单片机串行接口 (2)PPT课件
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《单片机串行接口》课件
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CONTENTS
• 单片机串行接口概述 • 单片机串行接口的硬件结构 • 单片机串行接口的编程实现 • 单片机串行接口的调试与测试 • 单片机串行接口的应用实例
01
CHAPTER
单片机串行接口概述
定义与特点
定义：单片机串行接口是指单片机与其 他设备或系统之间进行串行通信的接口 。
示波器
用于测量信号的波形和参数，如电压、频率等。
逻辑分析仪
用于分析单片机的串行接口信号，以便于调试和 测试。
串行接口的性能评估
传输速率
评估串行接口的传输速度，确保满足应用需 求。
误码率
评估数据传输的准确性，确保数据传输无误 码。
兼容性
评估串行接口与其他设备的兼容性，以便于 与其他设备进行通信。
05
串行接口的中断处理
中断请求
当串行接口接收到数据或发生错误时，会产生 中断请求信号。
中断服务程序
在中断服务程序中，根据中断类型执行相应的 处理操作，如数据接收或错误处理。
中断优先级
根据实际情况，为不同的中断类型分配不同的优先级，以确保重要中断得到及 时处理。
04
CHAPTER
单片机串行接口的调试与测 试
为了提高数据传输的准确性，可以选择奇校验或偶校 验方式。
串行数据的发送与接收
发送数据
将要发送的数据按照串行 协议打包，并通过串行接 口发送出去。
接收数据
从串行接口接收数据，并 根据协议进行解析，提取 出有用的信息。
数据缓冲
为了提高数据传输的效率 ，可以设置数据缓冲区， 以暂存待发送或待处理的 数据。
单片机串行接口的硬件结构
串行接口的电路组成
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• 单片机串行接口概述 • 单片机串行接口的硬件结构 • 单片机串行接口的编程实现 • 单片机串行接口的调试与测试 • 单片机串行接口的应用实例
01
CHAPTER
单片机串行接口概述
定义与特点
定义：单片机串行接口是指单片机与其 他设备或系统之间进行串行通信的接口 。
示波器
用于测量信号的波形和参数，如电压、频率等。
逻辑分析仪
用于分析单片机的串行接口信号，以便于调试和 测试。
串行接口的性能评估
传输速率
评估串行接口的传输速度，确保满足应用需 求。
误码率
评估数据传输的准确性，确保数据传输无误 码。
兼容性
评估串行接口与其他设备的兼容性，以便于 与其他设备进行通信。
05
串行接口的中断处理
中断请求
当串行接口接收到数据或发生错误时，会产生 中断请求信号。
中断服务程序
在中断服务程序中，根据中断类型执行相应的 处理操作，如数据接收或错误处理。
中断优先级
根据实际情况，为不同的中断类型分配不同的优先级，以确保重要中断得到及 时处理。
04
CHAPTER
单片机串行接口的调试与测 试
为了提高数据传输的准确性，可以选择奇校验或偶校 验方式。
串行数据的发送与接收
发送数据
将要发送的数据按照串行 协议打包，并通过串行接 口发送出去。
接收数据
从串行接口接收数据，并 根据协议进行解析，提取 出有用的信息。
数据缓冲
为了提高数据传输的效率 ，可以设置数据缓冲区， 以暂存待发送或待处理的 数据。
单片机串行接口的硬件结构
串行接口的电路组成
单片机串行通讯及其接口PPT课件
A 发送端
接收端
数据流 B
K
K
通信链路
发送端 接收端
两个串行通信设备之间只有一条数据线，数据传输 可以沿两个方向，但需要分时进行。
.
15
3）全双工方式：数据可同时在两个方向上传送。
3种方式中， 1）全双工方式的效率最高； 2）半双工方式配置和编程相对灵活，传输成本较低 ； 3）串行通信设备常选用半双工方式。
如果SM2=0，则不论第9位数据是“1”还是“0”，都将前 8位数据送入SBUF中，并置“1” RI，产生中断请求。
方式1时，如果SM2=1，则只有收到停止位时才会激活 RI，没有收到有效的停止位时，RI清0。
方式0时，SM2必须为0。
.
