第二十三講串行通信概述

1、第八章串行通信技術§ & 1串行通信的概述及RS-232C總線教學方法：講授法教學目的：1、了解單片機串行通信的根本方法。2、掌握單片機串行通信的相關概念。3、了解 RS-232C 總線。4、了解RS-232C總線電平及計算機信號電平教學重點：串行通信的方式教學難點：波特率的理解和信號電平的理解教學過程：組織教學：授課課時：2課時扳書課題：§ 8。1串行通信的概述及 RS-232C總線引入新課：一、串行通信概述1、什么叫串行通信？并行、串行舉生活中的例子排橫隊行走，排縱隊行走說明；引出并行通信，串行通 信的概念。串行通信就是使計算機中的數(shù)據(jù)一位一位地按先后順序在一根

2、傳輸線上傳送。通常有兩種基本的通信方式：異步通信和同步通信。2、異步通信和同步通信回憶在數(shù)字電路中所學的移位存放器工作原理?？商釂枌W生。異步通信：異步一一發(fā)送時鐘不一定等于接收時鐘。如下列圖:弟nr牛弊惘慌f位i舊位Di0/110D.D,%D,DsDt0/1i0Dx奇隅止4S臉疲I.第#1俺愴賊起ft奇隅止 胺推ftr -t rniuE DbEt0/11 1 10D.DDrD,D5%EtMl11110DlS7-1異步通信中數(shù)傭傳送的格式數(shù)據(jù)傳送是幀的形式傳送，每一幀數(shù)據(jù)包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位、停止位四 局部。其中數(shù)據(jù)位可以是 5位、6位、7位、8位。在一幀格式中，先是一個起始位 0,然

3、后是8個數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后，接 下來是奇偶校驗位可以省略，最后是停止位 1。用這種格式表示字符，那么字符可以一個 接一個地傳送。特點：不同速度的外設可相互傳送，但傳送數(shù)據(jù)比實際數(shù)據(jù)位數(shù)多加起始位、停止 位等，占用CPU時間，傳送速度較慢。同步通信同步一一發(fā)送設備時鐘等于接收設備時鐘。在同步通信中，每個字符要用起始位和停止位作為字符開始和結束的標志，占用了時間；所以在數(shù)據(jù)塊傳遞時，為了提高速度，常去掉這些標志，采用同步傳送。由于數(shù)據(jù)塊傳遞開始要用同步字符來指示，同時要求由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件較復雜。發(fā)送方和接收方時鐘完全一樣，只要雙方同時準備好同步，可直接傳送數(shù)

4、據(jù)，無需附加多余的控制位，傳送數(shù)據(jù)效率高，但設備要求高。二、串行通信相關概念1、波特率即串行通信速率。單位為 b/s、bps女口：幀結構為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位，每秒傳送240幀即240個字符， 那么波特率為1 + 8+ 1 X 240 = 2400 b/s = 2400 波特。2、接收/發(fā)送時鐘接收/發(fā)送時鐘用于控制通信設置接收 /發(fā)送數(shù)據(jù)的速度，如傳送1位數(shù)據(jù)需8個時鐘周 期，時鐘周期越短時鐘頻率越高那么傳送速度越快。因此波特率與發(fā)送/接收時鐘頻率的關系可表示為波特率=接收/發(fā)送時鐘頻率/n式中n稱之為波特率因子。3、通信方式串行通信根據(jù)通信時數(shù)據(jù)的傳送方向可分為單工、半雙工和

5、全雙工三種通信方式。 單工方式At B只能由A傳送至B 半雙工方式A<-> BA 可以傳送至B, B也可傳送至A,但兩者不能同時進行。 全雙工方式A<-> BA 可以傳送至B, B也可傳送至 A,但兩者可以同時進行。4、數(shù)據(jù)的校驗方法奇校驗：包括校驗位的1的個數(shù)為奇數(shù)個。偶校驗：包括校驗位的1的個數(shù)為偶數(shù)個。校驗和：所有傳送數(shù)據(jù)的異或結果。循環(huán)冗余碼校驗：5、信號調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號發(fā)送出去。解調(diào)：把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。6、串行通信的實現(xiàn)通用異步接收器/發(fā)送器(UART)通用同步接收器/發(fā)送器(USRT)通用同步異步接收器/發(fā)送器(USA

