C51的串行通信.ppt
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1、第第6 6章章 80C5180C51的串行通信接口的串行通信接口主要内容:主要内容:n串行接口技串行接口技术及其与外及其与外设连接接教学建议教学建议u串行接口串行接口扩展外展外设是嵌入式系是嵌入式系统应提倡的理念。提倡的理念。u需要指出的是,需要指出的是,这些接口知些接口知识具有具有普遍意普遍意义,在其他,在其他类型的嵌入式系型的嵌入式系统里同里同样有用。有用。教学目的教学目的通过本章学习:通过本章学习:u了解嵌入式系统接口技术的概念了解嵌入式系统接口技术的概念u熟悉和掌握串行接口扩展外设的思熟悉和掌握串行接口扩展外设的思想和方法想和方法 6.1 80C516.1 80C51的通信接口技术的通
2、信接口技术 u在计算机系统中,在计算机系统中,CPU和外部通信有两种通信和外部通信有两种通信方式:并行通信和串行通信。方式:并行通信和串行通信。并行通信,即数据的各位同时传送;并行通信,即数据的各位同时传送;串行通信,即数据一位一位顺序传送。串行通信,即数据一位一位顺序传送。8.2.1 8.2.1 串行通讯的基本知识串行通讯的基本知识图图6.1 6.1 两种通信方式的示意图两种通信方式的示意图n n特点特点u并行通信:并行通信:需要多根传输线需要多根传输线传输速度快,传输速度快,但传输线数量多,成本高,适合近距离传输。但传输线数量多,成本高,适合近距离传输。u串行通信:串行通信:传输数据的各位
3、在一条传输线上传送,能够节省传传输数据的各位在一条传输线上传送,能够节省传输线,输线,在数据位数很多且远距离数据传送时,比较经济;在数据位数很多且远距离数据传送时,比较经济;缺点是传送速度比并行通信要慢。缺点是传送速度比并行通信要慢。1.1.串行通信的分串行通信的分类u按照串行数据的时钟控制方式,串行通信可分按照串行数据的时钟控制方式,串行通信可分为同步通信为同步通信和和异步通信异步通信两类。两类。u异步通信(异步通信(AsynchronousCommunication)在异步通信中,数据通常是以字符为单位组成字符在异步通信中,数据通常是以字符为单位组成字符帧传送的。帧传送的。字符帧由发送端一
4、帧一帧地发送,每一帧数据是低字符帧由发送端一帧一帧地发送,每一帧数据是低位在前,高位在后,通过传输线被接收端一帧一帧位在前,高位在后,通过传输线被接收端一帧一帧地接收。地接收。发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据发送端和接收端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接收,这两个时钟彼此独立,互不同步。的发送和接收,这两个时钟彼此独立,互不同步。uu字符字符字符字符帧帧(CharacterFrameCharacterFrame)字符帧也叫数据帧,由起始位、数据位、奇偶校验位字符帧也叫数据帧,由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等四部分组成和停止位等四部分组成图图6.2 6.2 异步通信的字
5、符帧格式异步通信的字符帧格式 uu字符字符字符字符帧帧(CharacterFrameCharacterFrame)格式)格式)格式)格式起始位:起始位:位于字符帧开头,只占一位,低电平,用于位于字符帧开头,只占一位,低电平,用于向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。向接收设备表示发送端开始发送一帧信息。数据位:数据位:紧跟起始位之后,用户根据情况可取紧跟起始位之后,用户根据情况可取5位、位、6位、位、7位或位或8位,低位在前、高位在后。位,低位在前、高位在后。奇偶校验位:奇偶校验位:位于数据位之后,仅占一位,用来表征位于数据位之后,仅占一位,用来表征串行通信中是采用奇校验还是偶校验。串行通信中
6、是采用奇校验还是偶校验。停止位:停止位:位于字符帧最后,高电平。通常可取位于字符帧最后,高电平。通常可取1位、位、1.5位或位或2位,用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完,位,用于向接收端表示一帧字符信息已经发送完,也为发送下一帧做准备。也为发送下一帧做准备。在串行通信中,两相邻字符帧之间可以没有空闲位,在串行通信中,两相邻字符帧之间可以没有空闲位,也可以有若干空闲位,这由用户来决定。也可以有若干空闲位,这由用户来决定。uu波特率(波特率(波特率(波特率(baudratebaudrate)波特率为每秒钟传送二进制数码元的数目。波特率用波特率为每秒钟传送二进制数码元的数目。波特率用于表征数据传
