串行通訊及接口

1、6. 6. 串行通訊及其接口串行通訊及其接口并行通信并行通信: 數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。 優(yōu)點(diǎn)：傳送速度快優(yōu)點(diǎn)：傳送速度快 缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)線多，成本較高，且由于并行數(shù)據(jù)傳輸線的耦合和共模缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)線多，成本較高，且由于并行數(shù)據(jù)傳輸線的耦合和共模干擾，傳輸距離短。干擾，傳輸距離短。 主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳送量很大的場(chǎng)合，如打印機(jī)，液晶屏等。隨著現(xiàn)主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳送量很大的場(chǎng)合，如打印機(jī)，液晶屏等。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，并行通信的應(yīng)用在逐漸減少。代電子技術(shù)的發(fā)展，并行通信的應(yīng)用在逐漸減少。 串行通信串行通信：將數(shù)據(jù)按順序分解為一位（或幾位，一般不大于：將數(shù)據(jù)按順序分解為一位（或幾位，一般不

2、大于4位）的序位）的序列，按順序傳送。列，按順序傳送。 優(yōu)點(diǎn)：傳送線路簡(jiǎn)單，成本低，傳送距離長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)：傳送線路簡(jiǎn)單，成本低，傳送距離長(zhǎng) 缺點(diǎn)：傳送速度比并行通信低缺點(diǎn)：傳送速度比并行通信低 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，傳送速度越來(lái)越快，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，傳送速度越來(lái)越快，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如如usb、1394、profibus、sercos、各種網(wǎng)絡(luò)等、各種網(wǎng)絡(luò)等6-1 串行通訊的一般概念串行通訊的一般概念 6-1-1 并行通信和串行通信并行通信和串行通信 按數(shù)據(jù)的傳送方向，串行通信可分為：?jiǎn)喂?、雙工、半雙工按數(shù)據(jù)的傳送方向，串行通信可分為：?jiǎn)喂?、雙工、半雙工3種形種形式。式。6

3、-1-2 串行通信的數(shù)據(jù)通路形式串行通信的數(shù)據(jù)通路形式ab單工通信單工通信ab雙工通信雙工通信半雙工通信半雙工通信 a b 多機(jī)通信多機(jī)通信 主站主站從站從站1從站從站2從站從站n站站1站站b站站na. 異步通信異步通信 在異步通信中，沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，各設(shè)備使用自己的時(shí)鐘信號(hào)在異步通信中，沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，各設(shè)備使用自己的時(shí)鐘信號(hào),各設(shè)備時(shí)鐘必須在頻率上保證一致（誤差允許范圍很?。?，每個(gè)傳送字各設(shè)備時(shí)鐘必須在頻率上保證一致（誤差允許范圍很?。?，每個(gè)傳送字節(jié)必須用其始位來(lái)同步時(shí)鐘，用節(jié)必須用其始位來(lái)同步時(shí)鐘，用12個(gè)停止位來(lái)表示傳送字節(jié)的結(jié)束。由個(gè)停止位來(lái)表示傳送字節(jié)的結(jié)束。由起始位、數(shù)據(jù)

4、位、奇偶校驗(yàn)位和停止位起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位等等 4 部分組成的串行數(shù)據(jù)稱為部分組成的串行數(shù)據(jù)稱為字字符幀符幀（character frame） 也叫也叫數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀。 異步通信的優(yōu)點(diǎn)異步通信的優(yōu)點(diǎn)是不需要傳送同步時(shí)鐘，字符幀長(zhǎng)度不受限制，是不需要傳送同步時(shí)鐘，字符幀長(zhǎng)度不受限制，故設(shè)備簡(jiǎn)單。故設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是字符幀中因包含起始位和停止位而降低了有效數(shù)據(jù)的是字符幀中因包含起始位和停止位而降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。傳輸速率。 d0pd1d2d3d4d5d6d7d0d1d2d3起始位起始位空閑位空閑位停止位停止位 異步串行通信的異步串行通信的字符幀格式字符幀格式6-1-3 串行通信