6、RT)三、RS232C總線1、RS232電平和 TTL電平常用串行通信接口：RS232C RS485 RS423這些接口主要是信號電平不同，規(guī)定的邏輯狀態(tài)不同。如RS232C規(guī)定：發(fā)送方“ 0邏輯為+5V至+15V“ 1邏輯為-5V至-15V接收方“ 0邏輯為+3V至+15V“ 1邏輯為-3V至-15V稱之為RS232電平。順便介紹TTL電平：“ 0邏輯為0V至0.4V“1 邏輯為2.4V至5V因單片機的串口輸出邏輯為 TTL電平，計算機的串口邏輯為RS232電平，因此兩者進行通信時必須進行電平轉(zhuǎn)換。常用轉(zhuǎn)換芯片有：MC1448 MC1449 MAX232A等。2、標準RS232接口RS232

7、總線由22根信號線組成，見表 6-1，采用DB25連接器。3、連接方式小結：(略)思考題：1、什么叫串行通信？2、串行通信有哪兩種根本通信方式？3、單工、半雙工、全雙工的意義是什么？4、什么是波特率？5、RS232通信電平如何， TTL電平如何？6、單片機與微機進行通信為什么要進行電平轉(zhuǎn)換？§ 8.2串行口結構、工作方式、波特率設置教學方法：講授法教學目的：1、了解89C51單片機串行口結構。2、掌握串行口的四種工作方式。3、掌握串行通信的波特率設置。4、掌握串行口通信的初始化程序設計教學重點：串行口的四種工作方式、通信波特率設置教學難點：通信波特率設置教學過程：組織教學：授課課時：

8、(2課時)扳書課題：§ 8.2 串行口結構、工作方式、波特率設置引入新課：一、89C51串行口的結構1 、接口特點：全雙工通用異步接收/發(fā)送器 UART( Un iversalAsyn chro nousReceiver/Transmitter)，波特率可編程設置，可中斷2 、組成：串行口控制存放器、發(fā)送控制、接收控制、波特率輸入管理、輸入移位存放器和發(fā)送/接收緩沖器SBUF等。3、串行口控制存放器地址98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0 SM1確定工作方式00方式001方式110方式211方式3SM2 :多機通信控制REN :接收允許TB8 :發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)R

9、B8 :接收的第9位數(shù)據(jù) TI :發(fā)送完的標志當發(fā)送完數(shù)據(jù)，硬件使 TI置1，軟件清0 ( CLR TI) RI :接收完的標志當接收完數(shù)據(jù)，硬件使 RI置1，軟件清0。4、數(shù)據(jù)緩沖器SBUF兩個獨立存放器，但地址相同，都為99H,發(fā)送的數(shù)據(jù)需放發(fā)送緩沖器 SBUF被接收的數(shù)據(jù)放接收緩沖器 SBUF二、串行口的四種工作方式1、 方式0:同步移位存放器方式，8位數(shù)據(jù)移位輸入/輸出，RXD固定傳輸數(shù)據(jù)，TXD 產(chǎn)生同步移位脈沖。方式0結構見圖6-14所示，發(fā)送/接收數(shù)據(jù)無起位、停止位，要求 SM2 = 0方式0發(fā)送過程：串行數(shù)據(jù)從 RXD引腳輸出，TXD引腳輸出移位脈沖。 CPU將數(shù)據(jù) 寫入發(fā)送存

10、放器時，立即啟動發(fā)送，將 8位數(shù)據(jù)以fos/12的固定波特率從 RXD輸出，低位 在前，高位在后。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送中斷標志TI由硬件置位。方式0接收過程：當串行口以方式0接收時，先置位允許接收控制位 REN。此時，RXD 為串行數(shù)據(jù)輸入端，TXD仍為同步脈沖移位輸出端。 當RI=0和REN=1同時滿足時， 開始接收。當接收到第 8位數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)移入接收存放器，并由硬件置位RI。方式0的波特率：固定為fosc / 122、方式1： 8位UART幀數(shù)據(jù)10位方式1發(fā)送過程：當CPU執(zhí)行一條指令將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖SBUF時，就啟動發(fā)送。串行數(shù)據(jù)從TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，就由硬件置位

