《單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目化教程》課件第4章

項(xiàng)目四串行通信接口及應(yīng)用

任務(wù)1兩個(gè)單片機(jī)之間的溝通任務(wù)任務(wù)2單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的溝通

——交通燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)擴(kuò)展任務(wù)實(shí)時(shí)發(fā)送動(dòng)態(tài)密碼

——銀行動(dòng)態(tài)密碼的獲取

任務(wù)1兩個(gè)單片機(jī)之間的溝通任務(wù)

知識(shí)目標(biāo)：掌握單片機(jī)P3口的TXD和RXD特殊功能的作用及其特征，以及如何用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器的方法。

能力目標(biāo)：能正確設(shè)定通信方式及波特率等，能編寫串行通信程序。

1．任務(wù)要求

要求單片機(jī)的串行口工作于方式1下，使甲機(jī)和乙機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。

當(dāng)甲機(jī)按鈕按下后向乙機(jī)發(fā)送數(shù)字“2”，乙機(jī)收到后在數(shù)碼管上顯示出來，并回復(fù)數(shù)字“1”給甲機(jī)，甲機(jī)收到后也在數(shù)碼管上顯示出來；當(dāng)乙機(jī)按鈕按下后向甲機(jī)發(fā)送數(shù)字“3”，甲機(jī)收到后并在數(shù)碼管上顯示出來，甲機(jī)回復(fù)數(shù)字“4”給乙機(jī)，乙機(jī)收到后并在數(shù)碼管上顯示出來。

2．串行口通信的基本知識(shí)

1)概述

計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信兩種。并行通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)在多根數(shù)據(jù)線上發(fā)送或接收。串行通信是指計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間以及主機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的串行傳送。串行通信示意圖如圖4-1所示，使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度，其只需要少數(shù)的幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息。

目前串行通信在單片機(jī)雙機(jī)、多機(jī)以及單片機(jī)與PC之間的通信等方面得到了廣泛應(yīng)用。圖4-1串行通信示意圖

2)串行口的結(jié)構(gòu)

8051單片機(jī)有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址(99H)。通過對(duì)SBUF的讀、寫語句來區(qū)分是對(duì)接收緩沖器還是發(fā)送緩沖器進(jìn)行操作。CPU在寫SBUF時(shí)，操作的是發(fā)送緩沖器；在讀SBUF時(shí)，操作的是接收緩沖器。

串行口控制寄存器SCON是一個(gè)特殊功能的寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制，以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志。

SCON的各位定義如下：

SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的工作方式如表4-1所示。表4-1SM0、SM1狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的工作方式

SM2：多機(jī)通信控制器位。在方式0中，SM2必須設(shè)置為0。在方式1中，當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)，若SM2?=?1，則只有接收到有效的停止位“1”時(shí)，RI才能被激活成“1”(產(chǎn)生中斷請(qǐng)求)。在方式2和方式3中，若SM2?=?0，串行口以單機(jī)發(fā)送或接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；若SM2?=?1，RB8?=?1，RI被激活并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。

REN：串行接收允許控制位。該位由軟件置位或復(fù)位。當(dāng)REN?=?1時(shí)，允許接收；當(dāng)REN?=?0時(shí)，禁止接收。

TB8：在方式2和方式3中，TB8是發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。該位由軟件置位或復(fù)位。在多機(jī)通信中，以TB8位的狀態(tài)表示主機(jī)發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=1表示地址，TB8=0表示數(shù)據(jù)。TB8還可用作奇偶校驗(yàn)位。

RB8：在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。RB8也可用作奇偶校驗(yàn)位。在方式1中，若SM2?=?0，則RB8是接收到的停止位。在方式0中，該位未用。

TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。TI?=?1，表示已結(jié)束一幀數(shù)據(jù)發(fā)送?？捎绍浖樵僒I位標(biāo)志，也可以向CPU申請(qǐng)中斷。

注意：TI在任何工作方式下都必須由軟件清0。

RI：接收中斷標(biāo)志位。RI?=?1，表示一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束。可由軟件查詢RI位標(biāo)志，也可以向CPU申請(qǐng)中斷。

注意：RI在任何工作方式下都必須由軟件清0。

在AT89C51中，串行發(fā)送中斷TI和接收中斷RI的中斷入口地址都是0023H，因此在中斷程序中必須由軟件查詢TI和RI的狀態(tài)才能確定究竟是接收還是發(fā)送中斷，進(jìn)而作出相應(yīng)的處理。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，SCON所有位均清0。

3)電源控制寄存器PCON

PCON的各位定義如下：

SMOD：串行口波特率倍增位。在方式1～方式3中，若SMOD?=?1，則串行口波特率增加一倍；若SMOD?=?0，波特率不加倍。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SMOD?=?0。

(1)方式0：在方式0中，串行口作為同步移位寄存器使用。此時(shí)，SM2、RB8、TB8均應(yīng)設(shè)置為0。發(fā)送：當(dāng)TI?=?0時(shí)，執(zhí)行“MOVSBUF，A”，啟動(dòng)發(fā)送，8位數(shù)據(jù)由低位到高位從RXD引腳送出，TXD發(fā)送同步脈沖。發(fā)送完后，由硬件置位TI。