5、格式串行通信格式 按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式，串行通信可分為同步通信和異步通信。按照串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘控制方式，串行通信可分為同步通信和異步通信。起始位檢測(cè)起始位檢測(cè) 異步通信中，每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)為異步通信中，每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)為波特率波特率(baud rate),單位為單位為 bpsbps。異步串行通信的收發(fā)設(shè)備，必須使用相同的波特率。異步串行通信的收發(fā)設(shè)備，必須使用相同的波特率。 異步通信設(shè)備，都具有自己的波特率時(shí)鐘發(fā)生器，其時(shí)鐘頻率一般異步通信設(shè)備，都具有自己的波特率時(shí)鐘發(fā)生器，其時(shí)鐘頻率一般為波特率的為波特率的1616倍，在檢測(cè)到起始時(shí)位跳變時(shí)，接收方同步其接收時(shí)鐘，倍，

6、在檢測(cè)到起始時(shí)位跳變時(shí)，接收方同步其接收時(shí)鐘，然后，間隔然后，間隔2424個(gè)時(shí)鐘，檢測(cè)第一個(gè)數(shù)據(jù)位，以后每間隔個(gè)時(shí)鐘，檢測(cè)第一個(gè)數(shù)據(jù)位，以后每間隔1616個(gè)時(shí)鐘檢測(cè)一個(gè)時(shí)鐘檢測(cè)一位，直到停止位，位，直到停止位，1 1幀數(shù)據(jù)結(jié)束。幀數(shù)據(jù)結(jié)束。 用起始位同步接受時(shí)鐘，消除了時(shí)鐘誤差的累積，降低了對(duì)收發(fā)時(shí)用起始位同步接受時(shí)鐘，消除了時(shí)鐘誤差的累積，降低了對(duì)收發(fā)時(shí)鐘頻率的一致性要求，一般，時(shí)鐘誤差鐘頻率的一致性要求，一般，時(shí)鐘誤差3% 3% 即可。即可。 發(fā)送發(fā)送時(shí)鐘時(shí)鐘接收接收時(shí)鐘時(shí)鐘數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀取第讀取第1 1個(gè)數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)據(jù)位 讀取第讀取第2 2個(gè)數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)據(jù)位 b. 同步通信同步通信 在通信的設(shè)備

7、中在通信的設(shè)備中,采用同一時(shí)鐘信號(hào)采用同一時(shí)鐘信號(hào),這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以是其中一臺(tái)這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以是其中一臺(tái)設(shè)備產(chǎn)生的設(shè)備產(chǎn)生的,也可以采用外部時(shí)鐘信號(hào)源。也可以采用外部時(shí)鐘信號(hào)源。 0 0 1 1 1 1 0 1 由于具有同步時(shí)鐘由于具有同步時(shí)鐘,傳送速度快傳送速度快; 但若傳送距離較長(zhǎng)時(shí)但若傳送距離較長(zhǎng)時(shí), 時(shí)鐘信號(hào)易時(shí)鐘信號(hào)易受干擾受干擾, 且不經(jīng)濟(jì)。多用于板內(nèi)芯片間的數(shù)據(jù)通信和短距離設(shè)備間的數(shù)且不經(jīng)濟(jì)。多用于板內(nèi)芯片間的數(shù)據(jù)通信和短距離設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信。如：據(jù)通信。如：i2c、 spi、 lvds等等 在同步通信中，除了位同步，還需要幀（字符）同步，幀同步可以在同步通信中，除了位同步，還需

8、要幀（字符）同步，幀同步可以由單獨(dú)的硬件信號(hào)實(shí)現(xiàn)，也可以用數(shù)據(jù)線上的同步字符來(lái)實(shí)現(xiàn)（非由單獨(dú)的硬件信號(hào)實(shí)現(xiàn)，也可以用數(shù)據(jù)線上的同步字符來(lái)實(shí)現(xiàn)（非2進(jìn)進(jìn)制數(shù)據(jù)）制數(shù)據(jù)） 時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器 主器件主器件mosi 從器件從器件misonsssck1）spi 同步串行總線標(biāo)準(zhǔn)同步串行總線標(biāo)準(zhǔn) spi總線采用總線采用3線制全雙工串行通信線制全雙工串行通信。7 6 5 4 3 2 1 07 6 5 4 3 2 1 0msbbit6bit5bit4bit3bit2bit1lsbsckmiso/mosinss2）i2c 同步串行總線標(biāo)準(zhǔn)同步串行總線標(biāo)準(zhǔn) i2c總線采用總線采用2線制全雙工串行通信線制全雙工

