可以同時進(jìn)行發(fā)送和接收需要兩個獨立的通信通道使用簡單，數(shù)據(jù)傳輸率高對講

5、機(jī)？電話機(jī)？第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 6Lecture4 Page 7微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 主從式只有主端可以發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸從端等待主端的允許才能傳輸數(shù)據(jù)n 對等式任何節(jié)點可以發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸需要建立沖突檢測和仲裁機(jī)制第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 7Lecture4 Page 8微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 單端信號信號幅度以地電平作為參考通信雙方必須建立共同的參考地電平干擾造成的信號幅度變化可能導(dǎo)致錯誤解釋n 差分信號每個信號使用兩根線傳輸，信號的值由兩個線上的電平的

6、差值表示通信方不需要共同的參考地對干擾抑止能力強(qiáng)傳輸速率高第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）通信基礎(chǔ)知識通信基礎(chǔ)知識 Page 8Lecture4 Page 9微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器常見的通信類型總線類型總線類型線數(shù)線數(shù)通信類型通信類型多主多主波特率（波特率（bps)器件數(shù)器件數(shù)目目總線長度總線長度UART2異步異步No3K-1M2*SPI3同步同步Y(jié)es1M-10M10板內(nèi)板內(nèi)I2C2同步同步Y(jié)es1M10板內(nèi)板內(nèi)CAN2異步異步Y(jié)es20K-1M128百米公百米公里里L(fēng)IN1異步異步No20K16幾十米幾十米 Page 9Lecture4 Page 10微控

7、制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù) Page 10第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)串行通信示意圖串行通信示意圖Lecture4 Page 11微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)EIA RS-232-C（CCITT V.24）l 美國電子工業(yè)協(xié)會正式公布的異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最常用的異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)，用來實現(xiàn)計算機(jī)與計算機(jī)之間、計算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信 l RS-232-C電平采用負(fù)邏輯，即，邏輯1：-3-15V,邏輯0：+3+15V （需要電平轉(zhuǎn)換）l RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)25芯D型插頭座；PC上使用簡

8、化的9芯D型插座 l 多種通信應(yīng)答（握手）方式： 硬件握手，自應(yīng)答，XON/XOFF模式l 波特率： 300bps 20Kbps， 物理層有多種實現(xiàn)方式（銅纜，光纜，紅外，微波）l 起始位/停止位/數(shù)據(jù)位/奇偶校驗/全雙工半雙工模式 l 廣泛應(yīng)用： Modem，20mA電流環(huán)，RS485 個人計算機(jī)都有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，驅(qū)動程序，超級終端第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) Page 11Lecture4 Page 12微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù) Page 12第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信

9、協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)簡化的簡化的9芯芯D型型 DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備，指：數(shù)據(jù)終端設(shè)備，指PC或終端或終端 DCE：數(shù)據(jù)通信設(shè)備，指調(diào)制解調(diào)器等外設(shè)：數(shù)據(jù)通信設(shè)備，指調(diào)制解調(diào)器等外設(shè)DCE（母）（母）DTE（公）（公）Lecture4 Page 13微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 簡化的9芯D型接頭信號定義（硬件流量控制） DTE DCE 3 TxD out TxD Transmit Data2 RxD in RxD Receive Data5 GND GND 7 RTS out RTS Require To Send8 CTS in CTS Clear To Send6

10、 DSR in DSR Data Set Ready9 DCD in DCD Data Care Detected4 DTR out DTR Data Terminal Ready Page 13第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 14微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)簡化的簡化的9芯芯D型接頭信號定義（型接頭信號定義（自應(yīng)答方式自應(yīng)答方式） DTE / DCE 2 TxD out TxD (Transmit Data )3 RxD in RxD (Receive Data)7 GND GND (Grou

11、nd)4 RTS out RTS (Require to Send)5 CTS in CTS (Clear to Send)6 DSR in DSR (Data Terminal Ready)8 DCD in DCD (Data Carry Detected)20 DTR out DTR (Data Set Ready)Ready always, or XON/XOFF protocol, ASCII only!第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 15微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)簡化的簡化的9芯芯D

12、型接頭信號定義（型接頭信號定義（無應(yīng)答方式無應(yīng)答方式） 1 protection ground2 RxD in RxD (Receive Data)3 TxD out TxD (Transmit Data )5 GND GND (Ground)6 DSR in DSR (Data Terminal Ready)7 RTS out RTS (Require to Send)8 CTS in CTS (Clear to Send)9 DCD in DCD (Data Carrier Detected) 4 DTR out DTR (Data Set Ready)No Handshake, shou

13、ld use XON/XOFF protocol,ASCII only Page 15第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 16微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)nTTL level vs. RS232 level Page 16第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 17微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)nTTL level vs. RS232 level Page 17第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異

