物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)RSRS串口通信

1、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)RSRS串口通信RS232_RS485串行 能力目標(biāo)：1.掌握串行通信概念與工作原理2.能夠利用定時(shí)器1實(shí)現(xiàn)串口通信3.能夠利用獨(dú)立波特率發(fā)生器實(shí)現(xiàn)串口通信4.掌握RS232和RS485串行通信方式及應(yīng)用一、串行通信的概念 隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能愈來(lái)愈顯得重要。 計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。所有這些信息的交換均稱(chēng)為“通信”。并行通信與串行通信 通信的基本方式分為并行通信和串行通信兩種。 并行通信，是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送的方式。其特點(diǎn)是傳輸速度快，但當(dāng)距離較遠(yuǎn)，位數(shù)又多時(shí)導(dǎo)致了通信線(xiàn)路復(fù)雜且成本高。 串

2、行通信，是指數(shù)據(jù)一位一位的順序傳送的通信方式。其特點(diǎn)是通信線(xiàn)路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)通信，從而大大的降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度慢。 在多微機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。并行通信與串行通信示意圖D1D2D3D4D5D6D7D01控制(選通)狀態(tài)1011111000000000T計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)8T計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)或外設(shè)a)b)串行通信中的異步通信 異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。串行通信中的異步通信 異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符

3、之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間是異步的（字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍的關(guān)系），但同一字符內(nèi)的各位是同步的（各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍）。串行通信中的異步通信 在異步數(shù)據(jù)傳送中，CPU與外設(shè)之間事先必須約好兩項(xiàng)事宜： 第一：字符格式。雙方要約好字符的編碼形式、奇偶校驗(yàn)形式、以及起始位和停止位的規(guī)定。 第二：波特率（Baud rate）。波特率是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，它要求發(fā)送站和接收站都要以相同的數(shù)據(jù)傳送速率工作。 通用的異步接收器/發(fā)送器UART 通用的異步接收器/發(fā)送器，簡(jiǎn)稱(chēng)UART（Universal Asynchron

4、ous Receiver/Transmitter），是串行接口的核心部件，它既能發(fā)送，由并行串行輸出；又能接收，由串行并行輸入。對(duì)每一方來(lái)說(shuō)都是一個(gè)雙緩沖器結(jié)構(gòu)。 當(dāng)UART接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行數(shù)據(jù)先經(jīng)RXD端（Receiver Data）進(jìn)入移位寄存器，再經(jīng)移位寄存器輸出并行數(shù)據(jù)到緩沖器，最后通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送到CPU；當(dāng)UART發(fā)送信息時(shí)，先由CPU經(jīng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將并行數(shù)據(jù)送給緩沖器，再由并行緩沖器送給一位寄存器，最后逐位由TXD（Transmitter Data）端輸出。所有這些工作都是在時(shí)鐘信號(hào)和其他控制信號(hào)作用下完成的。通用的異步接收器/發(fā)送器UARTWRRESETCONTROLTXC奇偶錯(cuò)溢出

5、錯(cuò)幀錯(cuò)RXCTBEDATA BusRXDTXDRDCSINOUTPEOEFE接收移位寄存器接收數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)送緩沖器空發(fā)送移位寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器INTUARTUART內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖示意圖二、STC12C5A60S2單片機(jī)的串行口 STC12C5A60S2單片機(jī)具有2個(gè)采用UART工作方式的全雙工串行通信接口（串口1和串口2）。每個(gè)串口由2個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器、1個(gè)移位寄存器、1個(gè)串行控制寄存器和一個(gè)波特率發(fā)生器等組成。每個(gè)串口的數(shù)據(jù)緩沖器由串行接收緩沖器和發(fā)送緩沖器構(gòu)成，它們?cè)谖锢砩鲜仟?dú)立的，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)，還可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。二、STC12C5A60S2單片機(jī)的串行口 接

