C51单片机的串行接口技术.ppt
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1、第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 计算机与计算机之间,计算机与外设之间的数据交换称为通信。计算机与外部设备的通信有两种基本方式:并行通信和串行通信。信息的各位数据被同时传送的通信方法称为并行通信。并行通信依靠并行I/O接口实现。在并行通信中,数据有多少位就需要多少条信号传输线,这种通信方式的速度快,但由于传输线数较多,成本高,仅适合近距离通信,通常传送距离小于30米,常用并行通信协议有SPP、EPP、ECP等。当距离大于30米时,则多采用串行通信方式,串行通信是指信息的各位数
2、据被逐位顺序传输的通信方式,这种通信方式较之并行通信而言,具有如下优点:(1)传输距离长,可达到数千公里;(2)长距离内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快,串行 通信的通信时钟频率较并行通信更容易提高;(3)抗干扰能力强,串行通信信号间的相互干扰完全可以忽略;(4)通信成本低;(5)传输线既传数据,又传联络信息。5.1 串行通信概述串行通信概述第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术5.1.1 串行通信的分类串行通信的分类 通常情况下,在串行通信中根据信息传送的格式分为:通常情况下,在串行通信中根据信息传送的格式分为:异步串异步串行通信和同步串行通信行通
3、信和同步串行通信。在在80C51单片机中主要使用异步串行通信方式。单片机中主要使用异步串行通信方式。同步通信方式是以数据块的方式传送的,数据传输率高,适合高同步通信方式是以数据块的方式传送的,数据传输率高,适合高速率、大容量的数据通信。同步通信在数据开始处用速率、大容量的数据通信。同步通信在数据开始处用12个同步字个同步字符来指示。同步通信中,由同一频率的时钟脉冲来实现发送和接收符来指示。同步通信中,由同一频率的时钟脉冲来实现发送和接收的同步。在发送时要插入同步字符,接收端在检测到同步字符后,的同步。在发送时要插入同步字符,接收端在检测到同步字符后,就开始接收任意位的串行数据,如图就开始接收任
4、意位的串行数据,如图5-1所示。同步通信具有较高的所示。同步通信具有较高的传输速率,通常在几十至几百千波特,但对硬件要求较高。传输速率,通常在几十至几百千波特,但对硬件要求较高。图图5-1 5-1 同步通信原理图同步通信原理图第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术异步通信中,是以字符为单位传送的,数据传送可靠性高,适合低速通信的场合。异步通信用起始位异步通信用起始位“0”表示字符的开始,然后从表示字符的开始,然后从低低位到高位逐位传送数据,最后用停止位位到高位逐位传送数据,最后用停止位“1”表示字符的结束表示字符的结束。一个字符又称为一帧信息。在异步通信中
5、,对字符的编码形式规定位:每个串行字符由4个部分组成:1个起始位、58个数据位、1个奇偶校验位以及12个停止位。在帧格式中,一个字符由起始位“0”开始,到停止位结束,两相邻字符帧之间可以无空闲位,也可以有若干空闲位,这由用户根据需要决定。如图5-2所示。图图5-2 5-2 异异步步通通信信字字符符帧帧格格式式第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 在异步通信中,发送方和接收方必须保持相同的波特率(Baud Rate)才能实现正确的数据传送。波特率是串行通信的重要指标,用于表征数据传输的速度,波特率是指单位时间内传送的信息量,即每秒钟传送的二进制位数(亦称比
6、特数),单位是是bit/s,即位,即位/秒秒。波特率越高,数据传输速度波特率越高,数据传输速度越快,但和字符的实际传输速率不同越快,但和字符的实际传输速率不同。字符的传输速率是指每秒内所传送字符帧数,和字符帧格式有关。例如:在异步通信中使用1位起始位,8位数据位,无奇偶校验位,1位停止位,即一帧数据长度为10bit,如果要求数据传送的速率是1秒传送120帧字符,则传送波特率为1200波特。常用的标准波特率是:110波特、300波特、600波特、1200波特、l800波特、2400波持、4800波特、9600波特和19200波特。第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串