9、串行通信。主主 站站從站從站0a2 a1 a0 0 0 00 0 11 1 1從站從站1a2 a1 a0從站從站7a2 a1 a0sdascl6-2-1 rs232c rs232是應(yīng)用最早是應(yīng)用最早,最廣泛的雙機(jī)異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。是美國(guó)電最廣泛的雙機(jī)異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)的推薦標(biāo)準(zhǔn)子工業(yè)協(xié)會(huì)的推薦標(biāo)準(zhǔn) rs = recommended standard 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(dte)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(dce)間串行通信接間串行通信接口的物理口的物理(電平電平)、信號(hào)和機(jī)械連接標(biāo)準(zhǔn)、信號(hào)和機(jī)械連接標(biāo)準(zhǔn)6-2 常用異步串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn)常用異

10、步串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)dtedcedcedte 電話線電話線 modem modem 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) rs232c rs232c 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) txd txd rxd rxd gnd gndrs232c的電氣標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械連接的電氣標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械連接dte插針式插針式dce內(nèi)孔式內(nèi)孔式25針針db插連接器插連接器dte插針式插針式dce內(nèi)孔式內(nèi)孔式9針針db插連接器插連接器rs232c的電氣標(biāo)準(zhǔn)：的電氣標(biāo)準(zhǔn)： 3v15v : 邏輯邏輯0 -3v-15v: 邏輯邏輯150ft 9600bpsttl/cmos-rs232電平轉(zhuǎn)換芯片：電平轉(zhuǎn)換芯片：max232、max202等等rs23

11、2c接口信號(hào)定義接口信號(hào)定義引腳引腳(9針針) 引腳引腳(25針針)信號(hào)信號(hào)信號(hào)源信號(hào)源類類 型型描描 述述18cddce控制控制載波信號(hào)檢測(cè)載波信號(hào)檢測(cè)23rxddce數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)32txddte數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)420dtrdte控制控制終端準(zhǔn)備好終端準(zhǔn)備好57gnd- -信號(hào)地信號(hào)地66dsrdce控制控制數(shù)據(jù)機(jī)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)機(jī)準(zhǔn)備好74rtsdte控制控制請(qǐng)求發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送85ctsdce控制控制清除以便發(fā)送清除以便發(fā)送922ridce控制控制振鈴信號(hào)振鈴信號(hào)計(jì)算機(jī)間計(jì)算機(jī)間rs232c通信的常用連接方法通信的常用連接方法全握手全握手無(wú)握手無(wú)握手 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)

12、txd txd rxd rxd gnd gndtxdrxdrtsctsdtrdsrcdrigndtxdrxdrtsctsdtrdsrcdrignd6-2-2 rs422 和和 rs485 平衡和非平衡線路平衡和非平衡線路非平衡線路（單端收發(fā)器）非平衡線路（單端收發(fā)器）平衡線路（差分收發(fā)器）平衡線路（差分收發(fā)器）rs422 和和 rs485 接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī) 格格 rs422rs485傳輸模式傳輸模式平衡平衡平衡平衡差動(dòng)輸出差動(dòng)輸出（v） 2 1.5接收器敏感度接收器敏感度（v） 0.2 0.2驅(qū)動(dòng)器負(fù)載，最小（驅(qū)動(dòng)器負(fù)載，最?。ǎ?0060最大驅(qū)動(dòng)器數(shù)量最大驅(qū)動(dòng)器數(shù)量132最大接收器數(shù)量最

13、大接收器數(shù)量1032最大傳輸速度最大傳輸速度 ( bps ) )10m10m最大電纜長(zhǎng)度最大電纜長(zhǎng)度 90kbps ( ft )40004000最大電纜長(zhǎng)度最大電纜長(zhǎng)度 10mbps ( ft )5050rs422 的連接線路的連接線路 r主站主站rrs422 多采用多采用1:n的全雙工連接方式的全雙工連接方式從站從站1從站從站nrs485 的連接線路的連接線路 rrrs485多半雙工的連接方式多半雙工的連接方式6-3 8051 8051的串行通訊端口的串行通訊端口 6-3-1 8051串行口結(jié)構(gòu)串行口結(jié)構(gòu) 8051具有一個(gè)全雙工的具有一個(gè)全雙工的通用異步接收器通用異步接收器/ /發(fā)送器發(fā)送器