11、 TI。方式1接收過程：在REN=1時，串行口采樣 RXD引腳，當采樣到1至0的跳變時， 確認是開始位0，就開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當 RI=0且停止位為1或者SM2=0時， 停止位才進入 RB8，8位數(shù)據(jù)才能進入接收存放器，并由硬件置位中斷標志RI ;否那么信息喪失。所以在方式1接收時，應先用軟件清零 RI和SM2標志。方式1的波特率：2SM°毀T1的溢出率/ 32發(fā)送完置位TI、接收完數(shù)據(jù)置位 RI。置位RI是有條件的。即：REN = 1 , RI = 0 且SM2 = 0或SM2 = 1但是接收到的停止位為 1。此時，數(shù)據(jù)裝載 SBUF停止位進入 RB8, RI置1。3、方式2：

12、 9位UART多用于多機通信方式2發(fā)送過程：發(fā)送的串行數(shù)據(jù)由 TXD端輸出一幀信息為11位，附加的第9位來自 SCON存放器的TB8位，用軟件置位或復位。 它可作為多機通信中地址 /數(shù)據(jù)信息的標志位， 也可以作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗位。當CPU執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入 SUBF的指令時，就啟動發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標志TI。方式2接收過程：在REN =1時，串行口采樣 RXD引腳，當采樣到1至0的跳變時， 確認是開始位 0,就開始接收一幀數(shù)據(jù)。在接收到附加的第9位數(shù)據(jù)后，當RI =0或者SM2 =0時，第9位數(shù)據(jù)才進入 RB8 , 8位數(shù)據(jù)才能進入接收存放器，并由硬件置位中 斷標志RI;否那么

13、信息喪失。且不置位 RI。再過一位時間后，不管上述條件時否滿足，接收 電路即行復位，并重新檢測 RXD上從1到0的跳變。發(fā)送完數(shù)據(jù)置位TI。接收到有效數(shù)據(jù)完畢，置位 RI。有效數(shù)據(jù)條件：REN = 1 , RI = 0 且SM2 = 0或接收到第9位數(shù)據(jù)為1。此時，數(shù)據(jù)裝載 SBUF第9位數(shù)據(jù)TB8t RB8, RI置1。方式2的波特率：2smod/ 64 X fosc4、方式3: 9位UART多用于多機通信除波特率外，其余與方式2相同。方式3的波特率：2SM°D/ 32 X T1溢出率三、串行口波特率的設置與串行口波特率相關的存放器還有PCON PCON勺最高位是SMO可以控制波特

14、率加倍。波特率一般采用定時/計數(shù)器T1的溢出率產(chǎn)生，因此設置波特率需設置 T1的溢出率和SMOD 方式0和方式2波特率：固定方式1和方式3波特率：可變，波特率 =2 SM°7 32X T1的溢出率T1溢出率=單位時間內(nèi)溢出次數(shù) =1 /T1的定時時間而T1的定時時間t就是T1溢出一次所用的時間。此情況下，一般設T1工作在模式28位自動重裝初值。8 8 8N = 2 t / T , t = 2 - N T = 2 - Nx 12 / fosc所以，T1 溢出率=1/t = fosc / 122 - N,故， 波特率=2SMOD / 32 X fosc / 12256 - N。假設波特率

15、，那么可求出T1的計數(shù)初值：y = 256- 2smoX fosc /波特率X 32 X 12例、假設fosc = 6MHz，波特率為2400波特，設SMOD = 1,那么定時/計數(shù)器T1的計數(shù)初 值為多少？并進行初始化編程。解：y = 256 - 2smoX fosc /2400 X 32 X 12 = 242.98 243 = F3H同理，fosc = 11.0592MHz，波特率為 2400，設 SMOD = 0,貝Uy = F4H初始化編程：MOV TMOD #20HMOV PCON #80HMOV TH1, #0F3HMOV TL1, #0F3HSETB TR1MOV SCON #5

16、0H當時鐘頻率選用11.0592MHZ時，取易獲得標準的波特率，所以很多單片機系統(tǒng)選用這 個看起來“怪的晶振就是這個道理。F表列出了定時器T1工作于方式2常用波特率及初值。常用波特率Fosc(MHZ)SMODTH1初值1920011.05921FDH960011.05920FDH480011.05920FAH240011.05920F4h120011.05920E8h小結：略思考題：1、89C51串行口由哪幾個局部組成？2、89C51串行口有幾種工作方式？分別有什么區(qū)別？3、設置串行口波特率與哪些存放器有關？4、接收緩沖器SBUF和發(fā)送緩沖器SBUF是不是同一個存放器?5、怎樣編寫一個串行口波

