單片機串行通信及應(yīng)用.ppt

1、第五章 串行通信及其接口,5-1 概 述,5-2 MCS-51的串行口,5-3 雙機通信,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。,5-4 多機通信,5.1 概 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

2、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),RS-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

3、+6V 0：A、B電壓差在-26V 在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的,RS-422/485,RS-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USB,USB接口特點 1. 接口類型一致 2. 速度快目前USB2.0速度達480MbpsM 3. 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

4、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5m,IEEE1394,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

5、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。,5.2MCS-51的串行口,5.2MCS-51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：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

6、；REN=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。 TX

7、D：同步脈沖輸出端，每個脈沖對應(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。,(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/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

8、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(fù)跳變信號，若出現(xiàn)負(fù)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(fù)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,(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

9、。 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。 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。,（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)T

10、1溢出率 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,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,fosc=12MHz） 1200=（1/32）*（fosc/(12*(256-x)） X=E6H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H MOV PCON,#00H MOV SCON,#50H,5.3 雙機通信,5

11、-3-1 主從機間的通信 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,項目1： A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。 項目2： 利用8279的鍵盤、顯示管理

12、功能，A機按下8279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 CJNE 20H,#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

13、SCON,#50H 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,#00H LOOP1: MOV R7,#00H DJNZ R7,$ DJNZ R6,LOOP1 RET,項目1：接收機程序,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H RECEIVE:CLR RI MOV A,SBUF P10: CJNE A,#00H,P11 CPL P1.0 AJMP BACK P11: CJNE A,#01H,P12 CPL P1

14、.1 AJMP BACK 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,項目2：發(fā)送機實驗程序，含8279,;發(fā)送機程序 DISCHAR EQU 3EH KEYVALUE EQU 3FH KEYA EQU 00H KEYB EQU 01H KEYC E

15、QU 02H KEYD EQU 03H KEYE EQU 04H COM8279 EQU 4001H DAT8279 EQU 4000H KEYFLAG BIT 20H ORG 0000H MAIN :MOV R0,#0FFH DJNZ R0,$ ;開機延時 LCALL INITSYS ; 系統(tǒng)初始化 MOV 40H,#00H ;程序運行初始顯示008279 MOV 41H,#00H ; MOV 42H,#08H MOV 43H,#02H MOV 44H,#07H MOV 45H,#09H LLOOP:LCALL KEY ;調(diào)鍵處理子程序 LCALL DISPLAY ;調(diào)顯示子程序 JNB K

16、EYFLAG ,LLOOP CLR KEYFLAG LCALL SOLVEKEY LCALL SEND ;調(diào)用發(fā)送子程序 AJMP LLOOP,;發(fā)送子程序 SEND :PUSH ACC CLR TI MOV A,DISCHAR MOV SBUF ,A JNB TI ,$ POP ACC RET ;系統(tǒng)初始化子程序 INITSYS:MOV TMOD,#20H ;設(shè)定時器工作方式 MOV TH1 ,#0F3H MOV Tl1 ,#0F3H ; MOV PCON,#80H ;設(shè)置波特率=2.4Kbps MOV SCON,#50h ;允許接收，10位異步通訊 CLR EA SETB TR1 LCAL

17、L INIT8279 ;8279初始化 RET ;8279初始化子程序 INIT8279: MOV DPTR,#COM8279 ;8279控制口 MOV A,#0DFH ;清除顯示RAM及FIFO RAM MOVX DPTR,A LOOP0:MOVX A,DPTR JB ACC.7,LOOP0 ;直到DU=0 MOV A,#00H MOVX DPTR,A ;8*8左邊輸入，編碼掃描鍵盤 MOV A,#32H MOVX DPTR,A ;分頻系數(shù)18 RET,;顯示子程序 DISPLAY:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV 30H,#80H MOV R7,#06H MOV

18、 R0,#40H DIS1 : MOV DPTR,#COM8279 MOV A,30H MOVX DPTR,A ;準(zhǔn)備對第0個顯示RAM寫數(shù)據(jù)據(jù) MOV A,R0 MOV DPTR,#ZIXING MOVC A,A+DPTR ;取字形碼 MOV DPTR,#DAT8279 MOVX DPTR,A ;送字形碼 INC R0 ;修改顯示緩沖區(qū)單元地址 INC 30H ;修改顯示RAM地址 DJNZ R7,DIS1 POP ACC POP DPL POP DPH RET ZIXING: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83

19、H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,;鍵值處理子程序 KEY:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV DPTR,#COM8279 ; MOVX A,DPTR ; ANL A,#07H ;檢查FIFO中有無鍵值 JZ KEYBACK ;無鍵值，轉(zhuǎn)KEYBACK MOV A,#40H MOVX DPTR,A ;寫指令，要讀FIFO RAM MOV DPTR,#DAT8279 ; MOVX A,DPTR ;讀數(shù)據(jù)口，取鍵值 ANL A,#3FH SETB KEYFLAG MOV KEYVALUE,A ;送鍵值入鍵值緩沖區(qū) KEYBACK:POP ACC POP D

