单片机串行口.ppt
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1、第第七七章章 串行接口串行接口远程通信的必由之路第第7 7章章 串行接口串行接口 7.1 7.1 串行通信的基本概念串行通信的基本概念 7.2 单片机串行接口及控制寄存器单片机串行接口及控制寄存器 7.3 单片机串行口的工作方式单片机串行口的工作方式 7.4 串行口的应用串行口的应用 第7章 串行接口 MCS-51系列单片机内部有一个功能很强大的全双工异步串行通信接口,该串行口有4种工作方式,以供不同场合使用。波特率可由软件来设置,接收、发送均可工作于查询方式或中断方式,使用十分灵活。 串行口除了能构成双机或多机通信系统外,还可以非常方便地构成并行输入/输出接口,用于串并转换或用于驱动键盘和显
2、示器。 本章将介绍串行通信的概念及单片机串行接口的结构、原理及应用。7.1 串行通信的基本概念 7.1.1 数据通信的概念 计算机的CPU与外部设备之间、计算机与计算机之间的信息交换称为数据通信。基本的数据通信方式有两种,即并行通信和串行通信。 7.1.1 数据通信的概念 1并行通信 并行通信是数据的各位同时进行传送 (发送或接收)的通信方式。其优点是数据传送速度快;缺点是数据有多少位,就需要多少根传送线。 7.1.1 数据通信的概念 2串行通信 串行通信是数据的各位一位一位顺序传送的通信方式。其优点是数据传送线少(利用电话线就可作为传送线),这样就大大降低了传送成本,特别适用于远距离通信;其
3、缺点是传送速度较低。7.1.2 串行通信中数据的传输方式 串行通信中数据的传输方式有单工、半双工、全双工传输方式。 单工传输方式:数据只能单方向地从一端向另一端传送。 半双工传输方式:允许数据向两个方向中的任一方向传送,但每次只允许向一个方向传送。 全双工传输方式:允许数据同时双向传送。全双工通信效率最高,适用于计算机之间的通信。7.1.3 串行通信的两种基本通信方式 异步通信和同步通信 串行通信有两种基本通信方式,即同步通信方式和异步通信方式。1同步通信 在同步通信中,发送器和接收器由同一个时钟控制,如图7-1(a)所示。同步传送时,字符与字符之间没有间隙,也不用起始位和停止位,仅在要传送的
4、数据块开始传送前,用同步字符SYNC来指示,其数据格式如图7-1(b)示。 图同步通信和同步字符 同步传送的优点是可以提高传送速率,但硬件比较复杂。 2异步通信 在异步通信中,发送器和接收器均有各自时钟控制,如图7-2(a)所示。通信时,数据是一帧一帧 (包含一个字符代码或一字节数据)传送的,每一串行帧的数据格式如图7-2(b)所示。图异步通信和帧数据格式图异步通信和帧数据格式 在帧格式中,一个字符由四个部分组成:起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。即首先是一个起始位“0”,然后是数据位 (规定低位在前,高位在后),接下来是奇偶校验位 (可省略),最后是停止位“1”。7.1.4 串行通信的传送
5、速率1波特率 通信线路上传送的所有位信号都保持一致的信号持续时间,每一位的宽度都由数据传送速率确定,而传送速率是以每秒传送多少个二进制位来度量的,这个速率叫波特率,它的单位是位/秒(b/s或bps)。波特率对于CPU与外部的通信是很重要的。注意:波特率是衡量传输通道频宽的指标,与时钟频率有关,时钟频率越高,波特率越大。 2允许的波特率误差 假设传递的数据一帧为10位,若发送和接收的波特率达到理想的一致,那么接收方对数据的采样都将发生在每位数据有效时刻的中点。如果接收一方的波特率比发送一方大或小5%,那么对10位一帧的串行数据,时钟脉冲相对数据有效时刻逐位偏移,当接收到第10位时,积累的误差达5
6、0%,则采样的数据已是第10位数据的有效与无效的临界状态,这时就可能发生错位,所以5%是10位一帧串行传送的最大的波特率允许误差。7.1.5 串行通信中的校验 在通信过程中往往要对数据传送的正确与否进行校验。校验是保证准确无误传输数据的关键。常用的校验方法有奇偶校验、和校验等。1奇偶校验 奇偶校验是检验串行通信双方传输的数据正确与否的一个措施,并不能保证通信数据的传输一定正确。 换言之,如果奇偶校验发生错误,表明数据传输一定出错了;如果奇偶校验没有出错,绝不等于数据传输完全正确。 奇校验:8位有效数据连同1位附加位中,二进制“1”的个数为奇数 偶校验:8位有效数据连同1位附加位中,二进制“1”
7、的个数为偶数2和校验 所谓和校验是发送方将所发数据块求和(或各字节异或),产生一个字节的校验字符(校验和)附加到数据块末尾。接收方接收数据同时对数据块(除校验字节外)求和(或各字节异或),将所得的结果与发送方的“校验和”进行比较,相符则无差错,否则即认为传送过程中出现了差错。7.1.6 串行通信的实现 实际上,单片机串行通信的过程是将其内部的并行数据转换成串行数据,通过串行通信线传送,接收方将接收到的串行数据再转换成并行数据送到计算机中。在MCS-51系列单片机中,串并、并串转换是由串行口的移位寄存器来自动完成的。7.2 单片机串行接口及控制寄存器7.2.1 串行接口结构 MCS-51系列单片
8、机串行口由串行控制器电路、发送电路、接收电路三部分组成。其结构如图7-3所示。接收、发送缓冲器SBUF是物理上完全独立的两个位缓冲器,发送缓冲器只能写入不能读出,接收缓冲器只能读出不能写入,两个缓冲器占用同一个地址(99H)。 图7-3串行接口的结构原理示意图 功能描述 串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的。当向SBUF发“写”命令时,向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据,发送完便使发送中断标志位TI=1。 指令 MOV SBUF ,A 启动一次数据发送。待这个字节数据发送完成之后,可向SBUF再传送下一个数。功能描述 在接收数据时,一帧数据从
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