《單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用》項(xiàng)目五 單片機(jī)串行通信

項(xiàng)目五單片機(jī)串行通信任務(wù)一PC機(jī)與單片機(jī)通信(RS232協(xié)議)任務(wù)目標(biāo)了解RS232協(xié)議基本知識(shí)了解多機(jī)通信的應(yīng)用和串行通信中的控制寄存

器的使用掌握串行通信的重要指標(biāo)學(xué)會(huì)編寫單片機(jī)串行通信的程序任務(wù)分析由串口調(diào)試助手以16進(jìn)制向單片機(jī)發(fā)送一數(shù)據(jù)，如01，如果單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)將會(huì)原樣返回給計(jì)算機(jī)，并且顯示在串口調(diào)試助手的接收框內(nèi)一、硬件工作（1）提供系統(tǒng)所需的電源和CPU工作所需的時(shí)鐘振蕩信號(hào)；（2）實(shí)驗(yàn)板上安裝USB轉(zhuǎn)串口的橋接芯片；二、軟件工作（1）在PC機(jī)上安裝一個(gè)串口調(diào)試程序------串口調(diào)試助手V2.2；（2）把我們的要求用單片機(jī)可以接收的語(yǔ)言“寫”給單片機(jī)，也就是軟件編程串行通信基礎(chǔ)知識(shí)通信的分類分為并行通信和串行通信串行通信的分類可以分為異步通信和同步通信異步通信發(fā)送端和接收端由各自獨(dú)立的時(shí)鐘來(lái)控制，這兩個(gè)時(shí)鐘互不同步異步通信字符幀格式起始位：位于字符幀的開頭，只占一位，只取低電平（0），用于告知接收設(shè)備，發(fā)送端開始發(fā)送一幀信息。因?yàn)榫€路在沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)保持高電平（1），接收端不斷檢測(cè)線路狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到由高到低的跳變信號(hào)（起始位）后，就知道發(fā)來(lái)一個(gè)新字符幀，應(yīng)開始準(zhǔn)備接收。數(shù)據(jù)位：緊接在起始位之后，通常為5~8位，具體位數(shù)由收、發(fā)雙方事先約定。奇偶校驗(yàn)位：位于數(shù)據(jù)位之后，只占一位，用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。停止位：位于一個(gè)字符幀的最后，為高電平（1），可取1位、1.5位或2位，用于表示一幀信息已經(jīng)結(jié)束，準(zhǔn)備傳送下一幀數(shù)據(jù)。若停止位以后不馬上開始傳送下一幀數(shù)據(jù)，則發(fā)送端應(yīng)發(fā)出高電平的空閑位，使線路處于等待狀態(tài)。串行通信的方式分為單工、半雙工和全雙工80C51系列單片機(jī)的串行接口通過引腳TXD(P3.1)發(fā)送串行數(shù)據(jù)，通過引腳RXD(P3.0)接收串行數(shù)據(jù)80C51系列單片機(jī)的串行接口串行口數(shù)據(jù)緩存器SBUFSBUF包含發(fā)送寄存器和接收寄存器，兩者在物理上相互獨(dú)立，一個(gè)只能被CPU寫入數(shù)據(jù)，一個(gè)只能被CPU讀出數(shù)據(jù)，但共用一個(gè)地址99H80C51系列單片機(jī)的串行接口串行口控制寄存器SCONSCON是一個(gè)可以位尋址的寄存器，用于控制串行口的工作方式，字節(jié)地址為98H，其格式如下所示：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISCON各位數(shù)據(jù)功能說(shuō)明SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，共有四種工作方式。fosc是晶體振蕩頻率，UART是異步接收和發(fā)送器SM0SM1方式功能波特率0008位同步移位寄存器輸入/輸出fosc/1201110位UART可變10211位UARTfosc/32或fosc/6411311位UART可變SCON各位數(shù)據(jù)功能說(shuō)明SM2：多機(jī)通信控制位，用在方式2和3中。當(dāng)串行口以方式2或3接收數(shù)據(jù)時(shí)，若SM2=1，則只有當(dāng)接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并將RI置為1，向CPU申請(qǐng)中斷；如果接收到的第9位數(shù)據(jù)為0時(shí)，將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。若SM2=0，不論接收到的第9位數(shù)據(jù)為1還是為0，都將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并向CPU申請(qǐng)中斷。而在方式1中，若SM2=1，則只有收到有效的停止位時(shí)，才將RI置為1。在方式0中，SM2應(yīng)置為0。SCON各位數(shù)據(jù)功能說(shuō)明REN：允許串行接收位。由軟件置位或清零。REN=1，允許接收；REN=0，禁止接收。TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2和3中，它是第9位發(fā)送數(shù)據(jù)。也可約定作為奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)位。RB8：接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式2和3中，它是接收的第9位數(shù)據(jù)。在方式1中，若SM2=0，則RB8中存放的是接收到的停止位。方式0中不使用RB8。SCON各位數(shù)據(jù)功能說(shuō)明TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0中，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位。在其他方式中，在發(fā)送停止時(shí)由硬件置位，因此TI置位是一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束的標(biāo)志，同時(shí)申請(qǐng)中斷。RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式0中，接收完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位；在其他方式中，在接收停止位的中間時(shí)刻由硬件置位。RI是接收完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志，也是中斷申請(qǐng)；響應(yīng)中斷后，由軟件清零。電源管理寄存器PCON主要是為單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的8位專用寄存器SMODGF1GF0PDIDL串行口的工作方式有4種工作方式，由SCON中的SM0和SM1決定方式0----串行口作為同步移位寄存器使用方式1----串行口為波特率可調(diào)的10位異步通信接口方式2和3----串行口為11位異步通信接口，一幀字符包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位附加位和1位停止位串行口的波特率方式0

