項目四 單片機串行接口技術應用

單片機原理及應用文樺項目四單片機串行接口技術應用任務導入

計算機與外界的信息交換稱為“通信”。通信的基本方式有兩種：并行方式和串行方式。并行通信（即并行數(shù)據(jù)傳送）是指計算機與外界進行通信（數(shù)據(jù)傳輸）時，一個數(shù)據(jù)的各位同時通過并行輸入/輸出口進行傳送，如圖9-1所示。并行通信的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳送速度快，缺點是一個并行的數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳輸線，在數(shù)據(jù)的位數(shù)較多、傳輸距離較遠時不太方便。本任務是利用串行方式實現(xiàn)單片機與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸。圖9-1并行通信方式任務一

單片機雙機通信任務分析

用單片機來組成兩個最小應用系統(tǒng)，利用P3.0（RXD）、和P3.1（TXD）分別控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

任務一

單片機雙機通信111111相關知識：串行通信基本知識1、串行通信簡介串行通信是指一個數(shù)據(jù)的所有位按一定的順序和方式，一位一位地通過串行輸入/輸出口進行傳送，如圖9-2所示。由于串行通信是按數(shù)據(jù)的逐位順序傳送，在進行串行通信時，只需一根傳輸線。在傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)多且通信距離很長時，這種傳輸方式的優(yōu)點就顯得很突出了。圖9-2串行通信方式任務一

單片機雙機通信（1）異步通信和同步通信串行通信是將構成數(shù)據(jù)或字符的每個二進制碼位，按照一定的順序逐位進行傳送，其傳送有兩種基本的通信方式：

1）同步通信方式同步通信的基本特征是發(fā)送與接收保持嚴格的同步。由于串行傳送是逐位順序進行的，為了約定數(shù)據(jù)是由哪一位開始傳送，需要設定同步字符。這種方式速度快，但是硬件復雜。2）異步通信方式異步通信方式規(guī)定了傳送格式，每個數(shù)據(jù)均以相同的幀格式傳送。任務一

單片機雙機通信異步通信中一幀數(shù)據(jù)的格式如圖9-3所示，每幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位組成，幀與幀之間用高電平分隔開。圖9-3異步通信中一幀數(shù)據(jù)的格式任務一

單片機雙機通信異步通信的字符幀也叫數(shù)據(jù)幀，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位等4部分組成。

①起始位：位于字符幀開頭，只占一位，為邏輯0低電平，用于向接收設備表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀信息。

②數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后，用戶根據(jù)情況可取5位、6位、7位或8位，低位在前，高位在后。

③奇偶校驗位：位于數(shù)據(jù)位之后，僅占一位，用來表征串行通信中采用奇校驗還是偶校驗，由用戶決定。

④停止位：位于字符幀最后，為邏輯1高電平。通?？扇?位、1.5位或2位，用于向接收端表示一幀字符信息已經(jīng)發(fā)送完，也為發(fā)送下一幀作準備。任務一

單片機雙機通信在異步通信中，接收與發(fā)送之間必須有兩項規(guī)定：a)幀格式的設定。即幀的字符長度、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位，以及奇偶校驗形式等的設定。例如，以ASCII碼傳送，7位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，奇校驗方式。這樣，一幀的字符總數(shù)是10位，而一幀的有用信息是7位。b)波特率的設定。波特率反映了數(shù)據(jù)通信位流的速度，波特率越高，數(shù)據(jù)信息傳送越快。常用的波特率有300、600、1200、2400、4800、9600、19200和38400等。任務一

單片機雙機通信（2）．允許的波特率誤差假設傳遞的數(shù)據(jù)一幀為10位，若發(fā)送和接收的波特率達到理想的一致，那么接收方對數(shù)據(jù)的采樣都將發(fā)生在每位數(shù)據(jù)有效時刻的中點。如果接收一方的波特率比發(fā)送一方大或小5%，那么對10位一幀的串行數(shù)據(jù)，時鐘脈沖相對數(shù)據(jù)有效時刻逐位偏移，當接收到第10位時，積累的誤差達50%，則采樣的數(shù)據(jù)已是第10位數(shù)據(jù)的有效與無效的臨界狀態(tài)，這時就可能發(fā)生錯位，所以5%是10位一幀串行傳送的最大的波特率允許誤差。

