第七章串行通信及應(yīng)用

1、第七章第七章 串行通信及其接口串行通信及其接口本章要點：本章要點： 串行口的工作方式；MCS-51單片機的串口工作原理及控制；波特率的概念；重點掌握雙機通信的通信過程及相應(yīng)的軟硬件設(shè)計。7.1 概概 述述1、按數(shù)據(jù)傳輸方向分類 1）單工方式數(shù)據(jù)只能向一個方向傳輸。 2）半雙工方式允許數(shù)據(jù)分時兩個方向傳輸。 3）全雙工方式數(shù)據(jù)可以同時往兩個相反的方向傳輸。2）同步方式：每個數(shù)據(jù)位占用的時間都相等，發(fā)送機每一個基本的時間單位發(fā)送一位，接收機與發(fā)送機的時鐘必須嚴(yán)格同步。其格式如圖。2、按傳輸數(shù)據(jù)格式分類：異步和同步通信方式1）異步方式：用一個起始位表示字符的開始，停止位表示字符的結(jié)束。數(shù)據(jù)位則在起始

2、位之后，停止位之前，這樣構(gòu)成一幀，其格式如圖。3常用串行接口標(biāo)準(zhǔn)nRS-232 RS-232是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊. 0：+5+15V， 1：在-5-15V 傳送距離最大為約15米 最高速率為20kb/s 點對點RS-422/485 RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。 1：A、B電壓差在+2+6V 0：A、B電壓差在-26V 在RS-485中還有一“使

3、能”端，而在RS-422中這是可用可不用的RS-422/485RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。 RS-485比RS-422有改進， 總線上可多32個設(shè)備。通用串行總線USBnUSB接口特點接口特點1. 接口類型一致 2. 速度快目前USB2.0速度達480MbpsM3. 接口數(shù)量無限 一個設(shè)備上如果有USB接口，那其它USB設(shè)備接到此口上和接到主機的USB接口上是一樣的。USB可連接127個周邊

4、設(shè)備，所以說是“無限的”。4. 提供外設(shè)電源 5. 具有即插即用的功能 6. 具有熱插拔功能 USB外設(shè)可以帶電插拔功能。7. 傳輸距離5mIEEE1394使用方便，支持熱插拔，即插即用，無需設(shè)置設(shè)備ID號，從Win98 SE以上版本的操作系統(tǒng)開始內(nèi)置IEEE1394支持核心，無需驅(qū)動程序。數(shù)據(jù)傳輸速度快，IEEE1394a高達400Mbps，后續(xù)的IEEE1394b標(biāo)準(zhǔn)可將速度提升到800Mbps、1.6Gbps甚至3.2Gbps。自帶供電線路，能提供840V可變電壓，允許通過最大電流也達到1.5A左右，因此它能為耗電量要求小的設(shè)備進行供電。真正點對點連接(peertopeer)，設(shè)備間不分

5、主從，可直接實現(xiàn)兩臺DV間的數(shù)據(jù)傳輸或是多臺電腦共享一臺DV機，而且從理論上講我們可以直接將IEEE1394接口DV機中的圖像數(shù)據(jù)保存到IEEE1394接口的硬盤中。7.2MCS-51的串行口的串行口7.2MCS-51的串行口的串行口1、數(shù)據(jù)緩沖器SBUF 發(fā)送SBUF和接收SBUF共用一個地址99H。2、串行口控制寄存器SCON 寄存器的字節(jié)地址為98H，可位尋址。SCON格式如圖。 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、SM1：控制串行口的工作方式 00 01 10 11 SM2：多機控制位，用于多機通訊。 REN：允許接收控制位，REN=1，允許接收；REN

6、=0，禁止接收。 TB8：發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)位，可用作校驗位和地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位RB8：接收的第9位數(shù)據(jù)位或停止位TI： 發(fā)送中斷標(biāo)志，發(fā)送一幀結(jié)束，TI=1，必須軟件清零RI： 接收中斷標(biāo)志，接收一幀結(jié)束，RI=1，必須軟件清零3特殊功能寄存器PCON其字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能，其中與串行接口有關(guān)的只有D7位。SMOD (PCON.7) ：波特率倍增位。當(dāng)SMOD=1時，波特率加倍；當(dāng)SMOD=0時，波特率不加倍。3、串行口的工作方式(1) 方式0：同步移位寄存器方式。用于擴展并行I/O接口。1.一幀8位，無起始位和停止位。2.RXD：數(shù)據(jù)輸入/輸出端。 TXD：同步脈沖輸出端，每個脈沖