35
（3）REN——允许串行接收位 由软件置“1”或清“0”。
.
10
2. 校验和方法
特点：校验和方法效率更高，可靠性更高。
.
11
2、同步通信
同步通信是一种数据连续传输的串行通信方式， 通信时发送方把需要发送的多个字节数据和校验信息 连接起来，组成数据块。
发送时，发送方只需在数据块前插入1～2个特殊 的同步字符，然后按特定速率逐位输出(发送)数据块 内的各位数据。
.
13
Байду номын сангаас
9.1.1.3 串行通信方式
1）单工方式：这种方式只允许数据按一个固定 的方向传输。
A 发送端
数据流 通信链路
B 接收端
数据传输仅能从发送设备传输到接收设备。
.
14
2）半双工方式：数据可以从A发送到B，也可以 由B发送到A。但A、B之间只有一根传输线，因此同 一时刻只能作一个方向的传送。其传送方向由收发 控制开关K切换。平时一般让A、B方都处于接收状 态，以便能够随时响应对方的呼叫。
51单片机-串行口ppt课件
为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。
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21
8.2.2 80C51串行口的控制寄存器
SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工 作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：
SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：
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22
●SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。 当接收机的SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否 激活RI（RB8＝0时不激活RI，收到的信息丢弃； RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并激活RI，进而在 中断服务中将数据从SBUF读走）。当SM2=0时，不 论收到的RB8为0和1，均可以使收到的数据进入 SBUF，并激活RI（即此时RB8不具有控制RI激活的 功能）。通过控制SM2，可以实现多机通信。
起 空始 闲位
一个字符帧 数据位
校停 验止 位位
空 下一字符 闲 起始位
LSB
MSB
异步通信的特点：不要求收发双方时钟的
严格一致，实现容易，设备开销较小，但 每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧 之间还有间隔，因此传输效率不高。
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9
2、同步通信
同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制， 使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均 为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即 保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方 的同步可以通过两种方法实现。
波特率=2SMOD/32×T1的溢出率 = 2SMOD × fosc/[ 32 × 12×（2K-初值）]
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19
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3、传输距离与传输速率的关系
串行接口或终端直接传送串行信息位流的
单片机串行通讯及其接口PPT共105页
单片机串行通讯及其接口
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
Байду номын сангаас
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
Байду номын сангаас
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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第6章 AT89S52单片机串行口(2)
10
【例6-3】 若时钟频率为11.0592MHz，选用T1的方式2 定时作为波特率发生器，波特率为2 400bit/s，求初值。 设T1为方式2定时，选SMOD = 0。 将已知条件带入式（7-3）中
波特率 =
2SMOD
fosc
32 12 (256 X )
= 2400
从中解得X = 244 = F4H。
21
2分频 TR2=1
时钟信号发生器
2分频
图6-23 T2时钟输出和外部事件计数方式示意图
22
由主振频率fosc和T2定时、自动装载方式的计数初值决定时 钟信号的输出频率,其设置公式如下：