接收：當(dāng)RI?=?0、REN?=?1時(shí)，啟動(dòng)接收，數(shù)據(jù)從RXD輸入，TXD輸出同步脈沖。8位數(shù)據(jù)接收完后，由硬件置位RI?？赏ㄟ^“MOVA，SBUF”讀取數(shù)據(jù)。

方式0的波特率為fosc/12，即一個(gè)機(jī)器周期發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。方式0并非是同步通信方式。它的主要用途是外接同步移位寄存器，以擴(kuò)展并行I/O口。

(2)方式1：一幀10位的異步串行通信方式，包括1個(gè)起始位(0)、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位(1)，其幀格式如圖4-2所示。圖4-2幀格式示意圖方式1輸出如圖4-3所示。

方式1輸入如圖4-4所示。

當(dāng)TI?=?0時(shí)，執(zhí)行“MOVSBUF，A”指令后開始發(fā)送，由硬件自動(dòng)加入起始位和停止位，構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)，然后由TXD端串行輸出。發(fā)送完后，TXD輸出線維持在“1”狀態(tài)下，并將SCON中的TI置1，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

當(dāng)RI?=?0、REN?=?1時(shí)，接收電路以波特率的16倍速度采樣RXD引腳，如出現(xiàn)由“1”到“0”的跳變，則認(rèn)為有數(shù)據(jù)正在發(fā)送。圖4-3方式1輸出圖圖4-4方式1輸入圖在接收到第9位數(shù)據(jù)(即停止位)時(shí)，必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：RI?=?0和SM2?=?0或接收到的停止位為“1”，才把接收到的數(shù)據(jù)存入SBUF中，停止位送RB8，同時(shí)置位RI。若上述條件不滿足，則接收到的數(shù)據(jù)不裝入SBUF，被舍棄。在方式1下，SM2應(yīng)設(shè)定為0。

方式1：

(3)方式2和方式3：這兩種工作方式都是11位異步收發(fā)串行通信方式，兩者僅在波特率上有所不同。

方式2：

方式3：

3.兩個(gè)單片機(jī)之間通信的電路連接圖

兩個(gè)單片機(jī)之間通信的電路連接圖如圖4-5所示。圖4-5兩個(gè)單片機(jī)之間通信的電路連接圖

4.兩個(gè)單片機(jī)之間通信的軟件設(shè)計(jì)

要求單片機(jī)的串行口工作于方式1下，使甲機(jī)和乙機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。當(dāng)甲機(jī)按鈕按下后向乙機(jī)發(fā)送數(shù)字“2”，乙機(jī)收到后在數(shù)碼管上顯示出來，并回復(fù)數(shù)字“1”給甲機(jī)，甲機(jī)收到后也在數(shù)碼管上顯示出來；當(dāng)乙機(jī)按鈕按下后向甲機(jī)發(fā)送數(shù)字“3”，甲機(jī)收到后并在數(shù)碼管上顯示出來，甲機(jī)回復(fù)數(shù)字“4”給乙機(jī)，乙機(jī)收到后并在數(shù)碼管上顯示出來。方式1輸出數(shù)據(jù)比較簡單。當(dāng)向SBUF寫入一個(gè)字節(jié)后(TI?=?0)，從引腳TXD先發(fā)出起始位，然后是8個(gè)數(shù)據(jù)位，最后是停止位。發(fā)出停止位后，置位發(fā)送中斷標(biāo)志TI=1，完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送。接收數(shù)據(jù)時(shí)，先將RI清0。當(dāng)RI?=?1時(shí)，說明已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)，此時(shí)可以從SBUF讀取數(shù)據(jù)。

定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器時(shí)，工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式2，這時(shí)溢出率取決于TH1中的值，即

表4-2所示為常用波特率與定時(shí)器的參數(shù)關(guān)系。表4-2常用波特率與定時(shí)器1的參數(shù)關(guān)系

1)甲機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

甲機(jī)的軟件設(shè)計(jì)如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0050H

MAIN: MOV SCON,#50H

MOV TMOD,#20H

MOV TL1,#0FDH ;時(shí)鐘頻率11.0592MHz

MOV TH1,#0FDH ;波特率9600b/s

SETB TCON.6

SETB TR1=1

CLR RI

LOOP0： JB P1.0，LOOP1

MOV SBUF,#2

LOOP2： JNB TI,LOOP2

CLR TI

LOOP1： JNB RI,LOOP0

MOV A,SBUF

CLR RI

MOV DPTR,#SEG

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2，A

MOV SBUF,#4

LOOP3： JNB TI,LOOP3

CLR TI

LJMP LOOP0

SEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END

2)乙機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

乙機(jī)的軟件設(shè)計(jì)如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0050H

MAIN: MOV SCON,#50H

MOV TMOD,#20H

MOV TL1,#0FDH ;時(shí)鐘頻率11.0592MHz

MOV TH1,#0FDH ;波特率9600b/s

SETB TCON.6

SETB TR1=1

CLR RI

LOOP0： JB P1.0，LOOP1

MOV SBUF,#3

LOOP2： JNB TI,LOOP2

CLR TI

LOOP1： JNB RI,LOOP0

MOV A,SBUF

CLR RI

MOV DPTR,#SEG

MOVC A,@A+DPTR

MOV P2，A

MOV SBUF,#1

LOOP3： JNB TI,LOOP3

CLR TI

LJMP LOOP0

SEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END任務(wù)2單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的溝通——交通燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