14、步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 18微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)nRS232標(biāo)準(zhǔn)（1962）出現(xiàn)的比TTL（1964）還早n需要接口轉(zhuǎn)換芯片MAX232MicrocontrollerTTL/CMOSRS232 Page 18雙通道 第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 19微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)幀格式（幀格式（Frame format）012345678LSBMSBstopidleidlestartn 非歸零碼：NRZ (not return z

15、ero) encodingn 參數(shù)：Several configurable parameters Baud rate, # start bits，#data bits, parity, #stop bits（波特率，起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位，停止位）n Nomenclature: 9600,N81（無奇偶校驗，8位數(shù)據(jù)，1位停止位）n 最低位：LSB- Least significant bitn 最高位：MSB- Most significant bitParity(stop) Page 19第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)

16、標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 20微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 接收端在其時鐘上升沿采樣數(shù)據(jù)線電平，以識別數(shù)據(jù)位的高低狀態(tài)。nWhat is the data transmitted above? Page 20第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)位識別數(shù)據(jù)位識別Lecture4 Page 21微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)Tx_clkRx_clkTxDRxD傳輸過程會引起信號的延遲，會引入外部干擾導(dǎo)致的噪聲及毛刺第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

17、位識別數(shù)據(jù)位識別Lecture4 Page 22微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù) Page 22第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)位識別數(shù)據(jù)位識別- 通信雙方有約定的通信速率（波特率）通信雙方有約定的通信速率（波特率）- 接受端按照接受端按照16倍波特率的頻率對信號進(jìn)行高速采樣倍波特率的頻率對信號進(jìn)行高速采樣 - 使用其中使用其中3個采樣結(jié)果（個采樣結(jié)果（7、8、9或或8、9、10），通過），通過3取取2的機(jī)制確定實際的的機(jī)制確定實際的信號電平狀態(tài)信號電平狀態(tài)- 如果如果3個采樣結(jié)果不一致，個采樣結(jié)果不一致，noise標(biāo)志會

18、置起標(biāo)志會置起- 接受端在總線進(jìn)入空閑狀態(tài)后，通過監(jiān)測下降沿，啟動對起始位的判斷，從而接受端在總線進(jìn)入空閑狀態(tài)后，通過監(jiān)測下降沿，啟動對起始位的判斷，從而開始整個數(shù)據(jù)幀的接受。開始整個數(shù)據(jù)幀的接受。Lecture4 Page 23微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n波特率： bits per second nQuestion1: 按照9600,N81的通信參數(shù)，每秒可以傳送多少個字節(jié)？Hints: dont forget the start/stop bits.nQuestion2: 對于一個總線頻率為16MHz的微控制器，其SCI最高支持的波特率是多少？ Page 23第六章異步串行通信（第六

19、章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)Lecture4 Page 24微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)n 校驗位附加在數(shù)據(jù)幀末尾，用于檢查傳輸過程中是否發(fā)生了數(shù)校驗位附加在數(shù)據(jù)幀末尾，用于檢查傳輸過程中是否發(fā)生了數(shù)據(jù)位錯誤。據(jù)位錯誤。LSBMSBstopstartParity Page 24第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）異步串行通信協(xié)議異步串行通信協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)校驗位校驗位 偶校驗：所有數(shù)據(jù)位和偶校驗：所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，校驗位中，1的數(shù)目是偶的數(shù)目是偶數(shù)；數(shù)； 奇校驗：所有數(shù)據(jù)位和奇校驗：所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，校驗位中，1的

20、數(shù)目是奇的數(shù)目是奇數(shù)數(shù)Lecture4 Page 25微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)Transmitter: Receiver:.TDR BUFFERSHIFT REGISTERDATA INDATAOUTT8PARITYGEN.DATA OUTRDR BUFFERSHIFT REGISTERDATAINR8PARITYCHECKSCI 雙緩沖寄存結(jié)構(gòu)n發(fā)送和接受都具有雙緩沖結(jié)構(gòu) nCPU不能讀寫移位緩沖寄存器nCPU僅能訪問數(shù)據(jù)寄存器 Page 25第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI功能簡介功能簡介Lecture4 Page 26微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù).n 發(fā)

21、送時，數(shù)據(jù)自動從數(shù)據(jù)寄存器轉(zhuǎn)移到移位寄存器n 接受時，數(shù)據(jù)自動從移位寄存器轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)寄存器n 發(fā)送和接受的數(shù)據(jù)寄存器使用相同的相同的寄存器地址 n 讀寫該寄存器地址具有不同的含義!Question: whats the function of the instructions below while(1) asm LDAA SCI0DR asm STAA SCI0DR Page 26SCI 雙緩沖寄存結(jié)構(gòu)第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI功能簡介功能簡介Lecture4 Page 27微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)Tx data registerTx clock genN

22、ote the 16Shift registerParity genInterrupt request gen Page 27Control logic第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI功能簡介功能簡介Lecture4 Page 28微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)SCIBDH/L - SCI Baud Rate Control Register必須連續(xù)寫入必須連續(xù)寫入BDH和和BDL寄存器，僅僅寫入寄存器，僅僅寫入BDH沒有作用。沒有作用。BR為為0，表示，表示SCI停停止工作，以便節(jié)省電能。止工作，以便節(jié)省電能。Bus clock1 819124M bus clockE