主振频率（fosc）设定后，时钟信号输出频率就取决于计数 初值的设定。 在时钟输出模式下，计数器回0溢出不会产生中断请求。这 种功能相当于T2用作波特率发生器，同时又可用作时钟发生器。
20
6.5.4 定时器/计数器T2的可编程时钟输出 定时器/计数器T2还可通过软件编程在P1.0引脚输出时钟信 号。P1.0除用作通用I/O引脚外还有两个功能可供选用： 用于定时器/计数器2的外部计数输入和频率从61Hz至4MHz的 时钟信号输出。 通过软件对T2CON.1位C/复位为0，对T2MOD.1位T2OE置1 就可将T2选定为时钟信号发生器，而T2CON.2位TR2控制时钟 信号输出开始或结束（TR2为启动/停止控制位）。
两条线上传输的信号电平，当一个表示逻辑“1”时，另一 条一定为逻辑“0”。若传输中，信号中混入干扰和噪声 （共模形式），由于差分接收器的作用，就能识别有用信号 并正确接收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。
32
RS-422A能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输 率为10Mbit/s，电缆允许长度为12m，如果采用较低传输速 率时，最大传输距离可达1219m。 为了增加通信距离，可采用光电隔离，利用RS-422A标准 进行双机通信的接口电路如图6-27所示。
【例6-3】 若时钟频率为11.0592MHz，选用T1的方式2 定时作为波特率发生器，波特率为2 400bit/s，求初值。 设T1为方式2定时，选SMOD = 0。 将已知条件带入式（7-3）中
波特率 =
2SMOD
fosc
32 12 (256 X )
= 2400
从中解得X = 244 = F4H。
21
2分频 TR2=1
时钟信号发生器
2分频
图6-23 T2时钟输出和外部事件计数方式示意图
22
由主振频率fosc和T2定时、自动装载方式的计数初值决定时 钟信号的输出频率,其设置公式如下：
主振频率（fosc）设定后，时钟信号输出频率就取决于计数 初值的设定。 在时钟输出模式下，计数器回0溢出不会产生中断请求。这 种功能相当于T2用作波特率发生器，同时又可用作时钟发生器。
20
6.5.4 定时器/计数器T2的可编程时钟输出 定时器/计数器T2还可通过软件编程在P1.0引脚输出时钟信 号。P1.0除用作通用I/O引脚外还有两个功能可供选用： 用于定时器/计数器2的外部计数输入和频率从61Hz至4MHz的 时钟信号输出。 通过软件对T2CON.1位C/复位为0，对T2MOD.1位T2OE置1 就可将T2选定为时钟信号发生器，而T2CON.2位TR2控制时钟 信号输出开始或结束（TR2为启动/停止控制位）。
两条线上传输的信号电平，当一个表示逻辑“1”时，另一 条一定为逻辑“0”。若传输中，信号中混入干扰和噪声 （共模形式），由于差分接收器的作用，就能识别有用信号 并正确接收传输的信息，并使干扰和噪声相互抵消。
32
RS-422A能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输 率为10Mbit/s，电缆允许长度为12m，如果采用较低传输速 率时，最大传输距离可达1219m。 为了增加通信距离，可采用光电隔离，利用RS-422A标准 进行双机通信的接口电路如图6-27所示。
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停起
数
止始
据
位 位 LSB
位
奇 停起 数 偶 止始 据 MSB位 位 位 位
1/0 1 0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1 0 1/0 1/0 1/0
一帧数据 第n个字符
第n+1个字符
起始位： 为逻辑“0”信号，占用一位，用来通 知 接收设备，一个新的字符开始了
移位寄存器输入输出方式，可外接移位寄存器，以 扩展I/O口
方式0的波特率为: 波特率=fosc/12
⑴方式0 发送
数据输出
RXD
8051
TXD
移位脉冲
74LS164
3 4 5 6 10 11 12 13
D7
D0
方式0扩展I/O口硬件逻辑图
串入并出扩展输 出端口
一个数据写入SBUF，串口将数据从RXD输出 （波特率fosc/12），TXD输出同步移位信号， 发送完后TI自动置1，必须由软件清TI位。
在51单片机中，方式0采用固定波特率方式，方式 1为可变波特率方式，通常是由T1定时器溢出作为 波特率发生器的。
双机异步串行通信的几种不同接口方式。
1）单片机双机直连（TTL电平，仅适用于很短通信
距离和较低波特率，连接如下图
双机直连
RXD TXD GND
甲
RXD TXD GND
乙
2）RS-232串行接口
国际电子工业协会(EIA)制定RS-232串行通信接 口标准，规定如下：
TXD,RXD信号：逻辑1=-3～-15V，逻辑 0=+3～+15V，RS-232C最大通信距离在15m 左右，PC机串口即是一个标准RS-232口
RXD TXD GND 甲
PC机RS-232C DB9串行口引脚
232 电平 转换
GND
232 电平 转换
RS-232C双机通信
RXD TXD GND
乙
RS-232电平和单片机TTL电平间需要电平转换 芯片接口，常用的是MAX232.
