單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用電子教案 1.串口基礎(chǔ)知識(shí)

課時(shí)教案課程：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)與應(yīng)用-基于CC2530的ZigBee技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用課題串口基礎(chǔ)知識(shí)課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)：1.掌握串口的概念2.掌握串口通信的兩種數(shù)據(jù)通信方式3.掌握CC2530串口通信的標(biāo)準(zhǔn)及其與計(jì)算機(jī)連接電路技能：1.會(huì)分析異步通信的信息格式2.會(huì)識(shí)讀ZigBee實(shí)訓(xùn)模塊，明確CC2530的串口通信連接計(jì)算機(jī)的電路素質(zhì)：1.具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，形成扎實(shí)、優(yōu)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)和技能結(jié)構(gòu)。2.具備自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。重點(diǎn)串口通信的兩種數(shù)據(jù)通信方式難點(diǎn)識(shí)讀ZigBee實(shí)訓(xùn)模塊，明確CC2530的串口通信連接計(jì)算機(jī)的電路教法小組合作問題探究學(xué)法自主探究教具試驗(yàn)多媒體、PPT課件教學(xué)過程問題設(shè)計(jì)及知識(shí)點(diǎn)師生互動(dòng)設(shè)計(jì)（問題與任務(wù)）串口基礎(chǔ)知識(shí)一、串口通信基礎(chǔ)1.串口串口是串行接口的簡(jiǎn)稱,也稱為串行通信接口或串行通訊接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口。串行接口（SerialInterface）在一條信號(hào)線上將數(shù)據(jù)一個(gè)比特一個(gè)比特地逐位進(jìn)行傳輸。其中，每種接頭都有公頭和母頭之分，帶針狀的接頭是公頭，而帶孔狀的接頭是母頭。串口包括一個(gè)RX(ReceiveData,RX)和一個(gè)TX(TransmitData,TX)兩線。其中RX表示接收數(shù)據(jù)，TX表示發(fā)送數(shù)據(jù)。RT（RequestToSend，RT）表示請(qǐng)求發(fā)送，CT（ClearToSend，CT）表示清除發(fā)送。2.串口通信串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間,通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。在通信領(lǐng)域內(nèi),微控制器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信,根據(jù)連線結(jié)構(gòu)和傳送方式的不同,有兩種數(shù)據(jù)通信方式：并行通信和串行通信。1）并行通信:指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或接收,每個(gè)數(shù)據(jù)位使用單獨(dú)的一條導(dǎo)線。傳輸速度快、效率高，但需要的數(shù)據(jù)線較多，成本高、干擾大、可靠性較差，一般適用于短距離數(shù)據(jù)通信，多用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送。2）串行通信:指外設(shè)和計(jì)算機(jī)之間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線一位接一位地順序發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其需要的數(shù)據(jù)線少，成本低，但傳輸速度慢，效率低，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。3）串行數(shù)據(jù)傳輸方式有三種：?jiǎn)喂し绞?、半雙工方式、全雙工方式。單工方式:只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送半雙工方式:只有一根數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)信號(hào),通訊雙方不能同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。全雙工方式:通訊雙方能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收操作。4）串行通信類型①同步通信（SPI）：所有設(shè)備使用同一個(gè)時(shí)鐘,以數(shù)據(jù)塊為單位傳送數(shù)據(jù),每個(gè)數(shù)據(jù)塊包括同步字符、數(shù)據(jù)塊和校驗(yàn)字符。②異步通信(UART)：異步通信是一種很常用的通信方式，在異步通信中，每個(gè)設(shè)備都有自己的時(shí)鐘信號(hào)，通信中雙方的時(shí)鐘頻率保持一致。接收端依靠字符幀格式來(lái)判斷發(fā)送端是何時(shí)開始發(fā)送何時(shí)結(jié)束發(fā)送的。3.異步通訊的信息格式：起始位：發(fā)送端通過發(fā)送起始位而開始一幀數(shù)據(jù)的傳送。起始位使數(shù)據(jù)線處于邏輯0，用來(lái)表示一幀數(shù)據(jù)的開始。數(shù)據(jù)的位數(shù)為1位數(shù)據(jù)位：起始位之后就開始傳送數(shù)據(jù)位。在數(shù)據(jù)位中，低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)的位數(shù)可以是5、6、7或8。奇偶校驗(yàn)位：是可選項(xiàng)，雙方根據(jù)約定用來(lái)對(duì)傳送數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行檢查。可選用奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無(wú)校驗(yàn)位。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的1位為奇偶校驗(yàn)位（1/0）。奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)與檢驗(yàn)位1的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位1的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。接收字符時(shí)，對(duì)1的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若字符不一致，則說明傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。停止位：在奇偶校驗(yàn)位之后，停止位使數(shù)據(jù)線處于邏輯1，用以標(biāo)志一個(gè)數(shù)據(jù)幀的結(jié)束。停止位邏輯值1的保持時(shí)間可以是1、1.5或2位，通信雙方根據(jù)需要確定?？臻e位：在一幀數(shù)據(jù)的停止位之后，線路處于空閑狀態(tài)，線路上對(duì)應(yīng)的邏輯值是1，表示一幀數(shù)據(jù)結(jié)束，下一幀數(shù)據(jù)還沒有到來(lái)。數(shù)據(jù)位數(shù)可以是很多位。思考：傳送8位數(shù)據(jù)45H（0100,0101B），奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位，畫出信號(hào)線上的波形。B:起始位0D7～D0:數(shù)據(jù)位,先發(fā)送低位，依次為10100010P:奇偶校驗(yàn)位，因數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，所以其校驗(yàn)位為0S:停止位1二、CC2530串口通信1.常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)：RS-232、RS-422和RS-485等。CC2530單片機(jī)的串行通信接口是TTL電平，其電氣規(guī)范為：邏輯0輸入：小于0.8V輸出：小于0.4V邏輯1輸入：大于2.0V輸出：大于2.4V而計(jì)算機(jī)配置的串行通信接口是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，其電氣規(guī)范為：邏輯05~15V

邏輯15~-15V兩者的電氣規(guī)范不一致，要完成兩者之間的數(shù)據(jù)通信，必須經(jīng)過MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。2.CC2530單片機(jī)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信的方案串口通信電路連接采用三線制，將單片機(jī)和計(jì)算機(jī)的串口用RXD、TXD、GND三條線連接起來(lái)。計(jì)算機(jī)的RXD線連接到單片機(jī)的TXD，計(jì)算機(jī)的TXD線連接到單片機(jī)的RXD，共地線相連，串口通信的其他握手信號(hào)均不使用。學(xué)生看書回答什么是串口教師引導(dǎo)學(xué)生理解串行通信與并行通信的區(qū)別。小組合作總結(jié)三種傳輸方式的特點(diǎn)。小組合作探究?jī)煞N串行通信類型的優(yōu)缺點(diǎn)及其工作原理教師總結(jié)補(bǔ)充教師引導(dǎo)學(xué)生分析異步通信的信息格式小組合作探究教師啟發(fā)引導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生理解兩種標(biāo)準(zhǔn)的差別教師引導(dǎo)學(xué)生識(shí)讀ZigBee模塊電路新知應(yīng)用1.串口在日常生活中的應(yīng)用。2.總結(jié)串口通信兩種數(shù)據(jù)通信方式的區(qū)別3.識(shí)讀ZigBee實(shí)訓(xùn)模塊中的串口通信電路，明確CC2530的串口通信連接計(jì)算機(jī)的電