（1）．波特率：通信線路上傳送的所有位信號都保持一致的信號持續(xù)時間，每一位的寬度都由數(shù)據(jù)傳送速率確定，而傳送速率是以每秒傳送多少個二進制位來度量的，這個速率叫波特率，它的單位是位/秒（b/s或bps）。波特率對于CPU與外部的通信是很重要的。任務一

單片機雙機通信（3）串行通信中數(shù)據(jù)的傳送方向

串行通信制式：單工(a)、半雙工(b)和全雙工(c)(simplexhalfduplexfullduplex)發(fā)送器A站接收器B站單工通信(a)發(fā)收A站發(fā)收B站發(fā)收A站發(fā)收B站(b)(c)任務一

單片機雙機通信（4）串行通信中的奇偶校驗

串行通信的關鍵不僅是能夠傳送數(shù)據(jù)，更重要的是要能正確地傳送；但是串行通信的距離一般較長，線路容易受到干擾，要保證完全不出錯不太現(xiàn)實，尤其是一些干擾嚴重的場合。在單片機通信中，最為簡單又應用廣泛的就是奇偶校驗的方法。任務一

單片機雙機通信122、單片機的串行接口

89S52單片機內部集成有一個功能很強的全雙工串行通信口。發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個緩沖器可以共用一個地址99H。兩個緩沖器統(tǒng)稱為串行通信特殊功能寄存器SBUF。

任務一

單片機雙機通信(a)利用TI標志控制數(shù)據(jù)發(fā)送(b)利用RI標志控制數(shù)據(jù)接收

采用查詢方式進行數(shù)據(jù)發(fā)送或接收流程圖任務一

單片機雙機通信(1)控制寄存器SCON（98H）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI工作方式選擇多機通信控制位允許串行接收位接收數(shù)據(jù)的第9位發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位接收中斷標志發(fā)送中斷標志9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

設定工作方式、接收/發(fā)送控制以及設置狀態(tài)標志

JBCRI，rel

89S52的串行口設有兩個控制寄存器：串行控制寄存器SCON和波特率選擇特殊功能寄存器PCON。

任務一

單片機雙機通信SM0SM1工作方式功能波特率00方式08位同步移位寄存器fosc/1201方式110位UART可變10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可變例：設串行口工作在方式1，允許接收，則指令為：

MOVSCON,#01010000B（50H）表9-2串行口工作方式控制任務一

單片機雙機通信串行通信只用該位，為SMOD=1時，波特率×2；SMOD=0時，波特率不變。(2)電源及波特率選擇寄存器PCONSMOD×××GF1GF0PDIDL87H波特率選擇位任務一

單片機雙機通信串行口四種工作方式應用比較方式的選擇由SM1、SM0實現(xiàn)。工作方式功能說明波特率方式08位同步移位寄存器常用于擴展I/O口fosc/12方式110位UART8位數(shù)據(jù)、起始位、結束位可變（取決于定時器1溢出率）方式211位UART8位數(shù)據(jù)、起始位0、結束位1和奇偶校驗位fosc/64或fosc/32方式311位UART數(shù)據(jù)、起始、校驗、結束位可變（取決于定時器1溢出率）3、串行口工作方式任務一

單片機雙機通信

在方式0下，串行口作同步移位寄存器用，其波特率固定為fosc/12。串行數(shù)據(jù)從RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)送出。這種方式常用于擴展I/O口。（a）方式0擴展輸出接口注意：當CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口開始把SBUF中的8位數(shù)據(jù)以fosc/12的固定波特率從RXD引腳串行輸出，每當發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，硬件會自動置TI1，CPU響應TI中斷后，必須由用戶用軟件清0。任務一

單片機雙機通信注意：當向SCON寄存器寫入控制字（設置為方式0，并使REN位置1，同時RI

=

0）時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口開始接收數(shù)據(jù)。每當接收完8位數(shù)據(jù)后，硬件會自動置RI為1，CPU響應RI中斷后，必須由用戶用軟件清0。（b）方式0擴展輸入接口圖9-5串行口工作方式0擴展輸入／輸出接口任務一