7、對應(yīng)一個數(shù)據(jù)位。3.波特率B = fosc/12如： fosc=12MHz， B=1MHz，每位數(shù)據(jù)占1s。4.發(fā)送過程：寫入SBUF，啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。 接收過程：REN=1且RI=0，啟動接收，一幀接收完畢，RI=1。 發(fā)送時序發(fā)送時序?qū)懭雽懭隨BUFRXD輸出輸出TXDTID0D1D2D3D4D5D6D7寫寫REN=1RI=0RXD輸入輸入RI 接收時序接收時序(a)(b)(2) 方式1：8位數(shù)據(jù)異步通訊方式。1.一幀10位：8位數(shù)據(jù)位，1個起始位(0)，1個停止位(1)。 2.RXD：接收數(shù)據(jù)端。 TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。3.波特率：用T1作為波特率發(fā)生器，B=(2SMOD

8、/32)T1溢出率。4.發(fā)送：寫入SBUF，同時啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。 接收：REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0且停止位為1 (或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入SBUF，停止位裝入RB8，并使RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。當(dāng)REN=1，CPU開始采樣RXD引腳負跳變信號，若出現(xiàn)負跳變，才進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，先檢測起始位，若第一位為0，繼續(xù)接收其余位；否則，停止接收，重新采樣負跳變。數(shù)據(jù)采樣速率為波特率16倍頻，在數(shù)據(jù)位中間，用第7、8、9個脈沖采樣3次數(shù)據(jù)位，并3中取2保留采樣值。方式1串行發(fā)送接收時序圖寫入寫入SBUF采樣采樣（a） 發(fā)送時序圖發(fā)送時序圖TXD數(shù)據(jù)

9、輸出數(shù)據(jù)輸出TID0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位RXD輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)（b） 接收時序圖接收時序圖D0D1D2D3D4D5D6D7停止位停止位起始位起始位RI檢測檢測負跳變負跳變(3) 方式2和方式3 9位數(shù)據(jù)異步通訊方式。1.一幀為11位：9位數(shù)據(jù)位，1個起始位(0)，1個停止位(1)。 第9位數(shù)據(jù)位在TB8/RB8中，常用作校驗位和多機通訊標(biāo)識位。2.RXD：接收數(shù)據(jù)端，TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。3.波特率：方式2：BR=(2SMOD/64)fosc 。 方式3：BR=(2SMOD/32)T1溢出率 。4.發(fā)送：先裝入TB8，寫入SBUF并啟動發(fā)送，發(fā)送結(jié)束，TI=1。

10、接收：REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0且第9位為1 (或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位裝入RB8，使RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。發(fā)發(fā)送送時時序序?qū)懭雽懭隨BUFTXD輸出輸出TIRXD輸入輸入接接收收時時序序RID0D1D2D3D4D5D6TB8停止位停止位起始位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位停止位起始位起始位D7檢測檢測負跳變負跳變（4）計算波特率方式0為固定波特率：BR=fosc/12方式2可選兩種波特率： BR=(2SMOD /64)fosc 方式1、3為可變波特率，用T1作波特率發(fā)生器。BR=(2SMOD/32)T1溢出率

11、T1溢出率= fosc/（12 （256-x)）串行口方式1、3，根據(jù)波特率選擇T1工作方式，計算時間常數(shù)。T1選方式2： TH1=X= 28-(2SMOD fosc)/(1232BR)T1選方式1用于低波特率，需考慮T1重裝時間常數(shù)時間。簡單示例n設(shè)波特率為1200bps，求定時器初值X大小并進行初始化（設(shè)SMOD=0） 1200=（1/32）*（fosc/(12*(256-x)） X=E6H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H MOV PCON,#00H MOV SCON,#50H 7.3 雙機通信雙機通信7-3-1 主從機間的通信主從機間的

12、通信 1 雙機串行異步通信（1）單片機與單片機間的串行異步通信接口設(shè)計 兩臺8031直接通信如圖: 兩臺8031采用RS232C總線通信如圖: （）單片機與PC系列微機間的異步串行通信接口設(shè)計 8031單片機與PC系列微機是兩種不同類型的機種，它們的硬件結(jié)構(gòu)不同，具有的電氣特性也不一樣，因此它們之間不能用導(dǎo)線直接連接，而要通過電平轉(zhuǎn)換電路。 8031單片機和PC機通過RS232C總線通信接口圖如下: 雙機通信實驗n項目1：nA機循環(huán)發(fā)送0、1、2給B機，B機收到0，對P1.0口線的LED取反，收到1對P1.1口線的LED取反，類推。n項目2：n利用8279的鍵盤、顯示管理功能，A機按下8279

