單片機(jī)原理及應(yīng)用(第八章串行通信)解析

1第八章MCS—51串行通信8-1串行通信根底8-1-1串行通信通信種類：串行通信：數(shù)據(jù)各位一位一位傳輸。傳輸距離較遠(yuǎn)；并行通信：數(shù)據(jù)字符全部位同時(shí)傳輸。速度快、效率高，距離短。2串行通信有同步和異步兩種方式同步方式：有嚴(yán)格的同步時(shí)鐘掌握。較少使用。異步方式：不需要嚴(yán)格的同步信號(hào)，也不需要數(shù)據(jù)流的連續(xù)性。在串行通信中常用。數(shù)據(jù)幀〔一幀數(shù)據(jù)〕：包含起始位〔“0”電平〕、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停頓位〔“1”電平〕等組成。3異步通信中接收和發(fā)送雙方必需〔至少〕有兩項(xiàng)設(shè)定：〔1〕幀格式確定〔幀字符長(zhǎng)度〕如ASCII幀〔字符〕為10位。數(shù)據(jù)位7位，起始位、校驗(yàn)位、停頓位各一位?！?〕波特率的設(shè)定波特率：每秒傳輸?shù)奈?。?20字符〔幀〕/秒，每幀數(shù)據(jù)10位，則傳輸速率為1200波特率。4傳輸方向：?jiǎn)喂し绞桨腚p工方式全雙工方式全部串行接口電路都是以并行數(shù)據(jù)形式和CPU接口；以串行數(shù)據(jù)形式和外部通信接口。5通用異步接收發(fā)送器UART61〕數(shù)據(jù)的串化、反串化數(shù)據(jù)串化：將并行數(shù)據(jù)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)；〔發(fā)送器〕數(shù)據(jù)反串化：將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)；〔接收器〕UART主要功能2〕格式信息的插入和濾除格式信息：異步通信格式中，啟始位、奇偶校驗(yàn)位、停頓位等。串化過(guò)程：將格式信息插入，和數(shù)據(jù)位一起構(gòu)成完整數(shù)據(jù)幀。反串化過(guò)程：濾除格式信息，保存數(shù)據(jù)位。3〕錯(cuò)誤檢驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)通信過(guò)程是否正確。78-2MCS-51單片機(jī)串行通信MCS-51單片機(jī)將一個(gè)全雙工串行通信接口電路集成在單片機(jī)內(nèi)。直觀的感覺(jué)向SBUF中寫入一個(gè)字節(jié)是同時(shí)寫入〔并行〕，向外發(fā)送則是一位一位地進(jìn)展〔串行〕。同樣由外界向SBUF接收是一位一位進(jìn)展〔串行〕，而CPU是以字節(jié)形式〔并行〕從SBUF中讀入。88-2-1串行口存放器構(gòu)造9串行接收的雙緩沖構(gòu)造移位存放器數(shù)據(jù)緩沖器SBUF一幀數(shù)據(jù)接收完，由移位存放器裝入SBUF，馬上接收下一幀。要求主機(jī)應(yīng)馬上〔在該幀接收完畢之前〕將SBUF中數(shù)據(jù)取走。否則前一幀數(shù)據(jù)將喪失。發(fā)送由CPU操縱，不會(huì)發(fā)生幀重疊錯(cuò)誤。將數(shù)據(jù)寫入SBUF，通過(guò)移位脈沖一位一位地發(fā)送出去。108-2-2串行通信掌握存放器與串行通信有關(guān)的存放器共有三個(gè)。1〕串行掌握存放器SCON字節(jié)地址：98H11各位功能說(shuō)明：1〕SM0、SM1—串行口工作方式選擇位122〕REN—允許接收位掌握串行數(shù)據(jù)的接收。REN=0：制止接收；REN=1：允許接收通過(guò)軟件置位、復(fù)位3〕TB8在方式2、方式3下，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)〔格式信息〕，在多機(jī)通信中，通過(guò)TB8狀態(tài)，來(lái)表示主機(jī)發(fā)送的是地址幀〔1〕還是數(shù)據(jù)幀〔0〕。通過(guò)軟件置位、復(fù)位。134〕RB8接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式2、方式3時(shí)，存放接收到的第9位數(shù)據(jù)，代表接收數(shù)據(jù)的某些特征。