7、行接口技术5.1.2 5.1.2 串行通信制式串行通信制式 在串行通信中,数据通常在发送器和接收器(如在串行通信中,数据通常在发送器和接收器(如A A和和B B)之间进)之间进行双向传送。这种传送根据需要又可分为单工通信、半双工通信行双向传送。这种传送根据需要又可分为单工通信、半双工通信和全双工通信。在和全双工通信。在80C5180C51单片机中使用全双工异步串行通信方式。单片机中使用全双工异步串行通信方式。图图5-3 5-3 串行通信数据传送方式串行通信数据传送方式第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 5.1.3 串行通信接口标准串行通信接口标准 从本
8、质说,通信是CPU于外部设备间交换信息的一种方式。所有的串行通信接口电路都是以并行数据形式与CPU连接、而以串行数据形式与外部设备进行数据传送。它们的基本功能都是从外部设备接收串行数据,转换为并行数据后传送给CPU;或从CPU接收并行数据,转换成串行数据后输出给外部设备。能够实现异步通信的硬件电路称为UART(Universal Asynchronous Receive/Transmitter),即通用异步接收器/发送器;能够实现同步通信的硬件电路称为USRT(Universal Synchronous Receive/Transmitter)。所谓接口标准,就是明确的定义若干条信号线,使接口
9、电路标准化、通用化。采用标准接口,可以方便地把计算机、外部设备和测量仪器等有机的联系起来,并实现其间的通信。在单片机控制系统中,常用的串行通信接口标准有:RS-232C、RS-449、RS-422A、RS-423A、RS-485、20mA电流环、USB、IIC及SPI等总线接口标准。第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 5.2.1 80C51的串行接口的结构的串行接口的结构 MCS-51单片机通过串行数据接收引脚串行数据接收引脚RXD(P3.0)和串行数和串行数据发送引脚据发送引脚TXD(P3.1)与外界进行通信。串行口内有一个可直接寻址的专用寄存器-串
10、行口缓冲寄存器串行口缓冲寄存器SBUF,SBUF由两个寄存器组成:一个发送寄存器、一个接收寄存器,两者共用一个物理地一个发送寄存器、一个接收寄存器,两者共用一个物理地址址99H,可同时发送、接收数据,可同时发送、接收数据,CPU写写SBUF,就是修改发送寄,就是修改发送寄存器存器,读读SBUF就是读接收寄存器就是读接收寄存器。其内部结构功能如图5-12所示。接收寄存器是双缓冲的,以避免在接收下一帧数据之前,CPU未能及时响应串口接收中断,没有把上一帧数据读走,产生两帧数据重叠的情况。发送寄存器没有采用双缓冲结构,因为发送数据是由CPU控制的,在用户编程时,必须避免产生写重叠情况,即在用户程序中
11、必须等数据发送完毕后才能发送下一个数据。图5-12 80C51串行口结构框图5.2 80C51的串行接口及工作方式的串行接口及工作方式第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 5.2.2 80C51的串行接口的控制寄存器的串行接口的控制寄存器 单片机串行接口是可编程的接口,在使用其串行接口时,必须先对串行口控制寄存器(SCON)和电源及波特率选择寄存器(PCON)进行初始化。1、SCON串行口控制寄存器串行口控制寄存器 SCON是一个特殊功能寄存器,用于设定串行接口的工作方式,字节地址位98H,具有位寻址能力。各位的功能如下:SM0、SM1为工作方式选择位。
12、为工作方式选择位。80C51串行口有四种工作方式,如表串行口有四种工作方式,如表5-2所示。所示。第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 RI为接收中断标志位:在方式0下,当接收到第8位数据,或在其他3种方式下接收停止位的一半(与SM2的设置有关)时,由硬件置位由硬件置位。RI=1时,表示一帧数据接收完成。RI被置位后可向CPU产生中断请求,也可供软件查询。RI必须用必须用CLR指令复指令复位位。TI为发送中断标志位:在方式0下,当发送第8位数据结束,或在其他3种方式下发送停止位时,由硬件置位由硬件置位。TI=1时,表示一帧数据发送完成。TI被置位后可向C
13、PU产生中断请求,也可供软件查询。TI必须用必须用CLR指令复位指令复位。RB8为帧接收标志位:在方式2、方式3下为接收数据的第9位,它可以是奇偶校验位,也可以作为多机通信控制位,用于判定该字符所代表的信息(地址或数据等)。在方式1下,若SM2=0,RB8位为接收到的停止位。在方式0下,该位不用。TB8为帧发送标志位:方式2、方式3下为要发送数据的第9位,由软件置位或复位由软件置位或复位,表示奇偶校验位,也可以作为多机通信控制位,用于判定该字符所代表的信息(地址或数据等)。在方式0和方式1下,该位不用。第第5 5章章 80C5180C51单片机的串行接口技术单片机的串行接口技术 REN为串行口
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