14、uart（universal asychronous receiver/transmitter）, 接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，是通過(guò)對(duì)兩個(gè)獨(dú)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，是通過(guò)對(duì)兩個(gè)獨(dú)立收發(fā)引腳立收發(fā)引腳 rxd(p3.0)、txd (p3.1)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。來(lái)實(shí)現(xiàn)的。cpu則通過(guò)則通過(guò)3個(gè)特殊功能個(gè)特殊功能寄存器寄存器( sbuf、scon、pcon )來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)uart的控制。的控制。a. 收發(fā)緩沖器收發(fā)緩沖器sbuf 8051的的uart，包含兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送寄存器，包含兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送寄存器sbuf，一，一個(gè)用于存放接收到的數(shù)據(jù)，另一個(gè)用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)，二者共用一個(gè)用于存放接收到的數(shù)

15、據(jù)，另一個(gè)用于存放欲發(fā)送的數(shù)據(jù)，二者共用一個(gè)字節(jié)地址（個(gè)字節(jié)地址（99h），發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，當(dāng)對(duì)讀出不能寫入，當(dāng)對(duì)sbuf進(jìn)行寫操作時(shí)，操作的目標(biāo)是發(fā)送寄存器，當(dāng)進(jìn)行寫操作時(shí)，操作的目標(biāo)是發(fā)送寄存器，當(dāng)對(duì)對(duì)sbuf進(jìn)行讀操作時(shí)，操作的目標(biāo)是接收寄存器進(jìn)行讀操作時(shí)，操作的目標(biāo)是接收寄存器 如：如：mova，sbuf；a接收寄存器接收寄存器movsbuf ， a ；發(fā)送寄存器；發(fā)送寄存器 a b. 電源和波特率控制寄存器電源和波特率控制寄存器 pcon （87h） smod1smod0-pof2gf1gf0pdid

16、ld7d6d5d4d3d2d1d0smod 1為波特率倍頻選擇位。為波特率倍頻選擇位。 在方式在方式 1、2 和和 3 時(shí)，串行通信的波特率與時(shí)，串行通信的波特率與 smod 有關(guān)。有關(guān)。當(dāng)當(dāng) smod=1 時(shí)時(shí)，通信波特率乘，通信波特率乘 2；當(dāng)；當(dāng) smod=0 時(shí)時(shí)，通信波特率不變。，通信波特率不變。smod 0用于選擇串口控制寄存器用于選擇串口控制寄存器scon最高位的功能：最高位的功能： 當(dāng)當(dāng) smod0=0 時(shí)，時(shí)， scon的最高位為工作方式選擇（的最高位為工作方式選擇（sm0）；）； 當(dāng)當(dāng) smod0=1 時(shí)，時(shí)， scon的最高位為幀錯(cuò)誤標(biāo)志（的最高位為幀錯(cuò)誤標(biāo)志（fe）。）

17、。c. 串行控制寄存器串行控制寄存器scon scon 用來(lái)控制串行口的工作方式和狀態(tài)，可以位尋址，字節(jié)地址用來(lái)控制串行口的工作方式和狀態(tài)，可以位尋址，字節(jié)地址為為 98h。 sm0/fesm1sm2rentb8rb8tirid7d6d5d4d3d2d1d0sm0、sm1：串行方式選擇位串行方式選擇位 sm0 sm1工作方式工作方式功功 能能波波 特特 率率0 0方式方式 0 8位同步移位寄存器位同步移位寄存器 fosc/ /120 1方式方式 1 8位位uart 可變可變(t1或或t2溢出率溢出率/n)1 0方式方式 2 9位位uart fosc/ /64 或或 fosc/ /32 1 1方