145〕SM2—多機(jī)通信掌握位當(dāng)串行口在方式2或方式3下進(jìn)展數(shù)據(jù)接收時(shí)，假設(shè)SM2=1〔允很多機(jī)通信〕，REN=1，則從機(jī)處于只有接收到RB8=1〔地址幀〕時(shí)，激發(fā)中斷懇求標(biāo)志位RI，否則將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。被確認(rèn)的從機(jī)，復(fù)位SM2=0，接收RB8=0的數(shù)據(jù)幀。RB8=1：地址幀RB8=0：數(shù)據(jù)幀SM2=1：多機(jī)通信方式SM2=0：直通方式157〕RI—接收中斷標(biāo)志方式0時(shí)，接收完第8位數(shù)據(jù)后，硬件置位；其他方式下，接收到停頓位時(shí)，硬件置位。RI=1，表示幀接收完畢。其狀態(tài)可軟件查詢，也可申請(qǐng)中斷。軟件清零。6〕TI—發(fā)送中斷標(biāo)志方式0時(shí)，發(fā)送第8位數(shù)據(jù)后，硬件置位；其他方式下，于發(fā)送停頓位之前硬件置位。TI=1，表示幀發(fā)送完畢。其狀態(tài)可軟件查詢，也可申請(qǐng)中斷。軟件清零。162)電源掌握存放器PCON〔波特率倍增掌握存放器〕字節(jié)地址：87HSMOD=1，串行口波特率加倍；SMOD=0，波特率正常。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SMOD=0。PCON不行以進(jìn)展位尋址。17中斷允許掌握存放器〔IE〕字節(jié)地址A8HES：串行口中斷允許位ES=0：制止串行口中斷；ES=1：允許串行口中斷。188-3MCS-51串行通信工作方式4種工作方式198-3-1串行工作方式0移位存放器方式RXD〔P3.0〕：數(shù)據(jù)移位的入口和出口；TXD〔P3.1〕：移位脈沖輸入端移位數(shù)據(jù)：一幀8位。低位在前，高位在后，沒(méi)有起始位、停頓位20數(shù)據(jù)發(fā)送：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送，須有串進(jìn)并出移位存放器協(xié)作使用。使用方式0，進(jìn)展數(shù)據(jù)移位輸入、輸出時(shí)，是將串行口作為并行口使用是一種并行口擴(kuò)展應(yīng)用21數(shù)據(jù)接收：須有并進(jìn)串出移位存放器協(xié)作使用數(shù)據(jù)發(fā)送：當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部移出后，TI被自動(dòng)置位數(shù)據(jù)接收：當(dāng)REN=1〔允許接收〕，接收到8位數(shù)據(jù)時(shí)，RI被自動(dòng)置位。22方式0時(shí)，移位操作的波特率固定，為單片機(jī)晶振頻率1/12。晶振fosc=6MHz，波特率為500K/秒，2s移位一次；晶振fosc=12MHz，波特率為1M/秒，1s移位一次；23應(yīng)用舉例：〔P180〕使用CD4094的并行輸出端接8只發(fā)光二極管，將二極管從左至右依次點(diǎn)亮，并反復(fù)循環(huán)。發(fā)光二極管共陰極連接24程序清單：MOVSCON，#00 ；方式0CLSES ；制止串行中斷MOVA，#80H ；發(fā)光管左邊亮起DELR：CLRP1.0 ；關(guān)閉并行輸出MOVSBUF，A ；串行輸出JNBTI，$ ；狀態(tài)查詢SETBP1.0 ；啟動(dòng)并行輸出ACALLDELAY ；狀態(tài)維持CLRTI ；清標(biāo)志RRA ；發(fā)光管右移AJMPDELR ；連續(xù)258-3-2串行工作方式1數(shù)據(jù)幀10位，起始位1位〔低〕、停頓位1位〔高〕、數(shù)據(jù)位8位。數(shù)據(jù)發(fā)送：寫SBUF開(kāi)頭，通過(guò)串行口自動(dòng)參加起始位、停頓位〔格式信息〕，形成完整幀格式。在移位脈沖作用下，由TXD端串行輸出。一個(gè)字符幀發(fā)送完后，TXD端維持“1”狀態(tài)，TI置1。通知CPU。26數(shù)據(jù)接收：REN=1，串行口采樣RXD端，當(dāng)采樣到由1到0跳變時(shí)，認(rèn)定接收到起始位。在移位脈沖作用下，把接收到的數(shù)據(jù)位移入接收存放器中，直至將停頓位移入RB8中，置位RI，通知CPU從SBUF取走接收到的字符。