485、422串行通信接口（*仅做了解*）
为进一步提高串行通信的距离，采用差分输出 驱动方式可以有效大幅提高可靠通信距离，即 485通信方式，其中485为半双工，422为全双 工通信方式，接口方式和常用芯片如下：
数据位： 5～8位。数据的最低位在前，最高位在后。
奇偶位： 紧跟在最高位之后，占用一位，奇偶校 验时，根据协议置“1”或“0”
停止位： 为逻辑“1”信号，占用1位或2位，当接 收端收到停止位时，表示一帧数据结束。
2.波特率（Baud rate)：简单理解为每秒 钟一根串行线路上可以传输的二进制数据 位数，如PC机串行口常见的波特率值： 600，1200，2400，4800，9600， 19200……
串行通信：数据在一根线路上按照位的先后顺序一 位一位的传送。
特点：占用线路少，硬件接口简单，比较适合长距 离传输，一般比并行通信方式略慢。串行通信需要 定义专门的通信协议。
基本的串行通信方式有同步通信和异步通信两种。
串行通信中的数据是按帧（Frame）进行传输。
通信方向：异步串行通信的三种工作方式：
比特率（bps，bit per second)：指每秒 钟能够传输的有效二进制位数。例如某设 置中一帧数据为10位，其中有效字节位数 为8位，波特率为9600，则比特率 =8×9600/10=7680 bps
波特率发生器：
串行通信中数据是按照一定的时钟频率按位向外一 位一位移入移出内部移位寄存器的，用于产生该移 位时钟的电路叫波特率发生器。
⑵方式0 接收数据输入Fra bibliotekRXD
8051
TXD
移位脉冲
74LS165
11 12 13 14 3 4 5 6
D7
D0
并入串出扩展输 入端口
方式0扩展I/O口硬件逻辑图
REN置1，串口将数据从RXD输入 （波特率fosc/12），TXD输出同步移位信号， 一个字符数据接收完RI置1，必须软件清RI位
单工、半双工、全双工（p133. 图8-2）
：指通信双方为确保通信成功而订立并共同遵守的 通信约定，主要包括数据帧格式，时钟速率，检查 纠错方式。各种串行通信方式都必须严格遵守其通 信协议才能保证通信的正确性。
1. 异步传送方式中的帧数据格式
一帧数据： 一个字符在异步传送中称为一帧数据
一帧数据由4部分组成： 起始位、数据位、奇偶位、停止位
*TB8: 在方式2和方式3中要发送的第9位数据，需 要时由软件置位或复位
*RB8: 在方式2和方式3中要接收的第9位数据，在 方式1时，如SM2=0，RB8是接收到的停止 位。在方式0中，不使用RB8
TI: 发送中断标志。在方式0串行发送第8位结束时由 硬件置“1”，或在其他方式中串行发送停止位的 开始时置“1”，必须由软件清“0”
SM0、SM1：串行口工作方式选择位，如表6-3所示 串行口工作方式
SM0 SM1
00 01 10 11
方式 0 1 2 3
功能
移位寄存器方式（用于I/O扩展） 8位UART，波特率可变 9位UART，波特率为fosc/32或fosc/64 9位UART，波特率可变
REN: 允许接收控制位。由软件置“1”时，允许接收， 置“0”时，禁止接收
接收缓冲器：只能读出不能写入 二者共用一个地址99H
2、串行口控制寄存器
字节地址为98H，可位寻址，位地址为98H～9FH
D7
D0
SCON (98H) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
D7
D0
SCON (98H) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
RI: 接收中断标志。在方式0串行发送第8位结束时 由硬件置“1”，或在其他方式中串行发送停止 位的开始时置“1”，必须由软件清“0”
3、特殊功能寄存器PCON 其字节地址87H，没有位寻址功能。
PCON （87H）
SMOD
SMOD：波特率选择位。SMOD=1时，波特率加倍
三、串行口工作方式
1、方式0
RXD TXD GND
甲
485/ 422 芯片
485/ 422 芯片
485串行通信
RXD TXD GND
乙
发送
接收
485半双工通信接口示意图和真值表
488全双工串行接口（*仅做了解*)
二 MCS-51单片机串行口结构 1、数据缓冲器SBUF 包括物理上独立的发送缓冲器、接收缓冲器 发送缓冲器：只能写入不能读出