單片機(jī)應(yīng)用課件五

1、第八章 串行口的應(yīng)用,廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-單片機(jī)應(yīng)用,智能電子教研室,張永亮,單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個固定方向傳送，如廣播、遙控等。 半雙工方式：數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，如使用同一載頻工作的無線電對講機(jī)。 全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送，如普通電話。,1、 串行通信基礎(chǔ)知識,1）數(shù)據(jù)通信的傳輸方式,第八章 串行口的應(yīng)用,1）數(shù)據(jù)通信的傳輸方式,并行通信,速度快、距離短、引線多,速度慢、距離長、引線少,UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,USB: Universal Serial Bus,串行通信,2）并行通信

2、和串行通信,3）異步串行通信和同步串行通信,異步串行通信:簡稱為異步通信，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式（也稱為串行幀）由1個起始位、7個或8個數(shù)據(jù)位、12個停止位（含1.5個停止位）和1個校驗(yàn)位組成。起始位約定為0，空閑位約定為1。在異步通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘，它們的工作是非同步的。,Asynchronous,異步通信數(shù)據(jù)格式,同步通信：發(fā)送器和接收器由同一個時(shí)鐘源控制。在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送數(shù)據(jù)量較大的場合，速度就會慢得多。同步 傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)先送出一個同步頭（字符）標(biāo)志即可。 同步傳輸方式比異

3、步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個時(shí)鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。,同步串行通信,Synchronous,同步通信數(shù)據(jù)格式,4）波特率,它與字符的傳送速率(字符/秒)之間有以下關(guān)系： 波特率=1幀的二進(jìn)制編碼位數(shù)幀/秒 要求發(fā)送端與接收端的波特率必須一致。,波特率BR（Baud Rate）是單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，單位：bps（bit per second），1bps=1bit/s。波特率的倒數(shù)即為每位傳輸所需的時(shí)間。,例如異步通信傳送數(shù)據(jù)每秒100幀，每幀11位，則該通信的波特率為 100幀/s11位/幀1100位/s1100波特 波特率

4、的倒數(shù)是傳送1位二進(jìn)制數(shù)所需的時(shí)間： T1/(1100位/s)0.91 ms/位,5）串行通信的校驗(yàn),異步通信時(shí)可能會出現(xiàn)幀格式錯、超時(shí)錯等傳輸錯誤。在具有串行口應(yīng)用的單片機(jī)開發(fā)中，應(yīng)考慮在通信過程中對數(shù)據(jù)差錯進(jìn)行校驗(yàn)，因?yàn)椴铄e校驗(yàn)是保證準(zhǔn)確無誤通信的關(guān)鍵。 常用差錯校驗(yàn)方法有： 奇偶校驗(yàn)（51系列單片機(jī)編程采用此法） 和校驗(yàn) 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)。,在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨的一位數(shù)據(jù)為奇偶校驗(yàn)位（1或0）。 當(dāng)設(shè)置為奇校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個數(shù)與校驗(yàn)位1的個數(shù)之和應(yīng)為 奇數(shù)； 當(dāng)設(shè)置為偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)中1的個數(shù)與校驗(yàn)位中1的個數(shù)之和應(yīng) 為偶數(shù)。 接收時(shí)，接收方應(yīng)具有與發(fā)送方一致的差錯檢驗(yàn)設(shè)置，當(dāng)接收 一

5、個字符時(shí)，對1的個數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，若二者不一致，則說明數(shù) 據(jù)傳送出現(xiàn)了差錯。 奇偶校驗(yàn)是按字符校驗(yàn)，數(shù)據(jù)傳輸速度將受到影響。這種特點(diǎn) 使得它一般只用于異步串行通信中。,（1）奇偶校驗(yàn),所謂和校驗(yàn)是指發(fā)送方將所發(fā)送的數(shù)據(jù)塊求和（字節(jié)數(shù) 求和），并產(chǎn)生一個字節(jié)的校驗(yàn)字符（校驗(yàn)和）附加到 數(shù)據(jù)塊末尾。 接收方接收數(shù)據(jù)時(shí)也是先對數(shù)據(jù)塊求和，將所得結(jié)果與 發(fā)送方的校驗(yàn)和進(jìn)行比較，相符則無差錯，否則即出現(xiàn) 了差錯。 這種和校驗(yàn)的特點(diǎn)是無法檢驗(yàn)出字節(jié)位序的錯誤。,（2）和校驗(yàn),MCS-51單片機(jī)串行口是由以下部分構(gòu)成： 發(fā)送緩沖寄存器（SBUF），發(fā)送控制器，接收緩沖寄存器（SBUF），接收控制寄存器，移位寄存

