第六章異步串行通信(SCI)清華洪偉

第六章異步串行通信（SCI）6.1通信基礎(chǔ)知識6.2異步串行通信協(xié)議RS-232標準6.3SCI功能簡介6.4SCI寄存器6.5SCI應(yīng)用程序示例Page

1Lecture4Page1

1微控制器開發(fā)技術(shù)通信方式的幾個要素串行、并行（Serial/parallel）同步、異步（Synchronous/asynchronous）點對點、總線（Point-to-point/bus）半雙工、全雙工（Half-duplex/full-duplex）主從式、對等式（Master-slave/equalpartners）單端信號、差分信號（Single-ended/differential）第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

2Lecture4Page2微控制器開發(fā)技術(shù)串行通信數(shù)據(jù)按位傳輸通信方只需要很少的連接–resource/pinefficient速度較慢，傳輸信息少傳輸距離較遠并行通信數(shù)據(jù)按字節(jié)/字傳輸通信方需要多個連接信號--difficultforPCBrouting傳輸速度快傳輸距離較短你接觸過哪些串行/并行通信？第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

3Lecture4Page3微控制器開發(fā)技術(shù)同步通信接收方可以得到發(fā)送方的通信時鐘信號傳輸速率高異步通信（SCI：serialcommunicationinterface）（UART：universalasynchronousreceiver/transmitter)發(fā)送方和接收方使用獨立的時鐘來處理通信信號通信雙方約定通信速率通信中需要約定起始/停止位或定義特殊的幀結(jié)構(gòu)傳輸速率較低第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

4Lecture4Page4微控制器開發(fā)技術(shù)點對點通信線路上只有兩個通信方不需要尋址總線通信線路上有多個通信方需要建立尋址機制第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

5Lecture4Page5微控制器開發(fā)技術(shù)半雙工一條數(shù)據(jù)線，分時進行發(fā)送和接收一方發(fā)送時，其他通信方只能處于接收狀態(tài)需要額外的邏輯來控制發(fā)送和接收狀態(tài)的切換有發(fā)生沖突的危險全雙工兩條數(shù)據(jù)線，通信端可以同時進行發(fā)送和接收需要兩個獨立的通信通道使用簡單，數(shù)據(jù)傳輸率高對講機？電話機？第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

6Lecture4Page6微控制器開發(fā)技術(shù)主從式只有主端可以發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸從端等待主端的允許才能傳輸數(shù)據(jù)對等式任何節(jié)點可以發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸需要建立沖突檢測和仲裁機制第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

7Lecture4Page7微控制器開發(fā)技術(shù)單端信號信號幅度以地電平作為參考通信雙方必須建立共同的參考地電平干擾造成的信號幅度變化可能導(dǎo)致錯誤解釋差分信號每個信號使用兩根線傳輸，信號的值由兩個線上的電平的差值表示通信方不需要共同的參考地對干擾抑止能力強傳輸速率高第六章異步串行通信（SCI）

——通信基礎(chǔ)知識Page

8Lecture4Page8微控制器開發(fā)技術(shù)微控制器常見的通信類型總線類型線數(shù)通信類型多主波特率（bps)器件數(shù)目總線長度UART2異步No3K-1M2*SPI3同步Y(jié)es1M-10M<10板內(nèi)I2C2同步Y(jié)es~1M<10板內(nèi)CAN2異步Y(jié)es20K-1M128百米～公里LIN1異步No<20K16幾十米Page

9Lecture4Page9微控制器開發(fā)技術(shù)Page

10第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準串行通信示意圖Lecture4Page10微控制器開發(fā)技術(shù)EIARS-232-C（CCITTV.24）

美國電子工業(yè)協(xié)會正式公布的異步串行通信標準，也是目前最常用的異步串行通信標準，用來實現(xiàn)計算機與計算機之間、計算機與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信RS-232-C電平采用負邏輯，即，邏輯1：-3～-15V,邏輯0：+3～+15V（需要電平轉(zhuǎn)換）RS-232-C接口標準有22根線，采用標準25芯D型插頭座；PC上使用簡化的9芯D型插座多種通信應(yīng)答（握手）方式：硬件握手，自應(yīng)答，XON/XOFF模式波特率：300bps～20Kbps，物理層有多種實現(xiàn)方式（銅纜，光纜，紅外，微波）起始位/停止位/數(shù)據(jù)位/奇偶校驗/全雙工半雙工模式廣泛應(yīng)用：Modem，20mA電流環(huán)，RS485

個人計算機都有標準的RS232接口，驅(qū)動程序，超級終端第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Page