7、输的速度,波特率越高,数据传输速度于表征数据传输的速度,波特率越高,数据传输速度越快;越快;波特率和字符的实际传输速率不同,字符的实际传输波特率和字符的实际传输速率不同,字符的实际传输速率是每秒内所传字符帧的帧数,和字符帧格式有关。速率是每秒内所传字符帧的帧数,和字符帧格式有关。通常,异步通信的波特率为通常,异步通信的波特率为50-9600bit/s。异步通信的优点是不需要传送同步时钟,字符帧长度异步通信的优点是不需要传送同步时钟,字符帧长度不受限制,故设备简单。缺点是字符帧中因包含起始不受限制,故设备简单。缺点是字符帧中因包含起始位和停止位而降低了有效数据的传输效率。位和停止位而降低了有效数
8、据的传输效率。uu同步通信(同步通信(同步通信(同步通信(SynchronousCommunicationSynchronousCommunication)同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式,一次同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式,一次通信只传输一帧信息。这里的信息帧和异步通信的字通信只传输一帧信息。这里的信息帧和异步通信的字符帧不同,通常有若干个数据字符。符帧不同,通常有若干个数据字符。图图6.3 6.3 同步通信的字符帧格式同步通信的字符帧格式2.串行通信的制式串行通信的制式n在串行通信中数据是在两个站之间进行传送的,在串行通信中数据是在两个站之间进行传送的,按照数据传送方向,
9、串行通信可分为:按照数据传送方向,串行通信可分为:单工(单工(simplex)半双工(半双工(halfduplex)全双工(全双工(fullduplex)三种制式。)三种制式。图图6.4 6.4 单工、半双工和全双工三种制式示意图单工、半双工和全双工三种制式示意图3.串行通信的接口串行通信的接口电路路u能够完成异步通信的硬件电路称为能够完成异步通信的硬件电路称为UART,即,即通用异步接收器通用异步接收器/发送器(发送器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter););u能够完成同步通信的硬件电路称为能够完成同步通信的硬件电路称为USRT(Univer
10、salSynchronousReceiver/Transmitter););u既能够完成异步又能同步通信的硬件电路称为既能够完成异步又能同步通信的硬件电路称为USART(UniversalSynchronousAsynchronousReceiver/Transmitter)。)。4.串行通信串行通信总线标准及其接口准及其接口uRS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会(总线标准。它是美国电子工业协会(EIA)1962年公年公布、布、1969年最后修定而成的。其中年最后修定而成的。其中RS表示表示Recommende
11、dStandard,232是该标准的标识号,是该标准的标识号,C表示最后一次修定。表示最后一次修定。uRS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备(备(DTE)和数据电路终接设备()和数据电路终接设备(DCE)之间的电气)之间的电气性能。性能。uRS-232C串行接口总线适用于:设备之间的通信距离串行接口总线适用于:设备之间的通信距离不大于不大于15米,传输速率最大为米,传输速率最大为20kB/s。(1)RS-232C(1)RS-232C信息格式信息格式信息格式信息格式标标准准准准RS-232C采用串行格式,该标准规定:信息的开始为采用串行格式,
12、该标准规定:信息的开始为起始位,信息的结束为停止位;信息本身可以是起始位,信息的结束为停止位;信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶位。如果两个信息之间无信息,位再加一位奇偶位。如果两个信息之间无信息,则写则写“1”,表示空。,表示空。图图6.5 RS-232C6.5 RS-232C信息格式信息格式(2)RS-232C(2)RS-232C电电平平平平转换转换器器器器RS-232CRS-232C规定了自己的电气标准,由于它是在规定了自己的电气标准,由于它是在TTLTTL电路电路之前研制的,所以它的电平不是之前研制的,所以它的电平不是+5V+5V和地,而是采用负和地,而是采用负逻辑,即:逻辑,