單片機雙機通信任務要求、設置AT89C51的串口工作在方式0，串行口輸出數(shù)據(jù)，控制8位發(fā)光二極管進行流水燈顯示。任務一

單片機雙機通信#include<reg51.h>unsignedcharcodeTab[2][4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

sbitP20=P2^0;vioddelay(viod){unsignedcharm,n; for(m=0;m<200;m++) for(n=0;n<200;n++);}viodsendchar(unsignedchardat){unsignedchari=10;P20=0;while(i--);P20=1;SBUF=dat;while(!TI);TI=0;}Voidmain(Void){unsignedcharj;SCON=0x00;while(1){for(j=0;j<8;j++){sendchar(Tab[j]);//發(fā)送數(shù)據(jù)送164口顯示delay();//調用延時函數(shù) } }任務一

單片機雙機通信任務要求：設置AT89C51的串口工作在方式0，接收從74LS165輸出的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送P0口的發(fā)光二極管顯示。(注意165的15腳接地，表示時鐘允許。）任務一

單片機雙機通信#include<reg51.h>sbitP10=P1^0;Voidmain(Void){EA=1;ES=1;while(1){P10=0;P10=1;

SCON=0x10;REN=1;while(!RI);}}Viodrecive()interrupt4{REN=0;P1=SBUF;RI=0; }任務一

單片機雙機通信

方式1為雙機串行通信方式，如圖7-9所示。當SM0、SM1=01時，串行口設為方式1的雙機串行通信。TXD腳和RXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。任務一

單片機雙機通信

串行口為波特率可調的10位通用異步接口UART。每發(fā)送或接收的一幀信息中，包括1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位1。

方式1輸出-發(fā)送數(shù)據(jù)任務一

單片機雙機通信

方式1輸入-接收數(shù)據(jù)當RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位為1）時，將收到的9位數(shù)據(jù)的前8位裝入SBUF，第9位（停止位）進入RB8，并置RI=1，向CPU請求中斷。

接收時，定時控制信號有兩種，一種是接收移位時鐘（RX時鐘），它的頻率和傳送的波特率相同，另一種是位檢測器采樣脈沖，頻率是RX時鐘的16倍。以波特率的16倍速率采樣RXD腳狀態(tài)。接收的值是3次連續(xù)采樣（第7、8、9個脈沖時采樣）取兩次相同的值，以確認起始位（負跳變）的開始，較好地消除干擾引起的影響。任務一

單片機雙機通信11位的幀格式11位數(shù)據(jù)的異步通信。起始位1位，數(shù)據(jù)9位，停止位1位方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32方式3的波特率由定時器T1的溢出率決定方式2和方式3任務一

單片機雙機通信AT89S51串行口的波特率1.方式0和方式2的波特率是固定的

在方式2中，波特率取決于PCON中的SMOD值：當SMOD=0時，波特率為fosc/64；當SMOD=1時，波特率為fosc/32.即波特率=

。oscSMODf642

在方式0中，波特率為時鐘頻率的1/12，即fosc/12，固定不變任務一

單片機雙機通信2.方式1和方式3的波特率可變，由定時器1的溢出率決定波特率/(b/s)fosc/MHzSMOD定時器1C/模式初始值方式0：1M方式2：375k方式1、3：62.5k19200960048002400

120013750011011012121211.05911.05911.05911.05911.05911.986612×1110000000××000000000××222222221××FFHFDHFDHFAHF4HE8H1DH72HFEEBHT波特率=任務一

單片機雙機通信任務導入利用串行口可實現(xiàn)單片機間的點對點串行通信、多機通信以及單片機與PC機間的單機或多機通信。任務一

單片機雙機通信AT89S51串行口的輸入、輸出均為TTL電平。抗干擾性差，傳輸距離短，傳輸速率低。為提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離和提高傳輸速率，都采用標準串行接口，如RS-232、RS-422A、RS-485等。4、計算機串行接口（1）RS-232接口RS-232接口（ANSI/EIA232標準）是IBM-PC及其兼容機上的串行連接標準?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標、打印機或者Modem，同時也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅動和連線的改進，實際應用中RS232的傳輸長度或者速度常常超過標準的值。RS-232只限于PC串口和設備間點對點的通信。RS232串口通信最遠距離不大于15m，傳輸速率最大為20Kb/s。（2）RS-422接口RS-422（EIA422-A標準）是Apple的Macintosh計算機的串口連接標準。RS-422使用差分信號，RS232使用非平衡參考地的信號。差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號，對比RS-232，它能更好的抗噪聲和有更遠的傳輸距離。在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠的傳輸距離是一個很大的優(yōu)點。（3）RS-485接口

