UART、SPI、I2C串口通信

1、1 UART、SPI、I2C串口通信培訓(xùn)串口通信培訓(xùn) 主講主講 趙建鵬趙建鵬2一、一、 UART通信通信二、二、 SPI通信通信三、三、 I2C通信通信 3v1.串行通信和并行通信串行通信和并行通信v2.51系列單片機系列單片機UART通信原理通信原理v3.C8051F系列單片機的串口及波特率配置系列單片機的串口及波特率配置4數(shù)據(jù)通信：若干個數(shù)據(jù)設(shè)備之間的信息交換稱為 數(shù)據(jù)通信。兩種方式：并行通信和串行通信。并行通信：是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送，每一位數(shù)據(jù)都需要一條傳輸線并且需要若干條控制信號線，這種方式僅適合于短距離的數(shù)據(jù)傳輸。并行傳輸?shù)奶攸c是：傳輸速率快，接口電路簡單。5串行通信：是指數(shù)據(jù)中的

2、各位分時傳送，此時只需要一條數(shù)據(jù)線，外加一條公共信號地線和若干條控制信號線。因為一次只能傳送一位，所以對于一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，至少要分8位才能傳送完畢。串行通信的特點：傳輸線少，長距離傳輸成本，但是傳輸控制比并行要相對復(fù)雜。數(shù)據(jù)傳輸方式：單工、半雙工和全雙工。6單工：A只能發(fā)信號，B只能收信號，信號單向傳輸。半雙工：A能發(fā)信號給B，B也能發(fā)信號給A，但是這兩個 過程不能同時進行。最典型的例子是對講機。全雙工：A在給B發(fā)信號的同時B也能給A發(fā)信號。最典型的例子打電話。v波特率：波特率是指每秒內(nèi)傳送二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)以 b/s和bps（位/秒）為單位。78UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將

3、傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸。起始位起始位：先發(fā)出一個邏輯”0”的信號，表示傳輸字符的開始。數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位：緊接著起始位之后。數(shù)據(jù)位的個數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送，靠時鐘定位。奇偶校驗位奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)(奇校驗)，以此來校驗數(shù)據(jù)傳送的正確性9停止位停止位：它是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的

4、機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢?？臻e位空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有數(shù)據(jù)傳送。1011UART工作原理：工作原理：v 發(fā)送數(shù)據(jù)過程發(fā)送數(shù)據(jù)過程：空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)收到發(fā)送數(shù)據(jù)指令后，拉低線路一個數(shù)據(jù)位的時間T，接著數(shù)據(jù)按低位到高位依次發(fā)送，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，接著發(fā)送奇偶校驗位和停止位（停止位為高電位），一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。v 接收數(shù)據(jù)過程接收數(shù)據(jù)過程：空閑狀態(tài)，線路處于高電位；當(dāng)檢測到線路的下降沿（線路電位由高電位變?yōu)榈碗娢唬r說明線路有數(shù)據(jù)傳輸，按照約定的波特率從低位到高位接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收完畢后，接著接收并比較奇偶校

5、驗位是否正確，如果正確則通知后續(xù)設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)或存入緩存。12vUART的接收數(shù)據(jù)時序為的接收數(shù)據(jù)時序為：當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)的下降沿時，表明線路上有數(shù)據(jù)進行傳輸，這時計數(shù)器CNT開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器為24=16+8時，采樣的值為第0位數(shù)據(jù)；當(dāng)計數(shù)器的值為40時，采樣的值為第1位數(shù)據(jù)，依此類推，進行后面6個數(shù)據(jù)的采樣。如果需要進行奇偶校驗，則當(dāng)計數(shù)器的值152時，采樣的值即為奇偶位；當(dāng)計數(shù)器的值為168時，采樣的值為1表示停止位，一幀數(shù)據(jù)接收完成。1314v UART波特率發(fā)生器：波特率發(fā)生器：波特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸速率的指標(biāo)，表示每秒傳送數(shù)據(jù)的字符數(shù)，單位為Baud。UART的接收和發(fā)送是按照相同的波

6、特率進行收發(fā)的。波特率發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘頻率不是波特率時鐘頻率，而是波特率時鐘頻率的16倍，目的是為在接收時進行精確地采樣，以提取出異步的串行數(shù)據(jù)。根據(jù)給定的晶振時鐘和要求的波特率，可以算出波特率分頻計數(shù)值。1551單片機串口的四種方式：16v方式方式0：方式0時，移位時鐘脈沖由56(即第6個狀態(tài)周期，第12個節(jié)拍)給出，即每個機器周期產(chǎn)生一個移位時鐘，發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。所以，波特率為振蕩頻率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影響，即： 方式0的波特率fosc121718 方式l和方式3的波特率方式1和方式3的移位時鐘脈沖由定時器T1的溢出率決定，故波特宰由定時器T1的溢出率與S