278-3-3串行工作方式2、3發(fā)送時(shí)第9位數(shù)據(jù)由SCON中TB8位供給，軟件設(shè)置。SETBTB8CLRTB8接收時(shí)第9位數(shù)據(jù)裝入SCON中RB8位，系統(tǒng)自動(dòng)裝入。11位UART方式字符幀11位：起始位〔低〕1位、數(shù)據(jù)位8位、可程控第9位數(shù)據(jù)、停頓位〔高〕1位。28波特率設(shè)定方式0：波特率固定方式1：波特率可變；方式2：波特率為方式3：波特率可變29對(duì)于可變波特率〔方式1、3〕，其計(jì)算公式：Smod為PCON存放器最高位值定時(shí)器溢出率：?jiǎn)挝粫r(shí)間定時(shí)器溢出的次數(shù)；溢出率為溢出周期的倒數(shù)。溢出周期：定時(shí)器溢出一次所需要的時(shí)間。30當(dāng)定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器時(shí)，通常選用定時(shí)工作方式2〔8位自動(dòng)加載〕。設(shè)X為計(jì)數(shù)初值，則：31通常，是知道波特率，求計(jì)數(shù)初值X實(shí)際使用時(shí)，首先確定波特率；再計(jì)算定時(shí)器1的計(jì)數(shù)初值；然后進(jìn)展定時(shí)器的初始化。SMOD值可以通過(guò)MOVPCON，#00H或MOVPCON，#80H設(shè)定32例題：假設(shè)晶振6M，波特率1200，計(jì)算定時(shí)器1計(jì)數(shù)初值。串行口工作方式1，寫出相應(yīng)的初始化程序。Smod=0，波特率不倍增。T1工作方式2〔8位存放器自動(dòng)加載〕33初始化程序：MOV TMOD，#20H ；設(shè)置T1工作方式2MOV TL1，#F3H ；計(jì)數(shù)初值MOV TH1，#F3H ；SETB EA ；中斷允許CLR ES ；制止串行中斷MOV PCON，#00H ；波特率不倍增MOV SCON，#50H ；串行方式1，REN=1SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器1348-4單片機(jī)多機(jī)通信多機(jī)通信：一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)之間的通信。主從式多機(jī)通信358-4-1MCS-51單片機(jī)多機(jī)通信機(jī)制數(shù)據(jù)的傳遞

主機(jī)發(fā)送信息，可以傳送到各個(gè)從機(jī)或指定從機(jī)，各從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收。多機(jī)通信：主機(jī)發(fā)送：地址幀，數(shù)據(jù)幀通過(guò)第9位數(shù)據(jù)確定。TB8=1，地址幀TB8=0，數(shù)據(jù)幀36從機(jī)接收串行口工作在方式2，方式3下；多機(jī)通信標(biāo)志SM2〔SCON.5〕=1檢查接收到的第9位RB8〔SCON2〕，當(dāng)：RB8=1：地址幀，將數(shù)據(jù)裝入SBUF，置位RI，發(fā)出接收中斷懇求；RB8=0：數(shù)據(jù)幀，在SM2=1，RB8=0時(shí)，接收數(shù)據(jù)丟棄SM2=0：直通方式，不管RB8是0還是1，都將接收到的數(shù)據(jù)送SBUF，并發(fā)出中斷懇求。37對(duì)于全部從機(jī)，由于SM2=1，RB8=1，各自發(fā)出中斷懇求。推斷主機(jī)發(fā)送地址是否與本機(jī)相符，假設(shè)相符，則將從機(jī)SM2清0〔變成直通方式〕，預(yù)備接收其后傳送來(lái)的數(shù)據(jù)。