13、管理的5個鍵，B機通過8279管理的數(shù)碼管分別顯示A、B、C、D、E。項目1：發(fā)送機程序;發(fā)送機程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0010H MAIN: LCALL DELAY LCALL INITSYS MOV 20H,#00H LOOP: LCALL SEND LCALL DELAY INC 20H MOV A,20H CJNE A,#03H,LOOP MOV 20H,#00H AJMP LOOP SJMP $;發(fā)送子程序 SEND:MOV A,20H CLR TI MOV SBUF,A JNB TI,$ RET; 串口初始化程序INITSYS:MOV SCON,#50

14、H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#00H ;SMOD=0 SETB TR1 CLR EA RET ;延時子程序DELAY: MOV R6,#00HLOOP1: MOV R7,#00H DJNZ R7,$ DJNZ R6,LOOP1 RET 項目1：接收機程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023HRECEIVE:CLR RI MOV A,SBUF P10: CJNE A,#00H,P11 CPL P1.0 AJMP BACK P11: CJNE A,#01H,P12 CPL P1.1 AJMP BAC

15、K P12: CPL P1.2 BACK:RETI ORG 0200H MAIN:MOV R0,#0FFH DJNZ R0,$ LCALL INITSYS SJMP $INITSYS:MOV SCON,#50H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H MOV PCON,#00H ;SMOD=0 SET TR1 SETB EA SETB ES RET 7-3-2 多機通信接口多機通信接口教學(xué)目標(biāo)n教學(xué)要求：掌握多機通信的原理及實現(xiàn)過程，能設(shè)計簡單的多機通信系統(tǒng)及程序。n本節(jié)重點：多機通信原理n本節(jié)難點：SM2、TB8、RB8在通信過程中的作用多機通信的

16、應(yīng)用領(lǐng)域典型應(yīng)用：校園卡系統(tǒng)、智能樓宇、自動溫控蔬菜大棚、大型糧庫、工廠自動化；1打卡機 2打卡機 3打卡機 n打卡機1MCS-51多機通信原理多機通信原理關(guān)鍵是SM2與TB8、RB8的關(guān)系！SM2、RB8與從機動作關(guān)系SM2RB8從 機 動 作10此時不能接收數(shù)據(jù)11能收到主機發(fā)的數(shù)據(jù)（地址信息）00進入串口中斷，對接收的數(shù)據(jù)進行處理01進入串口中斷, 對接收的數(shù)據(jù)進行處理通信過程所有同學(xué)坐著聽講老師喊同學(xué)名字所有同學(xué)聽到名字與自己的名字比較名字相符的同學(xué)站起來老師與站起的同學(xué)進行提問回答課堂交流回答問題的同學(xué)坐下多機通信動畫演示2多機通信系統(tǒng)設(shè)計多機通信系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)多機通信系統(tǒng)主、從機晶振

17、為6MHz，波特率為2400bps，以方式3進行多機串行通信。每次通信時主機先發(fā)送對應(yīng)的從機地址，然后發(fā)一個字節(jié)數(shù)據(jù)。RS-485從機0#主機 RS-485RS-485從機1#RS-485從機n#圖1 多機通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主機軟件設(shè)計-初始化子程序INIT：MOVTMOD，#20H MOV TH1，#0F9H；波特率為2400bps MOV TL1，#0F9H MOV SCON，#0F0H；方式3,SM2=1，允許接收 SETBTR1 RET主機軟件設(shè)計-通信子程序流程返回置地址信息標(biāo)志發(fā)地址置數(shù)據(jù)信息標(biāo)志發(fā)數(shù)據(jù)開始圖2主機通信子程序流程圖從機軟件設(shè)計-初始化程序INIT: MOVTMOD，#20H MOV TH1，#0F9H；設(shè)置波特率為2400 MOV TL1， #0F9H MOV SCON，#0F0H；方式3，SM2=1，允許接收 SETB TR1 SETB ES；允許串行口中斷 SETB EAWAIT： SJMP WAIT ；聽號 從機軟件設(shè)計-通信子程序 數(shù)據(jù)？接收并保存數(shù)據(jù)YN 清接收數(shù)據(jù)標(biāo)志 準(zhǔn)備收地址信息接收地址 呼本機？準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)Y