20、PL POP DPH RET,;鍵功能處理子程序 SOLVEKEY:PUSH ACC MOV A,KEYVALUE PKEYA: CJNE A,#KEYA,PKEYB MOV DISCHAR,#0AH MOV 40H,#0AH AJMP SKEYBACK PKEYB: CJNE A,#KEYB,PKEYC MOV DISCHAR,#0BH MOV 41H,#0BH AJMP SKEYBACK PKEYC: CJNE A,#KEYC,PKEYD MOV DISCHAR,#0CH MOV 42H,#0CH AJMP SKEYBACK PKEYD: CJNE A,#KEYD,SKEYBACK MOV

21、 DISCHAR,#0DH MOV 43H,#0DH AJMP SKEYBACK SKEYBACK: CLR KEYFLAG MOV KEYVALUE,#0FFH POP ACC RET,項目2：接收機實驗程序，含8279,;接收機程序 DISCHAR EQU 3EH COM8279 EQU 4001H DAT8279 EQU 4000H COMFLAG BIT 20H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0023H RECEIVE:CLR RI MOV A,SBUF MOV DISCHAR,A SETB COMFLAG RETI ORG 0100H MAIN :MOV R0,#0

22、FFH DJNZ R0,$ ;開機延時 LCALL INITSYS ; 系統(tǒng)初始化 MOV 40H,#00H ;程序運行初始顯示008279 MOV 41H,#00H ; MOV 42H,#08H MOV 43H,#02H MOV 44H,#07H MOV 45H,#09H LLOOP:LCALL DISPLAY ;調(diào)顯示子程序 JNB COMFLAG,LLOOP CLR COMFLAG MOV 40H,DISCHAR AJMP LLOOP,;系統(tǒng)初始化子程序 INITSYS:MOV TMOD,#20H ;設(shè)定時器工作方式 MOV TH1 ,#0F3H MOV Tl1 ,#0F3H ; MOV

23、 PCON,#80H ;設(shè)置波特率=2.4Kbps MOV SCON,#50h ;允許接收，10位異步通訊 SETB EA SETB ES ;允許串口中斷 SETB TR1 LCALL INIT8279 ;8279初始化 RET ;8279初始化子程序 INIT8279: MOV DPTR,#COM8279 ;8279控制口 MOV A,#0DFH ;清除顯示RAM及FIFO RAM MOVX DPTR,A LOOP0:MOVX A,DPTR JB ACC.7,LOOP0 ;直到DU=0 MOV A,#00H MOVX DPTR,A ;8*8左邊輸入，編碼掃描鍵盤 MOV A,#32H MOV

24、X DPTR,A ;分頻系數(shù)18 RET,;顯示子程序 DISPLAY:PUSH DPH PUSH DPL PUSH ACC MOV 30H,#80H MOV R7,#06H MOV R0,#40H DIS1 : MOV DPTR,#COM8279 MOV A,30H MOVX DPTR,A ;準(zhǔn)備對第0個顯示RAM寫數(shù)據(jù)據(jù) MOV A,R0 MOV DPTR,#ZIXING MOVC A,A+DPTR ;取字形碼 MOV DPTR,#DAT8279 MOVX DPTR,A ;送字形碼 INC R0 ;修改顯示緩沖區(qū)單元地址 INC 30H ;修改顯示RAM地址 DJNZ R7,DIS1 PO

25、P ACC POP DPL POP DPH RET ZIXING: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,5-3-2 多機通信接口,教學(xué)目標(biāo) 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。 本節(jié)重點：多機通信原理 本節(jié)難點：SM2、TB8、RB8在通信過程中的作用,多機通信的應(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,串行口控制寄存器SC

26、ON中的SM2為多機通信接口控制位。串行口工作于方式2或3。 SM2多機通信位； TB8/RB8地址/數(shù)據(jù)區(qū)分位; 若SM2為1，則僅當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，置位RI，請求CPU對數(shù)據(jù)進行處理；如果接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為0，則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志RI，信息丟失，CPU不做任何處理。 當(dāng)SM2為0時，則接收到一個數(shù)據(jù)后，不管第9位數(shù)據(jù)RB8是0還是1，都將數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF并置位中斷標(biāo)志RI，請求CPU處理。,關(guān)鍵是SM2與TB8、RB8的關(guān)系！,SM2、RB8與從機動作關(guān)系,通信過程,所有從機的SM2=1，處于只接收地址幀狀態(tài) 所有同學(xué)坐著聽講,主機發(fā)地址信息，以第9位TB8=1表示發(fā)送的是地址 老師喊同學(xué)名字,從機接收到地址幀后與本機地址比較 所有同學(xué)聽到名字與自己的名字比較,被