18、式方式 3 9位位uart 可變可變(t1或或t2溢出率溢出率/n)fe: 幀錯(cuò)誤標(biāo)志幀錯(cuò)誤標(biāo)志。當(dāng)當(dāng)uart檢測(cè)到停止位為檢測(cè)到停止位為0時(shí)，置位時(shí)，置位fe。需軟件清除。需軟件清除。sm2：主主-從式多機(jī)通信控制位，用于方式從式多機(jī)通信控制位，用于方式 2 和方式和方式 3 中。中。在以方式在以方式 2 和方式和方式 3 處于處于接收方式接收方式時(shí)，時(shí)， 若若 sm2=1：當(dāng)接收到的第：當(dāng)接收到的第 9 位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) rb8為為0 時(shí)，則時(shí)，則ri=0； 當(dāng)接收到的第當(dāng)接收到的第 9 位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) rb8為為1 時(shí)，則時(shí)，則ri=1。 若若 sm2=0：不論接收到的第：不論接收到的第9位位

19、rb8為為0還是為還是為1，ri 都以正常方式被都以正常方式被激活。激活。主主-從式多機(jī)通信：從式多機(jī)通信： 在通訊開(kāi)始時(shí)在通訊開(kāi)始時(shí)，各從機(jī)都應(yīng)置位，各從機(jī)都應(yīng)置位sm2。因?yàn)橹鳈C(jī)發(fā)出的第一幀數(shù)據(jù)因?yàn)橹鳈C(jī)發(fā)出的第一幀數(shù)據(jù)是地址幀是地址幀( rb8=1 )，各從機(jī)都激發(fā)中斷，并進(jìn)入各自的中斷服務(wù)程序。，各從機(jī)都激發(fā)中斷，并進(jìn)入各自的中斷服務(wù)程序。只有地址相符的從機(jī)才在中斷服務(wù)程序中使只有地址相符的從機(jī)才在中斷服務(wù)程序中使sm2=0，為以后接收或發(fā)送為以后接收或發(fā)送數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備；其他從機(jī)仍保持?jǐn)?shù)據(jù)作準(zhǔn)備；其他從機(jī)仍保持sm2=1，對(duì)數(shù)據(jù)幀不予理睬。這樣就實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)幀不予理睬。這樣就實(shí)現(xiàn)了主機(jī)只能與

20、被尋址的從機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。了主機(jī)只能與被尋址的從機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。 在方式在方式 1 處于接收時(shí)，若處于接收時(shí)，若 sm2=1，則只有收到有效的停止位后，則只有收到有效的停止位后，ri =1。 在方式在方式 0 中，中，sm2 應(yīng)為應(yīng)為 0。ren: 允許接收。允許接收。 ren=0 時(shí)，禁止接收。由軟件置位或清零。時(shí)，禁止接收。由軟件置位或清零。tb8: 發(fā)送數(shù)據(jù)的第發(fā)送數(shù)據(jù)的第 9 位。位。 在方式在方式 2 和方式和方式 3 中，由軟件設(shè)置，可做奇偶校驗(yàn)位。中，由軟件設(shè)置，可做奇偶校驗(yàn)位。 在多機(jī)通信中，可作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)位。一般約定在多機(jī)通信中，可作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)位。一般

21、約定地地址幀時(shí)，址幀時(shí)，tb8 為為 1，數(shù)據(jù)幀時(shí)，數(shù)據(jù)幀時(shí)，tb8 為為 0。rb8: 接收數(shù)據(jù)的第接收數(shù)據(jù)的第 9 位。功能同位。功能同 tb8。ti：發(fā)送中斷標(biāo)志位。發(fā)送中斷標(biāo)志位。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志，由硬件置位，由硬件置位, 軟件清除，軟件清除，可觸發(fā)可觸發(fā)cpu中斷。中斷。ri：接收中斷標(biāo)志位。接收中斷標(biāo)志位。接收完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志接收完一幀數(shù)據(jù)的標(biāo)志，由硬件置位，由硬件置位, 軟件清除，軟件清除，可觸發(fā)可觸發(fā)cpu中斷。中斷。 6-3-2 8051串行口的工作方式串行口的工作方式 根據(jù)根據(jù)scon中中sm0、sm1： 8051的的uart有有4中工作方式，用于不同中工作方式，用于不同場(chǎng)合。場(chǎng)合。1） 方式方式0 移位寄存器方式移位寄存器方式 串行數(shù)據(jù)從串行數(shù)據(jù)從 rxd (p3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由端輸入或輸出，同步移位脈沖由 txd(p3.1)送出。送出。 這種方式