23、xercise1: 9600bps wanted， BR = ? BDH = ? BDL = ?Exercise2： the maximum baud rate = ? Page 28第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI寄存器寄存器Lecture4 Page 29微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)SCCR1 - SCI Control Register 1 1 = 9-BIT DATA 0 = 8-BIT DATA1 = EVEN PARITY0 = ODD PARITY1 = PARITY Enabled0 = PARITY Disabled Page 29第六章異步串行通信

24、（第六章異步串行通信（SCI）SCI寄存器寄存器Lecture4 Page 30微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)SCICR 2 - SCI Control Register 2TE _ Transmitter Enable 1 = Transmitter Enabled0 = Transmitter DisabledRE Receiver Enable1 = Receiver Enabled0 = Receiver DisabledTCIE - Transmit Complete Interrupt Enable1 = Transmitter Complete IRQ Enabled0 = T

25、ransmitter Complete IRQ DisabledRIE - Receiver Interrupt Enable1 = Receiver IRQ Enabled0 = Receiver IRQ DisabledTIE - Transmitter Interrupt Enable1 = Transmitter IRQ Enabled0 = Transmitter IRQ Disabled Page 30第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI寄存器寄存器Lecture4 Page 31微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)SCISR 1 - SCI Status Regis

26、ter 1SCISR 2 - SCI Status Register 2RDRF: Receive data Register FullTC : Transmit CompleteTDRE: Transmit data register empty Page 31第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI寄存器寄存器Lecture4 Page 32微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù)SCIDRH/L - SCI Data Register High/LowNote: R8 and T8 are used when 9-bit char is requiredNotice: same r

27、egister for both transmit data and receive data Page 32第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）SCI寄存器寄存器T8Lecture4 Page 33微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù) Page 33第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）應(yīng)用程序示例應(yīng)用程序示例 SCI模塊編程方法模塊編程方法SPI初始化：先寫初始化：先寫SCI0BDH和和SCI0BDL 設(shè)定設(shè)定SCI波波特率；再寫控制寄存器特率；再寫控制寄存器SCI0CR2，設(shè)定中斷允許位，設(shè)定中斷允許位，并使能發(fā)送和接收并使能發(fā)送和接收SCI收發(fā)數(shù)據(jù)：通過查詢收發(fā)數(shù)據(jù)：

28、通過查詢SCI0SR1中的狀態(tài)位或采用中的狀態(tài)位或采用中斷方式，讀寫數(shù)據(jù)寄存器，完成數(shù)據(jù)收發(fā)。中斷方式，讀寫數(shù)據(jù)寄存器，完成數(shù)據(jù)收發(fā)。Lecture4 Page 34微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù) Page 34/SCI/SCI初始化函數(shù)初始化函數(shù)void SCI0_Init(void) void SCI0_Init(void) SCI0BDH = 0; SCI0BDH = 0; SCI0BDL = 52; / SCI0BDL = 52; / bus freq = 8MHz，9600bps SCI0CR2 = 0 x0C;/ SCI0CR2 = 0 x0C;/允許發(fā)送和接收允許發(fā)送和接收 /

29、SCI/SCI發(fā)送一個字節(jié)的函數(shù)（參數(shù)：發(fā)送一個字節(jié)的函數(shù)（參數(shù)：c c 為待發(fā)送的為待發(fā)送的1 1字節(jié)數(shù)據(jù)）字節(jié)數(shù)據(jù)）void Put_Char(char c)void Put_Char(char c) while ( (SCI0SR1 & 0 x80) = 0); while ( (SCI0SR1 & 0 x80) = 0); SCI0DRL = c;SCI0DRL = c; /SCI接收一個字節(jié)的函數(shù)（返回：接收的接收一個字節(jié)的函數(shù)（返回：接收的1字節(jié)數(shù)據(jù)）字節(jié)數(shù)據(jù)）char Get_Char(void); while (SCI0SR1_RDRF = 0);return

30、SCI0DRL; 第六章異步串行通信（第六章異步串行通信（SCI）應(yīng)用程序示例應(yīng)用程序示例Lecture4 Page 35微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器開發(fā)技術(shù) Page 35示例示例1 1：發(fā)送：發(fā)送ASCIIASCII碼表給碼表給PCPC機(jī)，每機(jī)，每1616個字符回車換行一次個字符回車換行一次void main(void)void main(void) unsigned char ascii_char;unsigned char ascii_char;SCI0_Init();SCI0_Init(); ascii_char=0;ascii_char=0; while(ascii_char128) while(ascii_char=10)? (c1+A-10):(c1+0); return (c1=10)? (c1+A-10):(c1+0); void SCI0_SendHex(unsigned char c1)void SCI0_SendHex(unsigned char c1) SCI0_SendChar(dtoa(c1&0 xF0)4); SCI0_S