17、特率初始化程序？§ 8.3 串口應用及 RS485標準教學方法：講授法教學目的：1、掌握串行口在方式 0、方式1下的應用和編程2、掌握RS485的標準。3、掌握串行通信的波特率設置。4、掌握串行口通信的初始化程序設計教學重點：串行口方式0、方式1的應用教學難點：通信波特率設置教學過程：組織教學：授課課時：2課時扳書課題：§8.3 串口應用及RS485標準一、串行口應用1、串行口在方式 0的應用以擴展一個并行口。例：用89C51串行口外接CD4094擴展8位并行輸出口，如下圖，8位并行口的各位都接一個發(fā)光二極管，要求發(fā)光管呈流水燈狀態(tài)。串行口方式0的數(shù)據(jù)傳送可采用中斷方式，也

18、可采用查詢方式，無論哪種方式，都要借助于TI或RI標志。串行發(fā)送時，可以靠TI置位發(fā)完一幀數(shù)據(jù)后引起中斷申請，在中斷效勞程序中發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)，或者通過 查詢TI的狀態(tài)，只要TI為0就繼續(xù)查詢，TI為1就結束查詢，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在串行 接收時，那么由RI引起中斷或?qū)?RI查詢來確定何時接收下一幀數(shù)據(jù)。無論采用什么方式，在開始通信之前，都要先對控制存放器 scon進行初始化。在方式0中將，將00H送scor就可 以了。ORG 2000HSTART: MOV SCON,#00H置串行口工作方式 0MOV A,#80H ;最高位燈先亮CLR P1.0 ;關閉并行輸出避象傳輸過程中，各LED的暗紅現(xiàn)象

19、OUTO: MOV SBUF,A ;開始串行輸出OUT1: JNB TI,OUT1 ;輸出完否CLR TI ;完了，清TI標志，以備下次發(fā)送SETB P1.0 ;翻開并行口輸出 ACALL DELAY ;延時一段時間RR A ;循環(huán)右移CLR P1.0 ;關閉并行輸出JMP OUTO ;循環(huán)說明：DELAY延時子程序可以用前面我們講P1 口流水燈時用的延時子程序，這里就不給出了。2、串行口在方式1下的點對點通信 要求電平轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)傳輸距離較遠，電平轉(zhuǎn)換芯片可選用MAX232A點對點通信要求收/發(fā)雙方波特率相同，發(fā)送和接收程序流程圖如下：人機嵐it程斥扯理囲毗炭收畏押曲桎同點對朮蔚怯植序it穗國

20、3、串行口在多機通信中的應用 多機通信系統(tǒng)連接如下：fxdRXDi機rxt> rxdTJ(DRXDFXDit KD3&31 唄1財2®7-17爭機通宿系統(tǒng)通信原理： 將所有從機的SM2位置1,處于只接收地址的狀態(tài)。 主機發(fā)送一幀地址信息包含8位地址，第9位為1表示發(fā)送的是地址幀用以選中 要通信的從機。 各從機接收到地址幀后，與本機地址相比擬，如果相同，該從機向主機回送本機地址信息供主機核對，并將自身的SM2清0，以準備接收主機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀，其它從機保持SM2為1，對主機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀不予理睬。 主機收到被選中的從機回送地址信號后，主機可對該從機發(fā)數(shù)據(jù)或控制信息。 當主機要與其它從機通信時，可再發(fā)地址幀，而先前被尋址的從機發(fā)現(xiàn)主機是對其 它從機尋址時，恢復其 SM2=1對主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬。以中斷方式實現(xiàn)的主機程序流程圖如下：通信協(xié)議如下： 從機地址用8位二進制數(shù)表示，最多允許255臺從機(地址分別為OOH FEH) , FFH作為一條控制命令由主機發(fā)送給從機，它使所有從機恢復SM2=1狀態(tài)。(2) 主機和從機的通信過程如前面所示。(3) 主機和從機通信時，除傳送數(shù)據(jù)幀和地址幀信息，還應傳送一些命令或狀態(tài)字。 主機發(fā)送的