7、MOD值同時決定，即： 方式1和方式3的波特率2SMOD/32T1溢出率。其中，溢出率取決于計數(shù)速率和定時器的預(yù)置值。計數(shù)速率與TMOD寄存器中CT的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)CT0時，計數(shù)速率fosc2；當(dāng)CT1時，計數(shù)速率取決于外部輸入時鐘頻率。當(dāng)定時器Tl作波特率發(fā)生器使用時，通常選用可自動裝入初值模式(工作方式2)，在 工作方式2中，TLl作為計數(shù)用，而自動裝入的初值放在THl中，設(shè)計數(shù)初值為x，則每過“256一x”個機器周期，定時器T1就會產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而引起中斷，此時應(yīng)禁止T1中斷。這時，溢出周期為：192021vUART0的配置步驟：的配置步驟：v（1）UART0相關(guān)寄存器配置如

8、：相關(guān)寄存器配置如：UART0控制寄存控制寄存器器SCON0的的REN0位（接受允許），定時器控制寄位（接受允許），定時器控制寄存器存器TCON0的的TR1位（開定時器位（開定時器1），時鐘控制寄存），時鐘控制寄存器器CKCONv的的TIM位（定時器位（定時器1時鐘選擇），定時器方式寄存器時鐘選擇），定時器方式寄存器TOMD，最后不要忘記打開，最后不要忘記打開UART的交叉開關(guān)。的交叉開關(guān)。v（2）配置波特率：配置串口工作方式）配置波特率：配置串口工作方式1，定時器使，定時器使用方式用方式2（自動重裝載的（自動重裝載的8位計數(shù)器位計數(shù)器/定時器）定時器） 2223v（3）注意使用時要禁止定時器

9、）注意使用時要禁止定時器1終端終端ET1=0；TI0和和RI0也要注意軟清零。也要注意軟清零。24vC8051F系列系列UART1的使用的使用 （1）UART1包含一個由包含一個由16位定時器和可編程預(yù)分頻位定時器和可編程預(yù)分頻器構(gòu)器構(gòu) 成的專用波特率發(fā)生器，能產(chǎn)生很寬范圍的波成的專用波特率發(fā)生器，能產(chǎn)生很寬范圍的波特率。特率。 （2）UART1有六個相關(guān)的特殊功能寄存器。三個用有六個相關(guān)的特殊功能寄存器。三個用于于波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器（SBCON1、SBRLH1和和SBRLL1），兩個用于數(shù)據(jù)格式、控制和狀態(tài)功能（，兩個用于數(shù)據(jù)格式、控制和狀態(tài)功能（SCON1和和SMOD1），一個用于發(fā)

10、送和接收數(shù)據(jù)（），一個用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（SBUF1）25v（3）關(guān)于）關(guān)于UART1我們應(yīng)該知道的幾點：我們應(yīng)該知道的幾點：vUART1波特率是由一個專用的波特率是由一個專用的16位定時器產(chǎn)生位定時器產(chǎn)生的的. 用三個寄存器（用三個寄存器（SBCON1、SBRLH1和和SBRLL1）來配置波特率發(fā)生器。）來配置波特率發(fā)生器。UART1波特率發(fā)生器控制波特率發(fā)生器控制寄存器（寄存器（SBCON1，SFR定義定義19.4）使能或禁止使能或禁止波波特率發(fā)生器，并特率發(fā)生器，并為定時器選擇預(yù)分頻值為定時器選擇預(yù)分頻值。 對于可靠的對于可靠的UART操作，建議不要將操作，建議不要將UART波特波特率配

11、置為大于率配置為大于SYSCLK/16。262728v1.SPI通信簡介及特點通信簡介及特點v2.SPI通信原理通信原理v3.C8051F系列單片機的系列單片機的SPI通信配置通信配置29 SPI是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。SPI接口主要應(yīng)用在 EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。 SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，30 SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直

12、接接口，該接口一般使用4條線：v （1）MOSI SPI 總線主機輸出/ 從機輸入（SPI Bus Master Output/Slave Input）。v （2）MISO SPI 總線主機輸入/ 從機輸出（SPI Bus Master Input/Slave Output)。v （3）SCLK 時鐘信號，由主設(shè)備產(chǎn)生。v （4）CS 從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制（Chip select），有的IC此pin腳叫SS。31SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，需要至少4根線，事實上3根也可以（用于單向傳輸時，也就是半雙工方式）。注：有的SPI接口芯

13、片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI。3233343536373839 C8051F系列單片機的系列單片機的SPI0的訪問和控制是通過系統(tǒng)的訪問和控制是通過系統(tǒng)控制器中的控制器中的4個特殊功能寄存器實現(xiàn)的：控制寄存器個特殊功能寄存器實現(xiàn)的：控制寄存器SPI0CN、數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器SPI0DAT、配置寄存器、配置寄存器SPI0CFG和時鐘頻率寄存器和時鐘頻率寄存器SPI0CKR。40414243v1.I2C通信簡介及特點通信簡介及特點v2.I2C通信原理通信原理44 I2C（InterIntegrated Circuit）總線是PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信