單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

會(huì)計(jì)學(xué)1單片機(jī)課程設(shè)計(jì)LESSON8串口通信通信是指發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間的信息交換，常見并行通信和串行通信兩種方式。目前遠(yuǎn)距離設(shè)備間多采用串行通信方式。一、概述串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。串行通信的特點(diǎn)：傳輸線少，長距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。第1頁/共32頁LESSON81）異步通信異步通信是指發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的位是以固定的時(shí)間傳送的。1、異步通信與同步通信第2頁/共32頁LESSON82）異步通信格式 異步通信是按字符發(fā)送的，字符的第一位是起始位（如：低電平0），中間是數(shù)據(jù)位（如：8位），最后是停止位（如：高電平1）。數(shù)據(jù)位沒有固定的長度，可以包含校驗(yàn)位。3）異步通信傳輸方向 串行通信的傳輸方向分單工傳輸，半雙工傳輸，全雙工傳輸。第3頁/共32頁

有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。二、80C51串行口的結(jié)構(gòu)

LESSON8第4頁/共32頁1、SCON

是一個(gè)特殊功能寄存器，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：

1）SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：

三、串行口的相關(guān)寄存器設(shè)置LESSON8第5頁/共32頁●SM2，多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。在方式1時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1。通常SM2=0；●REN，允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收?！馮B8，在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，在方式0和方式1中，該位未用。TB8=0.●RB8，在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位。在方式1時(shí)，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。LESSON8第6頁/共32頁●TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。除方式0外，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請。●RI，接收中斷標(biāo)志位。除方式0外，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。LESSON8第7頁/共32頁2、PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)

：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。LESSON8第8頁/共32頁LESSON8EA=1；//開總中斷；

ES=1；//允許串行通信；

ET1=1；//允許定時(shí)器1中斷；位D7D6D5D4D3D2D1D0字節(jié)地址IEEAESET1EX1ET0EX03、IE寄存器，設(shè)置與串行口中斷相關(guān)：第9頁/共32頁

4、方式1的工作時(shí)序

方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD（P3.0）為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD（P3.1）為數(shù)據(jù)接收引腳。方式1輸出LESSON8第10頁/共32頁

2）方式1輸入

用軟件置REN為1，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，檢測到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位為1）時(shí)，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位（停止位）進(jìn)入RB8，并置RI=1，向CPU請求中斷。LESSON8第11頁/共32頁四、串行通信程序編寫：

串行口工作初始化程序包含兩個(gè)部分：用T1定時(shí)器設(shè)置相應(yīng)的通信波特率；串行口的相關(guān)控制寄存器和中斷寄存器設(shè)置。LESSON81、T1作為波特率發(fā)生器，典型用法是T1工作在方式2（即自動(dòng)重裝8位初值）。初值最初裝入TH1寄存器。當(dāng)TL1寄存器溢出后，TH1的值自動(dòng)重裝至TL1。 即：TMOD=0X20；

TH1=0X; TL1=0X;

……..第12頁/共32頁LESSON8波特率的計(jì)算()方式1的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）

T1工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。

T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH1）]}

在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為：12MHz和11.0592MHz。第13頁/共32頁LESSON82、串行口發(fā)送相關(guān)程序SCON，PCON，IE如：SCON=0X40;//串行口通信工作方式1 PCON=0X00;//無波特率加倍

EA=1;// ES=1;//串行通信中斷允許

REN=1;//當(dāng)單片機(jī)接收時(shí)，該位置13、中斷服務(wù)程序RI或EI置0；第14頁/共32頁

總結(jié)：串行口工作之前，應(yīng)對其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；計(jì)算T1的初值，裝載TH1、TL1；啟動(dòng)T1（編程TCON中的TR1位）；確定串行口控制（編程SCON、PCON寄存器）；串行口在中斷方式工作時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE寄存器）。LESSON8第15頁/共32頁LESSON8利用單片機(jī)U1將一段流水燈控制程序發(fā)送到單片機(jī)U2，利用U2控制其P1口點(diǎn)亮8位LED。分析：U1發(fā)送數(shù)據(jù)：TMOD；TH1;TL1;SCON;PCON;IE；TR1;Voidsend（unsigneddata）U2接收數(shù)據(jù)：TMOD；TH1;TL1;SCON;PCON;REN；IE；TR1;Voidreceive（）五、應(yīng)用舉例第16頁/共32頁1、硬件連接LESSON8第17頁/共32頁LESSON8程序編寫：分U1發(fā)送程序；U2接收程序；第18頁/共32頁LESSON8計(jì)算機(jī)和單片機(jī)通信一、信號的調(diào)制與解調(diào)利用調(diào)制器（Modulator）把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后送到通信線路上去，再由解調(diào)器（Demodulator）把從通信線路上收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。由于通信是雙向的，調(diào)制器和解調(diào)器合并在一個(gè)裝置中，這就是調(diào)制解調(diào)器MODEM。第19頁/共32頁二、傳輸速率與傳輸距離

傳輸速率比特率是每秒鐘傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，單位是：位／秒（bps）。如每秒鐘傳送240個(gè)字符，而每個(gè)字符格式包含10位(1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)，這時(shí)的比特率為：