6、器，中斷等部分組成。,1）串行口結(jié)構(gòu)與特殊功能寄存器,MCS-51單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu)圖,2、MCS-51串行通信接口,與串行通信有關(guān)的控制寄存器共有4個：SBUF、SCON、PCON和IE。 在邏輯上，SBUF只有一個，既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器。具有同一個單元地址99H。在物理上，SBUF有兩個，一個是發(fā)送寄存器，另一個是接收寄存器。,（1）接收/發(fā)送緩沖器（SBUF）,Serial Buffer,SCON是MCS-51的一個可位尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制。單元地址98H，位地址9FH98H。,（2）串行控制寄存器（SCON）,表1 SCON各位的地址、定義及其對應(yīng)的功能

7、,（1）串行口工作方式選擇位SM0、SM1 SM0、SM1由軟件置1或清0，用于選擇串行口的4種工作方式。,Serial Mode,多機(jī)通信控制位SM2 SM2=1時(shí)，接收到一幀信息，如果接收到的第9位數(shù)據(jù)為1，硬件將RI置1，申請中斷；如果第九位數(shù)據(jù)為0，則RI不置1，且所接收的數(shù)據(jù)無效。SM2=0時(shí)，只要接收到一幀信息，不管第九位數(shù)據(jù)是0還是1，硬件都置RI=1，并申請中斷。RI由軟件清0，SM2由軟件置1或清0。 多機(jī)通信時(shí)，各從機(jī)先將SM2置l。接收并識別主機(jī)發(fā)來的地址，當(dāng)?shù)刂放c本機(jī)相同時(shí)，將SM2清0，與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。各機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)第9位必須為0。,（2）串行控制寄存器（SCO

8、N）,多機(jī)通信,先送地址，后送數(shù)據(jù),SCON,字節(jié) 地址 98H,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,地址幀：1，數(shù)據(jù)幀：0,（3）允許接收控制位REN REN=1時(shí)允許并啟動接收，REN=0時(shí)禁止接收。REN由軟件 置1或清0。 （4）發(fā)送數(shù)據(jù)D8位TB8 TB8是方式2、方式3中要發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)，事先用軟件 寫入1或0。方式0、方式1不用。,（2）串行控制寄存器（SCON）,Receive Enable,Transmit Bit 8,（5）接收數(shù)據(jù)D8位RB8 方式2、方式3中，由硬件將接收到的第九位數(shù)據(jù)存入RB8。 方式1中，停止位存入RB8。 （6）發(fā)送中斷標(biāo)志位TI 發(fā)

9、送完一幀信息，由硬件使TI置1，TI必須由軟件清0。 （7）接收中斷標(biāo)志位RI 接收完一幀有效信息，由硬件使RI置1，RI必須由軟件清0。,（2）串行控制寄存器（SCON）,Receive Bit 8,Receive Interruption,Transmit Interruption,IE的地址是A8H，其中串行口允許中斷的控制位為ES，當(dāng)ES=1，允許串行口中斷；當(dāng)ES=0，禁止串行中斷。,（3）電源控制寄存器（PCON）,PCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器。單元地址為87H，不能位尋址。PCON是一個8位寄存器，其最高位SMOD為波特率控制位：該位為1時(shí)，波特

10、率增大一倍。,（4）中斷允許控制寄存器IE,Power Controller,Interruption Enable,2）MCS-51串行通信工作方式,表2 串行口的4種工作方式,在方式0下，串行口作為同步移位寄存器使用。這時(shí)用RXD（P3.0）引腳作為數(shù)據(jù)移位的入口和出口，而由TXD（P3.1）引腳提供移位脈沖。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以8位為一幀，不設(shè)起始位和停止位，低位在前高位在后。,（1）串行工作方式0,串口方式0幀格式,發(fā)送過程：寫入SBUF，啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。 接收過程：REN=1且RI=0，啟動接收，一幀接收完畢，RI=1。,方式0發(fā)送,發(fā)：SBUF=0 x55；收：