11Lecture4Page11微控制器開發(fā)技術(shù)Page

12第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準簡化的9芯D型DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備，指PC或終端DCE：數(shù)據(jù)通信設(shè)備，指調(diào)制解調(diào)器等外設(shè)DCE（母）DTE（公）Lecture4Page12微控制器開發(fā)技術(shù)簡化的9芯D型接頭信號定義（硬件流量控制）DTEDCE3TxDoutTxDTransmitData2RxDinRxDReceiveData5GNDGND7RTSoutRTSRequireToSend8CTSinCTSClearToSend6DSRinDSRDataSetReady9DCDinDCDDataCareDetected4DTRoutDTR

DataTerminalReadyPage

13第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page13微控制器開發(fā)技術(shù)簡化的9芯D型接頭信號定義（自應(yīng)答方式）

DTE/DCE2TxDoutTxD(TransmitData)3RxDinRxD(ReceiveData)7GNDGND(Ground)4RTSoutRTS(RequiretoSend)5CTSinCTS(CleartoSend)6DSRinDSR(DataTerminalReady)8DCDinDCD(DataCarryDetected)20DTRoutDTR(DataSetReady)Readyalways,orXON/XOFFprotocol,ASCIIonly!第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page14微控制器開發(fā)技術(shù)簡化的9芯D型接頭信號定義（無應(yīng)答方式）

1protectionground2RxDinRxD(ReceiveData)3TxDoutTxD(TransmitData)5GNDGND(Ground)6DSRinDSR(DataTerminalReady)7RTSoutRTS(RequiretoSend)8CTSinCTS(CleartoSend)9DCDin DCD(DataCarrierDetected)4DTRoutDTR(DataSetReady)NoHandshake,shoulduseXON/XOFFprotocol,ASCIIonlyPage

15第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page15微控制器開發(fā)技術(shù)TTLlevelvs.RS232levelPage

16第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page16微控制器開發(fā)技術(shù)TTLlevelvs.RS232levelPage

17第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page17微控制器開發(fā)技術(shù)RS232標準（1962）出現(xiàn)的比TTL（1964）還早需要接口轉(zhuǎn)換芯片MAX232MicrocontrollerDB9TTL/CMOSRS232Page

18雙通道

第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page18微控制器開發(fā)技術(shù)幀格式（Frameformat）012345678LSBMSBstopidleidlestart非歸零碼：NRZ(notreturnzero)encoding參數(shù)：SeveralconfigurableparametersBaudrate,#startbits，#databits,parity,#stopbits（波特率，起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位，停止位）Nomenclature:9600,N81（無奇偶校驗，8位數(shù)據(jù)，1位停止位）最低位：LSB-Leastsignificantbit最高位：MSB-MostsignificantbitParity(stop)Page

19第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page19微控制器開發(fā)技術(shù)接收端在其時鐘上升沿采樣數(shù)據(jù)線電平，以識別數(shù)據(jù)位的高低狀態(tài)。Whatisthedatatransmittedabove?Page

20第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準數(shù)據(jù)位識別Lecture4Page20微控制器開發(fā)技術(shù)Tx_clkRx_clkTxDRxD傳輸過程會引起信號的延遲，會引入外部干擾導(dǎo)致的噪聲及毛刺第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準數(shù)據(jù)位識別Lecture4Page21微控制器開發(fā)技術(shù)Page

22第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準數(shù)據(jù)位識別-通信雙方有約定的通信速率（波特率）-接受端按照16倍波特率的頻率對信號進行高速采樣-使用其中3個采樣結(jié)果（7、8、9或8、9、10），通過3取2的機制確定實際的信號電平狀態(tài)-如果3個采樣結(jié)果不一致，noise標志會置起-接受端在總線進入空閑狀態(tài)后，通過監(jiān)測下降沿，啟動對起始位的判斷，從而開始整個數(shù)據(jù)幀的接受。Lecture4Page22微控制器開發(fā)技術(shù)波特率：bitspersecond

Question1:按照9600,N81的通信參數(shù)，每秒可以傳送多少個字節(jié)？Hints:don’tforgetthestart/stopbits.Question2:對于一個總線頻率為16MHz的微控制器，其SCI最高支持的波特率是多少？Page

23第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準Lecture4Page23微控制器開發(fā)技術(shù)校驗位附加在數(shù)據(jù)幀末尾，用于檢查傳輸過程中是否發(fā)生了數(shù)據(jù)位錯誤。LSBMSBstopstartParityPage

24第六章異步串行通信（SCI）

——異步串行通信協(xié)議RS-232標準校驗位偶校驗：所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，1的數(shù)目是偶數(shù)；奇校驗：所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，1的數(shù)目是奇數(shù)Lecture4Page24微控制器開發(fā)技術(shù)Transmitter:Receiver:.TDRBUFFERSHIFTREGISTERDATAINDATAOUTT8PARITYGEN.DATAOUTRDRBUFFERSHIFTREGISTERDATAINR8PARITYCHECKSCI–雙緩沖寄存結(jié)構(gòu)發(fā)送和接受都具有雙緩沖結(jié)構(gòu)CPU不能讀寫移位緩沖寄存器CPU僅能訪問數(shù)據(jù)寄存器Page