地址相符，SM2清0多機(jī)通信：關(guān)鍵是地址幀的識(shí)別38多機(jī)通信過(guò)程1〕全部從機(jī)串行口工作方式初始化為2或3，置位SM2，允許中斷；2〕主機(jī)置位TB8，發(fā)送要尋址的從機(jī)地址；3〕全部從機(jī)均接收主機(jī)發(fā)送的地址，進(jìn)入中斷進(jìn)展地址比較；4〕確認(rèn)尋址從機(jī)，自身SM2清0，向主機(jī)返回地址供主機(jī)核對(duì)；5〕核對(duì)無(wú)誤，主機(jī)向被尋址從機(jī)發(fā)送命令，通知從機(jī)進(jìn)展一對(duì)一數(shù)據(jù)通信398-4-2RS232串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)公布的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)〔EIA〕RS232〔電壓型總線標(biāo)準(zhǔn)〕電平規(guī)律：負(fù)規(guī)律帶負(fù)載時(shí)：規(guī)律1：-5V~-12V；規(guī)律0：+5V~+12V不帶負(fù)載：輸出電平，-25V~+25V輸入電壓，-25V~+25V40RS232串行信息格式MCS-51串行通信承受TTL正規(guī)律規(guī)律1：2.4V規(guī)律0：0.4V41MCS-51的串行口和RS-232接口時(shí)必需進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換常用芯片：傳輸驅(qū)動(dòng)器：MC1488傳輸接收器：MC1489MC1488：供電電壓：

12V，輸入TTL電平，輸出RS-232電平MC1489：供電電壓：+5V，輸入RS-232電平，輸出TTL電平42RS232接口常用信號(hào)：43RS232總線連接短距離通信：15米以內(nèi)44RS-232總線連接長(zhǎng)距離通信45MCS-51與RS-232串行通信硬件接口最簡(jiǎn)潔RS-232連接46硬件接口47課程設(shè)計(jì)某MCS-51單片機(jī)〔8031〕應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)如下功能：16路開(kāi)關(guān)量輸入；8路模擬量輸入；8路開(kāi)關(guān)量輸出；1路D/A輸出。系統(tǒng)擴(kuò)展8k*8位EPROM〔2764〕，8k*8位RAM〔6264〕，擴(kuò)展一個(gè)4*8非編碼鍵盤，用6位LED顯示器進(jìn)展顯示，通過(guò)RS-232串行通信總線和PC機(jī)相連。畫出硬件原理圖，給出ROM和RAM的地址范圍以及各接口芯片的口地址。寫出相應(yīng)的初始化程序。48單片機(jī)系統(tǒng)牢靠性技術(shù)1、接地技術(shù)外殼接地：儀器外殼接地，和大地實(shí)實(shí)在在連接。接地電阻要盡可能小，也就是說(shuō)：接地要完全、充分。工作接地：通常是零電位參考點(diǎn)。接地類型49接地系統(tǒng)在一個(gè)較大的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，依據(jù)信號(hào)電壓、電流的大小，以及電源的類別來(lái)設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)。通常有三種狀況：弱信號(hào)地〔工作地〕：系統(tǒng)中小信號(hào)局部，以及相應(yīng)的直流電源；功率地：系統(tǒng)中繼電器、電磁閥以及它們的驅(qū)動(dòng)電路以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電源構(gòu)成功率地；〔功率大、易對(duì)弱信號(hào)產(chǎn)生干擾〕機(jī)殼地〔安全地〕。50相互獨(dú)立的接地系統(tǒng)傘狀接地系統(tǒng)51不正確的接地系統(tǒng)522、屏蔽技術(shù)高頻電源、溝通電源、強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的電火花都能產(chǎn)生電磁波，從而形成電磁干擾的噪聲源。近距離，通過(guò)分布電容和電感耦合到弱信號(hào)回路中形成電磁干擾；遠(yuǎn)距離，以輻射形式構(gòu)成干擾。如何隔離這些電磁波53以金屬板、金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體能有效地應(yīng)付電磁波的干擾。屏蔽體以反射和吸取方式來(lái)減弱電磁波。但不能完全消退。屏蔽體依據(jù)：“一點(diǎn)接地”的原則接地。543、隔離技術(shù)物理隔離應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)小信號(hào)電路的隔離。信號(hào)連線盡量遠(yuǎn)離高電平大功率導(dǎo)線。特