知識(shí)目標(biāo)：掌握單片機(jī)P3口的TXD和RXD串行口與PC串行口的連接方法，學(xué)會(huì)正確接收PC的數(shù)據(jù)。

能力目標(biāo)：能正確接收PC的數(shù)據(jù)指令，并執(zhí)行該數(shù)據(jù)指令。

1.任務(wù)要求

單片機(jī)根據(jù)PC發(fā)出的數(shù)據(jù)指令，點(diǎn)亮/熄滅相應(yīng)的交通燈。要求單片機(jī)的串行口工作于方式1下，波特率為9600b/s。

數(shù)據(jù)指令格式：一個(gè)字節(jié)，高6位的值分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P1.7～P1.2位的值，即

2.電路連接圖

交通燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的電路連接圖如圖4-6所示。

注：PC串行口采用USB轉(zhuǎn)TTL電平串行接口。圖4-6交通燈遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的電路連接圖

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0050H

MAIN: MOV SCON，#50H

MOV TMOD，#20H

MOV TL1，#0FDH ;時(shí)鐘頻率11.0592MHz

MOV TH1，#0FDH ;波特率9600b/s

SETB TCON.6

SETB TR1=1

CLR RI

LOOP： JNB RI，LOOP

MOV A，SBUF

CLR RI

JNB ACC.0，LOOP

JNB ACC.1，LOOP

MOV P1，A

LJMP LOOP

END擴(kuò)展任務(wù)實(shí)時(shí)發(fā)送動(dòng)態(tài)密碼——銀行動(dòng)態(tài)密碼的獲取

知識(shí)目標(biāo)：掌握單片機(jī)P3口的TXD和RXD串行口與PC串行口的連接方法；學(xué)會(huì)正確接收PC的數(shù)據(jù)。

能力目標(biāo)：能正確接收PC的數(shù)據(jù)指令，并執(zhí)行該數(shù)據(jù)指令。

1.任務(wù)要求

單片機(jī)根據(jù)PC發(fā)出的4位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)密碼，在液晶顯示屏上顯示。要求單片機(jī)的串行口工作于方式1下，波特率為9600b/s。

數(shù)據(jù)指令協(xié)議格式(5個(gè)字節(jié))如下：

2.電路連接圖

實(shí)時(shí)發(fā)送到達(dá)密碼的電路連接圖如圖4-7所示。

注：PC串行口采用USB轉(zhuǎn)TTL電平串行接口。圖4-7實(shí)時(shí)發(fā)送動(dòng)態(tài)密碼的電路連接圖

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0050H

MAIN: MOV A,#30H；液晶顯示初始化

LCALL SPD

DJNZ R0,INIT1

INIT2: MOV A,#38H

LCALL SPD

MOV A,#08H

LCALL SPD

MOV A,#01H

LCALL SPD

MOV A,#06H

LCALL SPD

MOV A,#0FH

LCALL SPD

MOV SCON,#50H ;串行口設(shè)置

MOV TMOD,#20H

MOV TL1,#0FDH ;時(shí)鐘頻率11.0592MHz

MOV TH1,#0FDH ;波特率9600b/s

SETB TCON.6

SETB TR1=1

CLR RI

LOOP： JNB RI,LOOP

MOV A,SBUF

CLR RI

CJNE A,#0F5H,LOOP ;判別幀頭

LOOP1： JNB RI,LOOP1

MOV A,SBUF

CLR RI

MOV R0，A ;接收密碼位1(ASCII字符)

LOOP2： JNB RI,LOOP2

MOV A,SBUF

CLR RI

MOV R1，A ;接收密碼位2(ASCII字符)

LOOP3： JNB RI,LOOP3

MOV A,SBUF

CLR RI

MOV R2，A ;接收密碼位3(ASCII字符)

LOOP4： JNB RI,LOOP4

MOV A,SBUF

CLR RI

MOV R3，A ;接收密碼位4(ASCII字符)

MOV A,#01H ;液晶清屏

LCALL SPD

MOV A，R1 ;顯示密碼

LCALL DPD

MOV A，R1 ;顯示密碼

LCALL DPD

MOV A，R1 ;顯示密碼

LCALL DPD

MOV A，R1 ;顯示密碼

LCALL DPD

LJMP LOOP

CE: SETB P2.2

NOP

NO