11、ch=SBUF；,串入并出,（1）串行工作方式0,如果把實(shí)現(xiàn)并入串出功能的移位寄存器（例如CD4014或74HC165）與串行口配合使用，就可以把串行口變?yōu)椴⑿休斎肟谑褂谩?把串行口變?yōu)椴⑿休斎肟谑褂?（1）串行工作方式0,【例】串行口外接LED靜態(tài)顯示,串口輸出LED電路,用串行口擴(kuò)展輸出口的電路,【例】用串行口擴(kuò)展并行輸出口,8串行輸入/并行輸出移位寄存器芯片的引腳圖,4094 74LS164,（1）串行工作方式0,例： 使用74HC164的并行輸出引腳接8支發(fā)光二極管，利用它的串入并出功能，把發(fā)光二極管從左向右輪流點(diǎn)亮，并反復(fù)循環(huán)。發(fā)光二極管為共陰極型，電路連接如圖所示。,圖 串行移位輸

12、出電路,（1）串行工作方式0,8位數(shù)據(jù)異步通訊方式： 1. 一幀10位：8位數(shù)據(jù)位，1個起始位(0)，1個停止位(1)。 2. RXD：接收數(shù)據(jù)端。 TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。 3. 波特率：用T1作為波特率發(fā)生器，B=(2SMOD/32)T1溢出率。 4. 發(fā)送：寫入SBUF，同時(shí)啟動發(fā)送，一幀發(fā)送結(jié)束，TI=1。 接收：REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0且停止位為1 (或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入SBUF，停止位裝入RB8，并使RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。,收：MOV A, SBUF,發(fā)：MOV SBUF, A,（2）串行工作方式1,發(fā)：SBUF=0 x55； 收：ch=

13、SBUF；,當(dāng)REN=1，CPU開始采樣RXD引腳負(fù)跳變信號，若出 現(xiàn)負(fù)跳變，才進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，先檢測起始位，若第一 位為0，繼續(xù)接收其余位；否則，停止接收，重新采樣負(fù)跳變。,方式1發(fā)送與接收,（2）串行工作方式1,9位數(shù)據(jù)異步通訊方式。 一幀為11位：9位數(shù)據(jù)位，1個起始位(0)，1個停止位(1)。 第9位數(shù)據(jù)位在TB8/RB8中，常用作校驗(yàn)位 和多機(jī)通信標(biāo)識位。 2. RXD：接收數(shù)據(jù)端，TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)端。 3. 波特率：方式2：B=(2SMOD/64)fosc 。 方式3：B=(2SMOD/32)T1溢出率 。,（3）串行工作方式2和方式3,4. 發(fā)送：先裝入TB8，寫入SBUF并啟

14、動發(fā)送，發(fā)送結(jié)束，TI=1。 接收：REN=1，允許接收。接收完一幀，若RI=0且第9位為1 (或SM2=0)，將接收數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位裝入RB8，使RI=1；否則丟棄接收數(shù)據(jù)，不置位RI。,方式2和方式3時(shí)序,（3）串行工作方式2和方式3,串行口的4種工作方式對應(yīng)著三種波特率模式。 （1）對于方式0，波特率是固定的，為fosc/12。 （2）對于方式2，波特率由振蕩頻率fosc和SMOD(PCON.7)所決定。其對應(yīng)公式為 波特率=2SMODfosc/64 當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率為fosc/64；當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率為fosc/32。 （3）對于方式1和方式3，波特率由定時(shí)器

15、/計(jì)數(shù)器T1的溢出率和SMOD決定，即由下式確定： 波特率=2SMOD（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1溢出率）/32,3） MCS-51串行口波特率,T1溢出率,定時(shí)計(jì)數(shù)器T1有4種不同的工作方式，其中的方式2是自動重裝初值的8位計(jì)數(shù)器方式。方式2的工作特點(diǎn)是，T1由低8位計(jì)數(shù)器TL1和高8位計(jì)數(shù)器TH1組成，TL1作8位計(jì)數(shù)器使用，TH1存放計(jì)數(shù)初值。當(dāng)TL1計(jì)滿溢出時(shí)，TH1的值自動重新送入到TL1中又重新開始計(jì)數(shù)。如果設(shè)T1的計(jì)數(shù)初值為X，定時(shí)計(jì)數(shù)工作寄存器TMOD(字節(jié)地址89H)的C/ T 0(定時(shí)方式)，則每計(jì)滿28X個時(shí)鐘脈沖，T1就發(fā)生一次計(jì)滿溢出,3） MCS-51串行口波特率,【例】選