13、即:逻辑逻辑“0”:+5V-+15V逻辑逻辑“1”:-5V-15V因此,因此,RS-232CRS-232C不能和不能和TTLTTL电平直接相连,使用时必须电平直接相连,使用时必须进行电平转换,否则将使进行电平转换,否则将使TTLTTL电路烧坏。电路烧坏。常用的电平转换集成电路是传输线驱动器常用的电平转换集成电路是传输线驱动器MC1488MC1488和传和传输线接收器输线接收器MC1489MC1489。(3)RS-232C(3)RS-232C总线规总线规定定定定RS-232CRS-232C标准总线为标准总线为2525根,采用标准的根,采用标准的D D型型2525芯插头座。芯插头座。与与PCPC机
14、联机通信时一般采用机联机通信时一般采用9 9针的接插件将串行口的信针的接插件将串行口的信号送出。号送出。接插件的引脚信号如表接插件的引脚信号如表6.16.1所示。所示。表表表表6.1 6.1 6.1 6.1 接插件的引脚信号接插件的引脚信号接插件的引脚信号接插件的引脚信号DB-9信号名称信号名称方向方向含含义义3TXD输出输出数据发送端数据发送端2RXD输入输入数据接收端数据接收端7RTS输出输出请求发送(计算机要求发送数据)请求发送(计算机要求发送数据)8CTS输入输入清除发送(清除发送(MODEM准备接收数据)准备接收数据)6DSR输入输入数据设备准备就绪数据设备准备就绪5SG-信号地信号
15、地1DCD输入输入数据载波检测数据载波检测4DTR输出输出数据终端准备就绪(计算机)数据终端准备就绪(计算机)9RI输入输入响铃指示响铃指示uu在在在在计计算机算机算机算机进进行串行通信行串行通信行串行通信行串行通信时时,选择选择接口接口接口接口标标准必准必准必准必须须注意注意注意注意以下两点:以下两点:以下两点:以下两点:通信速度和通信距离通信速度和通信距离通常的标准串行接口,都有满足可靠传输时的最大通通常的标准串行接口,都有满足可靠传输时的最大通信速度和传送距离指标,但这两个指标具有相关性,信速度和传送距离指标,但这两个指标具有相关性,适当降低传输速度,可以提高通信距离。适当降低传输速度,
16、可以提高通信距离。抗干扰能力抗干扰能力通常选择的标准接口,在保证不超过其使用范围时都通常选择的标准接口,在保证不超过其使用范围时都有一定的抗干扰能力,以保证可靠的信号传输。但在有一定的抗干扰能力,以保证可靠的信号传输。但在一些工业测控系统,通信环境十分恶劣,因此在通信一些工业测控系统,通信环境十分恶劣,因此在通信介质选择、接口标准选择时,要充分考虑抗干扰能力,介质选择、接口标准选择时,要充分考虑抗干扰能力,并采取必要的抗干扰措施。并采取必要的抗干扰措施。6.2 80C516.2 80C51的串行接口的串行接口n80C51内部有一个可编程全双工串行通信接口,内部有一个可编程全双工串行通信接口,它
17、具有它具有UART的全部功能;的全部功能;n该接口不仅可以同时进行数据的接收和发送,该接口不仅可以同时进行数据的接收和发送,也可做同步移位寄存器使用;也可做同步移位寄存器使用;n该串行口有该串行口有4种工作方式,帧格式有种工作方式,帧格式有8位、位、10位位和和11位,波特率可由软件设置,由片内的定时位,波特率可由软件设置,由片内的定时/计数器产生。计数器产生。1.80C51串行口串行口结构构n80C51内内部部有有两两个个独独立立的的接接收收、发发送送缓缓冲冲器器SBUF,SBUF属于特殊功能寄存器。属于特殊功能寄存器。n发发送送缓缓冲冲器器只只能能写写入入不不能能读读出出,接接收收缓缓冲冲
18、器器只只能能读读出出不不能能写写入入,二二者者共共用用一一个个字字节节地地址址(99H)。)。图图6.6 6.6 串行口结构示意图串行口结构示意图n n与与与与80C5180C51串行口有关的特殊功能寄存器串行口有关的特殊功能寄存器串行口有关的特殊功能寄存器串行口有关的特殊功能寄存器u串行口数据缓冲器串行口数据缓冲器SBUF分为发送分为发送SBUF和接收和接收SBUF,两个在物理上独立,两个在物理上独立发送发送SBUF用于存放待发送的用于存放待发送的8位数据,写入位数据,写入SBUF将同将同时启动发送;时启动发送;接收接收SBUF存放已接收成功的存放已接收成功的8位数据,供位数据,供CPU读取
19、。读取。SBUF,SCON,PCONuu串行口数据缓冲器串行口数据缓冲器SBUF两个两个SBUF共用一个地址共用一个地址99H,通过读、写指令来区别,通过读、写指令来区别对接收或发送缓冲器所进行的操作;对接收或发送缓冲器所进行的操作;*写数据到发送写数据到发送SBUF指令:指令:MOVMOV SBUFSBUF,A A*读取接收读取接收SBUF数据指令:数据指令:MOVMOV A A,SBUFSBUFCPU在写在写SBUF时,就是修改发送缓冲器;时,就是修改发送缓冲器;读读SBUF时,就是读接收缓冲器的内容。时,就是读接收缓冲器的内容。uu串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON位地址位地址9F