波特率固定為時(shí)鐘頻率的1/12，即波特率=fosc/12。方式2

波特率由PCON中的SMOD決定。當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率=fosc/32。當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率=fosc/64串行口的波特率方式1和3

波特率的計(jì)算公式為：其中，X為定時(shí)器T1的計(jì)數(shù)初值8051串行口常用波特率串行通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定，包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問題作出統(tǒng)一的規(guī)定，通信雙方必須共同遵守，因此也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳送控制規(guī)程串行通信接口的基本任務(wù)（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化（2）進(jìn)行串—并轉(zhuǎn)換（3）控制數(shù)據(jù)傳輸速率（4）進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)（5）進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換（6）提供EIA-RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號(hào)線串行通信接口電路的組成由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器、EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成有關(guān)串行通信的物理標(biāo)準(zhǔn)傳輸率：所謂傳輸率就是指每秒傳輸多少位，傳輸率也常叫波特率RS232標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）制定的串行數(shù)據(jù)通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，原始編號(hào)全稱是EIA-RS-232（簡(jiǎn)稱232或RS232）RS232端口引腳定義串口調(diào)試助手V2.2數(shù)據(jù)接收顯示窗口發(fā)送數(shù)據(jù)輸入窗口硬件電路硬件電路晶振是11.0592M

USB轉(zhuǎn)串口電路----橋接芯片PL2303RS232與TTL轉(zhuǎn)換電路----MAX232

芯片元器件材料表序號(hào)名稱型號(hào)、規(guī)格單位數(shù)量備注1U1AT89S51片12J111.0592MHZ只13C6，C7，C8，C9，C1020nf/25V只54R12K只15U29芯RSR232接口電纜根16U3HPPC機(jī)臺(tái)17U4MAX232只18D155mm紅發(fā)紅色只1參考程序見教材任務(wù)二I2C總線AT24C02的讀寫操作任務(wù)目標(biāo)

掌握I2C總線工作原理及其操作方法

了解AT24C系列E2PROM的基本知識(shí)