10位×240個(gè)/秒=2400bps波特率表示每秒鐘調(diào)制信號變化的次數(shù)，單位是：波特（Baud）。波特率和比特率不總是相同的，對于將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同電壓表示的所謂基帶傳輸，比特率和波特率是相同的。所以，我們也經(jīng)常用波特率表示數(shù)據(jù)的傳輸速率。LESSON8第20頁/共32頁傳輸距離串行接口或終端直接傳送串行信息位流的最大距離與傳輸速率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線使用每0.3m（約1英尺）有50PF電容的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離隨傳輸速率的增加而減小。當(dāng)比特率超過1000bps時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，如9600bps時(shí)最大距離下降到只有76m（約250英尺）。LESSON8第21頁/共32頁LESSON8三、RS-232C接口

RS-232C是EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。1、機(jī)械特性RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。（陽頭）第22頁/共32頁LESSON8第23頁/共32頁LESSON8四、RS232電平和TTL電平轉(zhuǎn)換：MAX232芯片第24頁/共32頁五、采用RS-232C接口存在的問題1、傳輸距離短，傳輸速率低

RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，使用時(shí)傳輸距離一般不要超過15米（線路條件好時(shí)也不超過幾十米）。最高傳送速率為20Kbps。2、有電平偏移

RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)要求收發(fā)雙方共地。通信距離較大時(shí)，收發(fā)雙方的地電位差別較大，在信號地上將有比較大的地電流并產(chǎn)生壓降。3、抗干擾能力差

RS-232C在電平轉(zhuǎn)換時(shí)采用單端輸入輸出，在傳輸過程中當(dāng)干擾和噪聲混在正常的信號中。為了提高信噪比，RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)不得不采用比較大的電壓擺幅。LESSON8第25頁/共32頁RS-485是RS-422A的變型：RS-422A用于全雙工，而RS-485則用于半雙工。RS-485是一種多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，在通信線路上最多可以使用32對差分驅(qū)動(dòng)器/接收器。如果在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備超過32個(gè)，還可以使用中繼器。

RS-485的信號傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯1和邏輯0。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線，接收方也需要兩根傳輸線。傳輸線采用差動(dòng)信道，所以它的干擾抑制性極好，又因?yàn)樗淖杩沟?，無接地問題，所以傳輸距離可達(dá)1200米，傳輸速率可達(dá)1Mbps。LESSON8五、RS485電平第26頁/共32頁

例：單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)分析：單片機(jī)編寫發(fā)送程序，用串口通信助手仿真；例：單片機(jī)接收PC機(jī)數(shù)據(jù)分析：單片機(jī)編寫接收程序，用串口通信助手和單片機(jī)仿真；LESSON8六、計(jì)算機(jī)和單片機(jī)間通信第27頁/共32頁LESSON8多機(jī)通信（自學(xué)）1、硬件連接單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)。所謂主從式，即在數(shù)個(gè)單片機(jī)中，有一個(gè)是主機(jī)，其余的是從機(jī)，從機(jī)要服從主機(jī)的調(diào)度、支配。80C31單片機(jī)的串行口方式2和方式3適于這種主從式的通信結(jié)構(gòu)。當(dāng)然采用不同的通信標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還需進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，有時(shí)還要對信號進(jìn)行光電隔離。在實(shí)際的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用RS-485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第28頁/共32頁LESSON82、通信協(xié)議所有從機(jī)的SM2位置1，處于接收地址幀狀態(tài)。主機(jī)發(fā)送一地址幀，其中8位是地址，第9位為地址/數(shù)據(jù)的區(qū)分標(biāo)志，該位置1表示該幀為地址幀。所有從機(jī)收到地址幀后，都將接收的地址與本機(jī)的地址比較。對于地址相符的從機(jī)，使自己的SM2位置0（以接收主機(jī)隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀），并把本站地址發(fā)回主機(jī)作為應(yīng)答；對于地址不符的從機(jī)，仍保持SM2=1，對主機(jī)隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬。從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后，要發(fā)送一幀校驗(yàn)和，并置第9位（TB8）為1，作為從機(jī)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的標(biāo)志。第29頁/共32頁LESSON8主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)先判斷數(shù)據(jù)接收標(biāo)志（RB8），若RB8=1，表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，并比較此幀校驗(yàn)和，若正確則回送正確信號00H，此信號命令該從機(jī)復(fù)位（即重新等待地址幀）；若校驗(yàn)和出錯(cuò)，則發(fā)送0FFH，命令該從機(jī)重發(fā)數(shù)據(jù)。若接收幀的RB8=0，則存數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，并準(zhǔn)備接收下幀信息。主機(jī)收到從機(jī)應(yīng)答地址后，確認(rèn)地址是否相符，如果地址不符，發(fā)復(fù)位信號（數(shù)據(jù)幀中TB8=1）；如果地址相符，則清TB8，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。從機(jī)收到復(fù)位命令后回到監(jiān)聽地址狀態(tài)（SM2=1）。否則開始接