20、H9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符号位符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI特殊功能寄存器特殊功能寄存器SCON用来控制串行口的工作方式和用来控制串行口的工作方式和状态,由软件设置单片机用何种工作方式;状态,由软件设置单片机用何种工作方式;该寄存器字节地址为该寄存器字节地址为98H,可以位寻址;,可以位寻址;单片机复位时,所有位全为单片机复位时,所有位全为0。图图6.7 SCON6.7 SCON的各位定义的各位定义uuSCON的各位的说明:的各位的说明:SM0SM1工作方式工作方式功能功能波特率波特率00方式方式08位同步移位寄存位同步移位寄存器器fosc/1201方式
21、方式110位位UART可变可变10方式方式211位位UARTfosc/64或或fosc/3211方式方式311位位UART可变可变pSM0、SM1:串行方式选择位。串行方式选择位。表表6.2 SM06.2 SM0、SM1SM1的功能定义的功能定义uuSCON的各位的说明(续):的各位的说明(续):pSM2:多机通信控制位多机通信控制位用于方式用于方式2和方式和方式3中中在方式在方式2和方式和方式3处于接收时,若处于接收时,若SM2=1,且接收到的且接收到的第第9位数据位数据RB8为为0时,不激活时,不激活RI;若若SM2=1,且,且RB8=1时,则置时,则置RI=1;在方式在方式2、3处于接收
22、或发送方式,若处于接收或发送方式,若SM2=0,不论接,不论接收到第收到第9位位RB8为为0还是为还是为1,TI,RI都以正常方式被都以正常方式被激活;激活;在方式在方式1处于接收时,若处于接收时,若SM2=1,则只有收到有效的,则只有收到有效的停止位后,停止位后,RI置置1;在方式在方式0中,中,SM2应为应为0。uuSCON的各位的说明(续):的各位的说明(续):pREN:允许串行接收位允许串行接收位由软件置位或清零;由软件置位或清零;REN=1时,允许接收;时,允许接收;REN=0时,禁止接收。时,禁止接收。pTB8:发送数据的第发送数据的第9 9位位在方式在方式2和方式和方式3中,由软
23、件置位或复位;中,由软件置位或复位;可做奇偶校验位。可做奇偶校验位。pRB8:接收数据的第接收数据的第9位位与与TB8相对应。相对应。uuSCON的各位的说明(续):的各位的说明(续):pTI:发送中断标志位发送中断标志位在方式在方式0中,发送完中,发送完8位数据后,由硬件置位;位数据后,由硬件置位;在其他方式中,发送停止位之初由硬件置位。因此在其他方式中,发送停止位之初由硬件置位。因此TI是发送完一帧数据的标志,可以用指令是发送完一帧数据的标志,可以用指令JBCTI,rel来来查询是否发送结束。查询是否发送结束。TI=1时,也可向时,也可向CPU申请中断,申请中断,响应中断后都必须由软件清除
24、响应中断后都必须由软件清除TI。pRI:接收中断标志位接收中断标志位在方式在方式0中,接收完中,接收完8位数据后,由硬件置位;位数据后,由硬件置位;在其他方式中,接收停止位的中间由硬件置位。在其他方式中,接收停止位的中间由硬件置位。同同TI一样,也可以通过一样,也可以通过JBCRI,rel来查询是否接收完来查询是否接收完一帧数据。一帧数据。RI=1时,也可申请中断,响应中断后都必须由软件清时,也可申请中断,响应中断后都必须由软件清除除RI。uu电源及波特率选择寄存器电源及波特率选择寄存器PCONPCON(87H)D7D6D5D4D3D2D1D0位符号位符号SMODGF1GF0PDIDLPCON
25、主要是为主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的型单片机的电源控制而设置的专用寄存器,不可位寻址,字节地址为专用寄存器,不可位寻址,字节地址为87H。在在HMOS的的8051单片机中,单片机中,PCON除了最高位以外大多除了最高位以外大多数位都未做定义。数位都未做定义。与串行通信有关的只有与串行通信有关的只有D7位(位(SMOD),该位为波特),该位为波特率倍增位率倍增位当当SMOD=1时,串行口波特率增加一倍时,串行口波特率增加一倍,当,当SMOD=0时,串行口波特率为设定值时,串行口波特率为设定值;当系统复位时,当系统复位时,SMOD=0。图图6.8 PCON6.8 PCON的各位定义
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- C51 串行 通信
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