16、擇MCS-51串行通信口工作于方式1，設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器T1作波特率發(fā)生器(工作于方式2)，設(shè)波特率為9600波特，fosc=11.0592 MHz，取波特率控制位SMOD0，計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)器初值X。 解： X256 FDH,SCON = 0 x40; /串口方式1，8位異步接收 PCON= 0 x00; /波特率不加倍 TMOD= 0 x20; /定時(shí)器T1，方式2 TH1 = 0 xFD; /賦初值 TL1 = 0 xFD; /賦初值 TR1 = 1; /啟動定時(shí)器,初始化程序：,3） MCS-51串行口波特率,表3 定時(shí)器1產(chǎn)生的常用波特率,3） MCS-51串行口波特率,一、硬件設(shè)計(jì)： （1

17、）電平轉(zhuǎn)換：單片機(jī)是TTL電平，計(jì)算機(jī)是-C電平（+5+15V是數(shù)字“0”， -15-5V是數(shù)字“1” ） 。 Max232、MC1488、MC1489、三極管電路等。 （2）連線：TXD與RXD交叉對接，GND直接相連。 二、軟件設(shè)計(jì)： （1）單片機(jī)端：Keil C等軟件，用匯編或者C語言編寫。 （2）計(jì)算機(jī)端：VB、VC+、Dephi。 Mscomm控件 三、輔助工具：串口調(diào)試助手,負(fù)邏輯,3、 單片機(jī)與PC的通信,單片機(jī)與PC機(jī)間連接,RS-232是美國電子工業(yè)聯(lián)合會EIA與BELL等公司在1969年一起開發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)，專門用于020 000波特傳輸速率的通信，電纜傳輸最大物理距離50英

18、尺(15 m)。該標(biāo)準(zhǔn)有25線插件和9線插件兩種，以9線插件應(yīng)用較多。,3、 單片機(jī)與PC的通信,點(diǎn)對點(diǎn)通信（串行中斷）,工學(xué)結(jié)合任務(wù)七：,廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-單片機(jī)應(yīng)用,目的和意義,1掌握串行通信的基本工作原理。 2. 掌握單片機(jī)串行通信數(shù)據(jù)接收和發(fā)送采用的方式，串口 波特率的設(shè)置。 2掌握C51編寫串口通信程序。 4掌握PROTEUS仿真，燒寫器的使用，硬件電路設(shè)計(jì)、 焊接、裝配，培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)技術(shù)解決生活 中的實(shí)際問題的能力。,一、任務(wù)描述,1、設(shè)計(jì)兩個單片機(jī)的通信電路，一個負(fù)責(zé)發(fā)送，一個負(fù)責(zé)接收。 2、具體要求：設(shè)定波特率為9600bit/s，發(fā)送機(jī)發(fā)送0-9，接收 機(jī)能正確接收

19、，并采用數(shù)碼管顯示。 3、利用Keil C 軟件編寫主函數(shù)、串口通信，顯示，定時(shí)器中斷 等C程序代碼。,二、任務(wù)分析,1 、任務(wù)所需硬件知識 單片機(jī)最小系統(tǒng)（晶振，復(fù)位電路），數(shù)碼管顯示，串行接口 電路 2、任務(wù)所需軟件知識 單片機(jī)C語言數(shù)據(jù)類型，結(jié)構(gòu)，串口通信、顯示等程序設(shè)計(jì) 3 、任務(wù)所需環(huán)境 安裝操作系統(tǒng)的微機(jī)1臺、單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境keil C2.0、軟 硬件開發(fā)平臺proteus 6.9、單片機(jī)下載軟件STC_ISP_V3.3 、 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板、下載線。,項(xiàng)目實(shí)施過程理實(shí)一體化模式,系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃,二、任務(wù)分析,要求會使用Keil C開發(fā)環(huán)境 要求文件夾命名規(guī)范 要求工程項(xiàng)目命名規(guī)范