會(huì)用24C02芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作任務(wù)分析利用單片機(jī)做一個(gè)0~99秒的自動(dòng)計(jì)時(shí)器，并將計(jì)時(shí)顯示在數(shù)碼管上，然后隨機(jī)關(guān)掉電源，再次通電以后計(jì)時(shí)器接著斷電以前的狀態(tài)繼續(xù)計(jì)時(shí)。要想保存斷電之前的狀態(tài)，至少要完成以下幾個(gè)工作：一、硬件工作（1）提供系統(tǒng)所需的電源和CPU工作所需的時(shí)鐘振蕩信號(hào)；（2）將單片機(jī)與AT24C02連接起來(lái)；二、軟件工作

把我們的要求用單片機(jī)可以接收的語(yǔ)言“寫”給單片機(jī)，也就是軟件編程。I2C總線基礎(chǔ)知識(shí)是一種由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。I2C總線生產(chǎn)于20世紀(jì)80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，現(xiàn)主要在服務(wù)器管理中使用，包括與單個(gè)組件狀態(tài)的通信。如管理員可以對(duì)任何組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。I2C總線特點(diǎn)最主要的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單有效接口直接在組件上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互連成本。I2C總線的長(zhǎng)度可達(dá)25英尺（7、8米），標(biāo)準(zhǔn)I2C總線傳輸速率可以到100Kbps，通過使用7位地址碼，就能支持128個(gè)設(shè)備總線的構(gòu)成由串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘SCL構(gòu)成，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在CPU和被控IC之間、IC和IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高速率可達(dá)100Kbps各種被控制電路都并聯(lián)在這條總線上，有各自唯一的地址CPU發(fā)出的控制信號(hào)包含地址碼和控制碼兩部分，地址碼用來(lái)選址，即需要接通控制的模塊電路；控制碼決定進(jìn)行調(diào)整的類別。這樣，各模塊電路雖然共用一條總線，卻彼此獨(dú)立。信號(hào)類型共有三種信號(hào)類型：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。信號(hào)類型應(yīng)答信號(hào)：I2C總線上的所有數(shù)據(jù)都是以8b一字節(jié)進(jìn)行發(fā)送的，接收數(shù)據(jù)的IC收到數(shù)據(jù)后，向發(fā)送方發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已經(jīng)收到。CPU向受控模塊發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控模塊發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否傳送信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，判斷為受控模塊發(fā)生故障I2C總線基本操作運(yùn)用主/從雙向通信方式控制字節(jié)

必須位于起始條件之后，其中高四位是器件類型識(shí)別符（不同的芯片類型有不同的定義，E2PROM一般為1010），接著三位是片選，最后一位是讀/寫位，1表示讀操作，0表示寫操作I2C總線基本操作寫操作

分為字節(jié)寫和頁(yè)面寫兩種讀操作

有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀和順序讀I2C總線的應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)嚴(yán)格按照時(shí)序圖的要求進(jìn)行操作。若與端口線上帶內(nèi)部上拉電阻的單片機(jī)接口連接，可以不外加上拉電阻。程序中為配合相應(yīng)的傳輸速率，在對(duì)口線操作的指令后可用NOP指令加一定的時(shí)延。為了減少意外的干擾信號(hào)，將E2PROM內(nèi)的數(shù)據(jù)改寫可用外部寫保護(hù)引腳（如果有的話）或者在E2PROM內(nèi)部沒有用的空間寫入標(biāo)志字，每次上電或者復(fù)位時(shí)做一次檢測(cè)，以判斷E2PROM是否被意外改寫。AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行E2PROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，具有工作電壓寬（2.5~5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)AT24C021、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，第8腳和第4腳分別接正電源和地，第5腳SDA是串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過雙向I2C總線串行傳送，第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線，第7腳WP是寫保護(hù)引腳，將該引腳接VCC，E2P