25第六章異步串行通信（SCI）

——SCI功能簡介Lecture4Page25微控制器開發(fā)技術(shù).發(fā)送時，數(shù)據(jù)自動從數(shù)據(jù)寄存器轉(zhuǎn)移到移位寄存器接受時，數(shù)據(jù)自動從移位寄存器轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)寄存器發(fā)送和接受的數(shù)據(jù)寄存器使用相同的寄存器地址讀寫該寄存器地址具有不同的含義!Question:what’sthefunctionoftheinstructionsbelowwhile(1){asmLDAASCI0DRasmSTAASCI0DR}Page

26SCI–雙緩沖寄存結(jié)構(gòu)第六章異步串行通信（SCI）

——SCI功能簡介Lecture4Page26微控制器開發(fā)技術(shù)TxdataregisterTxclockgenNotethe÷16ShiftregisterParitygenInterruptrequestgenPage

27Controllogic第六章異步串行通信（SCI）

——SCI功能簡介Lecture4Page27微控制器開發(fā)技術(shù)SCIBDH/L-SCIBaudRateControlRegister必須連續(xù)寫入BDH和BDL寄存器，僅僅寫入BDH沒有作用。BR為0，表示SCI停止工作，以便節(jié)省電能。Busclock1~819124MbusclockExercise1:

9600bpswanted，BR=?

BDH=?BDL=?Exercise2：

themaximumbaudrate=?Page

28第六章異步串行通信（SCI）

——SCI寄存器Lecture4Page28微控制器開發(fā)技術(shù)SCCR1-SCIControlRegister1

1=9-BITDATA0=8-BITDATA1=EVENPARITY0=ODDPARITY1=PARITYEnabled0=PARITYDisabledPage

29第六章異步串行通信（SCI）

——SCI寄存器Lecture4Page29微控制器開發(fā)技術(shù)SCICR2-SCIControlRegister2TE_TransmitterEnable1=TransmitterEnabled0=TransmitterDisabledREReceiverEnable1=ReceiverEnabled0=ReceiverDisabledTCIE-TransmitCompleteInterruptEnable1=TransmitterCompleteIRQEnabled0=TransmitterCompleteIRQDisabledRIE-ReceiverInterruptEnable1=ReceiverIRQEnabled0=ReceiverIRQDisabledTIE-TransmitterInterruptEnable1=TransmitterIRQEnabled0=TransmitterIRQDisabledPage

30第六章異步串行通信（SCI）

——SCI寄存器Lecture4Page30微控制器開發(fā)技術(shù)SCISR1-SCIStatusRegister1SCISR2-SCIStatusRegister2RDRF:ReceivedataRegisterFullTC:TransmitCompleteTDRE:TransmitdataregisteremptyPage

31第六章異步串行通信（SCI）

——SCI寄存器Lecture4Page31微控制器開發(fā)技術(shù)SCIDRH/L-SCIDataRegisterHigh/LowNote:R8andT8areusedwhen9-bitcharisrequiredNotice:sameregisterforbothtransmitdataandreceivedataPage

32第六章異步串行通信（SCI）

——SCI寄存器T8Lecture4Page32微控制器開發(fā)技術(shù)Page

33第六章異步串行通信（SCI）

——應(yīng)用程序示例SCI模塊編程方法SPI初始化：先寫SCI0BDH和SCI0BDL設(shè)定SCI波特率；再寫控制寄存器SCI0CR2，設(shè)定中斷允許位，并使能發(fā)送和接收SCI收發(fā)數(shù)據(jù)：通過查詢SCI0SR1中的狀態(tài)位或采用中斷方式，讀寫數(shù)據(jù)寄存器，完成數(shù)據(jù)收發(fā)。Lecture4Page33微控制器開發(fā)技術(shù)Page

34//SCI初始化函數(shù)voidSCI0_Init(void){SCI0BDH=0;SCI0BDL=52;//busfreq=8MHz，9600bps

SCI0CR2=0x0C;//允許發(fā)送和接收}//SCI發(fā)送一個字節(jié)的函數(shù)（參數(shù)：c為待發(fā)送的1字節(jié)數(shù)據(jù)）voidPut_Char(charc){while((SCI0SR1&0x80)==0); SCI0DRL=c;}//SCI接收一個字節(jié)的函數(shù)（返回：接收的1字節(jié)數(shù)據(jù)）charGet_Char(void);{while(SCI0SR1_RDRF==0); returnSCI0DRL;}第六章異步串行通信（SCI）

——應(yīng)用程序示例Lecture4Page34微控制器開發(fā)技術(shù)Page

35示例1：發(fā)送ASCII碼表給PC機，每16個字符回車換行一次voidmain(void){ unsignedcharascii_char; SCI0_Init(); ascii_char=0; while(ascii_char<