20、要求文件名命名規(guī)范 要求程序是否功能齊全 要求仿真軟件達(dá)到設(shè)計(jì)要求 要求硬件電路滿足設(shè)計(jì)要求 要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔充分,二、任務(wù)分析,程序設(shè)計(jì)要求,1、進(jìn)行功能分析，工作框架搭建，工作分工。 2、使用軟硬件開發(fā)平臺proteus 7.4進(jìn)行電路仿真。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：新建電路圖設(shè)計(jì)文件，查找元器件，放置元器件，布局布線，修改元器件屬性，進(jìn)行仿真單片機(jī)程序。 3、使用單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境keil C2.0。要點(diǎn)：C程序構(gòu)成， 關(guān)鍵詞，運(yùn)算符與表達(dá)式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)化語句。 4、使用單片機(jī)下載軟件STC_ISP_V3.3，通過串口或USB將單片機(jī)程序下載到單片機(jī)芯片中進(jìn)行調(diào)試。 5、完善單片機(jī)產(chǎn)品硬件電路，進(jìn)行

21、合適的電容、電阻、芯片、傳感器、顯示器件等進(jìn)行焊接，通電運(yùn)行后觀察硬件電路是否滿足要求。 6、完成實(shí)驗(yàn)文檔編寫，包括：題目、作者、摘要、關(guān)鍵詞，緒論，硬件電路，軟件流程、代碼，數(shù)據(jù)分析。,任務(wù)實(shí)施步驟,四、任務(wù)設(shè)計(jì),1）驅(qū)動硬件分析,. 此電路核心件是MCS-51單片機(jī)（AT89C51）。 2. 包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 3.串口通信及數(shù)碼管驅(qū)動電路。,四、任務(wù)設(shè)計(jì),1、雙機(jī)通信設(shè)計(jì),硬件電路參考原理圖,2）仿真電路圖,/* 程序 名: MCU_TXD.c 程序功能: 通信程序-發(fā)送 */ #include unsigned char ch=0; unsigned char x10=0 x3f

22、,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66, /段碼01234 0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /段碼56789 /* 延時(shí)子程序 */ void delay() unsigned int i=500; while(i-); ,（1）發(fā)送機(jī)聲明、延時(shí)程序,3）發(fā)送機(jī)程序,（2）發(fā)送機(jī)串口初始化程序,/* 程序 名: void init_serialcomm() 程序功能: 串口中斷初始化 */ void init_serialcomm() SCON = 0 x50; /*串口工作在方式1, 允許接收 */ TMOD |= 0 x20; /*定時(shí)器1工作在方式

23、2，重載 */ TH1 = 0 xfa; /*波特率9600，fosc=11.0592MHz */ TL1 = 0 xfa; /*波特率9600，fosc=11.0592MHz */ PCON |= 0 x80; /* SMOD=1;波特率倍增 */ EA = 1; ES = 1; /* 允許串行中斷,interrupt enable */ TR1 = 1; /* 啟動定時(shí)器1,timer1 run */ TI = 0; RI = 0; ,3）發(fā)送機(jī)程序,/* 程序 名: void serial_sever() interrupt 4 程序功能: 串口中斷服務(wù)程序 */ void serial

24、_sever() interrupt 4 if(RI) /* 如果有數(shù)據(jù)到來 */ RI = 0; /* 準(zhǔn)備下次接收 */ ch = SBUF; /* 接收數(shù)據(jù) */ else TI=0; ,（3）發(fā)送機(jī)串口中斷程序,3）發(fā)送機(jī)程序,/* 程序 名: void main() 程序功能: 主程序 */ void main() init_serialcomm(); /*初始化串口*/ loop1: SBUF=xch; P2=xch; if(ch9) ch+; else ch=0; delay(); /SBUF=0 x55; goto loop1; ,（4）發(fā)送機(jī)主程序,3）發(fā)送機(jī)程序,（1）接收機(jī)串口初始化程序,/* 程序 名: void init_serialcomm() 程序功能: 串口中斷初始化 */ void init_serialcomm() SCON = 0 x50; /*串口工作在方式1, 允許接收 */ TMOD |= 0 x20; /*定時(shí)器1工作在方式2，重載 */ TH1 = 0 xfa; /*波特率9600，fosc=11.0592MHz */ TL1 = 0 xfa; /*波特率9600，