RS485（EIA485標準）是RS422的改進，因為它增加了設備的個數(shù)，從10個增加到32個，同時定義了在最大設備個數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號電壓。有了多個設備的能力，你可以使用一個單個RS422口建立設備網(wǎng)絡。出色抗噪和多設備能力，在工業(yè)應用中建立連向PC機的分布式設備網(wǎng)絡、其他數(shù)據(jù)收集控制器、HMI或者其他操作時，串行連接會選擇RS-485。任務一

單片機雙機通信RS-232電平或者說串口電平，有的甚至說計算機電平，所有的這些說法，指得都是計算機9針串口（RS232）得電平，采用負邏輯，－15v~－3v代表1＋3v~＋15v代表0TTL：Transistor-TransistorLogic三極管結構。

Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。任務一

單片機雙機通信

美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)公布的一種異步通信標準.RS232C標準是:●設備之間通信的距離不大于15米●最大傳輸速率20kbps●在TxD和RxD上,采用負邏輯:TTL

“1”(MARK)——-5V～-15V ≥2.4V

“0”(SPACE)——+5V～+15V ≤0.4V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上:

信號有效(接通,ON狀態(tài),正電壓)=+3V～+15V

信號無效(斷開,OFF狀態(tài),負電壓)=-3V～-15V●不帶負載時輸出電平:-25V～+25V●輸出短路電流:<0.5A●最大負載電容:2500pF33任務一

單片機雙機通信3.接口電路:這種電平與邏輯的轉換是用專門的集成電路芯片來完成的.6、MAX232芯片

MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。

圖9-7MAX232引腳圖內部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳、12腳、11腳、14腳為第一數(shù)據(jù)通道。8腳、9腳、10腳、7腳為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。

任務一

單片機雙機通信35方式1主要用于點對點（兩機）通信接線關系:主機TXD、RXD分別與外設RXD、TXD相接；兩機共地任務一

單片機雙機通信(b)遠距離傳輸PC機和單個單片機的通信(常用)VCCRSTXTAL1XTAL2TxD/P3.1(11)RxD/P3.0(10)89C51C1C2T1IN(11)R1OUT(12)R1IN(13)T1OUT(14)V-(6)V+(2)Vcc(16)C3C4C5GNDGND(15)C1=C2=C3=C4=C5=1μFMAX23215PC機COM1或COM212RxD3TxD46789+5V+5VC1+(1)C1-(3)C2+(4)C2-(5)3738

通信線路要采用平衡雙絞線。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kbit/s速率以下，才可能使用規(guī)定的最長電纜。只有在很短的距離下才能獲得最大傳輸速率。一般100m長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbit/s。圖9-19，RS-485以雙向、半雙工的方式來實現(xiàn)雙機通信。在AT89S51單片機系統(tǒng)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)前，應先將SN75176的發(fā)送門或接收門打開，當P1.0=1時，發(fā)送門打開，接收門關閉；當P1.0=0時，接收門打開，發(fā)送門關閉。任務一

單片機雙機通信9.5.2串行通信設計需要考慮的問題單片機的串行通信接口設計時，需考慮如下問題。（1）首先確定通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率。（2）由數(shù)據(jù)傳輸速率確定采用的串行通信接口標準。（3）在通信接口標準允許的范圍內確定通信的波特率。為減小波特率的誤差，通常選用11.0592MHz的晶振頻率。（4）根據(jù)任務需要，確定收發(fā)雙方使用的通信協(xié)議。（5）通信線的選擇，這是要考慮的一個很重要的因素。通信線一般選用雙絞線較好，并根據(jù)傳輸?shù)木嚯x選擇纖芯的直徑。如果空間的干擾較多，還要選擇帶有屏蔽層的雙絞線。（6）通信協(xié)議確定后，進行通信軟件編程，請見下面介紹。40任務一

單片機雙機通信設計任務：采用雙機串行通信，其中甲機發(fā)送數(shù)據(jù),乙機接收數(shù)據(jù),兩機fosc約為12MHz,波特率為2.4k,串口方式1。甲機循環(huán)發(fā)送數(shù)字0～F，乙機接收后返回接收值。若發(fā)送值與返回值相等，繼續(xù)發(fā)送下一數(shù)字，否則重復發(fā)送當前數(shù)字。采用查詢法檢查收發(fā)是否完成。發(fā)送值和接收值分別顯示在雙方LED數(shù)碼管上;任務一

單片機雙機通信數(shù)碼管（7SEG-BCD）

——帶譯碼電路可直接輸入數(shù)據(jù)0～F，所以，在仿真時是很方便的，不用再加譯碼器。也沒有共陽共陰之分，可以顯示16個字符，即1-9，A-F，見下圖。但是要顯示的數(shù)字位數(shù)多了就不方便了，不能實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。）這種數(shù)碼管只有在proteus里才有的，其實是一個仿真元件，沒有實物的。可以看成它內部集成了碼譯碼器，任務一

單片機雙機通信硬件原理圖如圖軟件設計流程圖如圖任務一

單片機雙機通信實例參考程序任務一

單片機雙機通信實例參考程序任務一單片機雙機通信實例運行效果任務一

單片機雙機通信任務導入多個單片機可利用串行口進行多機通信，經(jīng)常采用如圖7-16所示的主從式結構。系統(tǒng)中有1個主機（單片機或其他有串行接口的微機）和多個單片機組成的從機系統(tǒng)。主機的RXD與所有從機的TXD端相連，TXD與所有從機的RXD端相連。從機地址分別為01H、02H和03H。任務二

多機通信設計任務分析主從式是指多機系統(tǒng)中，只有一個主機，其余全是從機。主機發(fā)送的信息可以被所有從機接收，任何一個從機發(fā)送的信息，只能由主機接收。從機和從機之間不能進行直接通信，只能經(jīng)主機才能實現(xiàn)。任務二

多機通信設計多機通信的工作原理： 要保證主機與所選擇的從機通信，須保證串口有識別功能。SCON中的SM2位就是為滿足這一條件設置的多機通信控制位。其工作原理是在串行口以方式2（或方式3）接收時，若SM2

=

1，則表示進行多機通信，可能有以下兩種情況：任務二

多機通信設計多機通信原理：(a)所有從機都先使自己的SM2=1，而主機在發(fā)送的地址幀信息時先使TB8=1。這樣，所有從機都能產(chǎn)生接收中斷請求，并收到主機發(fā)來的地址信息；(b)各從機將主機發(fā)來的地址與本機地址編號相比較。若與本機相符（即命中），則該從機使自己的SM2=0，其余從機仍舊保持SM2=1；(c)主機接著發(fā)送TB8=0的數(shù)據(jù)幀信息。此時只有命中機（SM2=0）有中斷請求，其它從機均無響應。SM2=1時，若RB8=1，SBUF滿→置位RISM2=1時，若RB8=0，SBUF滿→不置位RISM2=0時，任意RB8值，SBUF滿→置位RI——所有叢機——非命中叢機——命中叢機任務二

多機通信設計實例、

K1、K2為1#、2#叢機的激發(fā)鍵，每按1次主機向相應從機順序發(fā)送1位0～F間的字符（可用虛擬終端TERMINAL觀察）。命中從機收到地址幀后使相應LED狀態(tài)反轉1次，收到數(shù)據(jù)幀后顯示在共陽型數(shù)碼管上。晶振為11.0592MHz。要求采用串口通信方式3，波特率9600bps，發(fā)送編程采用查詢法，接收編程采用中斷法。任務二

多機通信設計TERMINAL——用于觀察串行通信數(shù)據(jù)的虛擬儀器，使用時只需將其TXD和RXD端分別與單片機RXD和TXD相連。通過屬性窗口進行參數(shù)設置。

任務二

多機通信設計主機程序設計：任務二

多機通信設計子機程序設計任務二

多機通信設計實例參考程序任務二

多機通信設計任務二

多機通信設計任務二

多機通信設計實例運行效果任務二

多機通信設計①串行口通信控制的主要寄存器是SCO