6、收緩沖器只能讀出，不能寫(xiě)入，而發(fā)送緩沖器則只能寫(xiě)入，不能讀出。它們共用一個(gè)地址號(hào)。STC12C5A60S2的串行口既可以用于串行異步通信，也可以構(gòu)成同步移位寄存器。如果在串行口的輸入/輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，可以方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。串口1與傳統(tǒng)8051單片機(jī)的串口完全兼容。串口2的結(jié)構(gòu)、工作原理與串口1類(lèi)似。STC12C5A60S2單片機(jī)的串行口 對(duì)于具有串口2的STC12C5A60S2單片機(jī)，串口2只能使用獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器，不能夠選擇定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器；串口1可以選擇定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，也可以選擇獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器。1.選擇定時(shí)器1作

7、為波特率發(fā)生器 定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器時(shí)只能用在串口1中。 與串行接口1相關(guān)的寄存器：與串行口1相關(guān)的特殊功能寄存器 串口1控制寄存器SCON SCON（地址為98H，復(fù)位值為00H）用于確定串行通道的操作方式和控制串行通道的某些功能。也可用于發(fā)送和接收第九個(gè)數(shù)據(jù)位（TB8、RB8），并設(shè)有接收和發(fā)送中斷標(biāo)志（RI及TI）位。與串行口1相關(guān)的特殊功能寄存器 SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式：與串行口1相關(guān)的特殊功能寄存器 SM2:多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。 REN:允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收。 TB

8、8:在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位 RB8:在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位與串行口1相關(guān)的特殊功能寄存器 TI:發(fā)送中斷標(biāo)志位。 在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開(kāi)始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。 RI:接收中斷標(biāo)志位。 在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請(qǐng)。與串行口1相關(guān)的特殊功能寄存器 串口1控制寄存器PCON PCON中只有一位

9、SMOD與串行口工作有關(guān) ： SMOD（） 波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。8051串行口的工作方式 方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。8051串行口的工作方式 1、方式1輸出 2、方式1輸入8051串行口的工作方式 用軟件置REN為1時(shí)，接收器以所選擇波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，檢測(cè)到RXD引腳輸入電平發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，則說(shuō)明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開(kāi)始接收這一幀信息的其

10、余位。接收過(guò)程中，數(shù)據(jù)從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時(shí)，控制電路進(jìn)行最后一次移位。當(dāng)RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位為1）時(shí)，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位（停止位）進(jìn)入RB8，并置RI=1，向CPU請(qǐng)求中斷。波特率的計(jì)算 在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過(guò)軟件可對(duì)單片機(jī)串行口編程為四種工作方式，方式1的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率來(lái)決定。 由于輸入的移位時(shí)鐘的來(lái)源不同，所以，各種方式的波特率計(jì)算公式也不相同。 方式1的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）波特率的計(jì)算 當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時(shí)，最

11、典型的用法是使T1工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于TH1中的計(jì)數(shù)值。 T1 溢出率 = fosc /12256 （TH1）波特率的計(jì)算 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的晶振頻率為：12MHz和。常用的串行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表所示。串行口1通信初始化過(guò)程 串行口1工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時(shí)器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下： 確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）； 計(jì)算T1的初值，裝載TH1、TL1； 啟動(dòng)T1（編程TCON中的TR1位）； 確定串行口控制（編程SCON寄存器）； 串行口

12、在中斷方式工作時(shí)，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）。 串口串口1 1通信例程通信例程2.獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器 獨(dú)立波特率發(fā)生器可以作為串口1和串口2的波特率發(fā)生器使用。 與串行接口2相關(guān)的寄存器：與串行口2相關(guān)的特殊功能寄存器 串口2控制寄存器S2CON 寄存器S2CON（地址為9AH，復(fù)位值為00H）用于確定串口2的操作方式和控制串口2的某些功能，也可用于發(fā)送和接收第9個(gè)數(shù)據(jù)位（S2TB8、S2RB8），并設(shè)有接收和發(fā)送中斷標(biāo)志（S2RI及S2TI）位。具體功能同串口1的SCON。與串行口2相關(guān)的特殊功能寄存器 數(shù)據(jù)緩沖器S2BUF 對(duì)于串口2，當(dāng)一個(gè)字符接收完畢，移位寄存

13、器中的數(shù)據(jù)字節(jié)裝入串行接收數(shù)據(jù)緩沖器S2BUF中，其第9位則裝入S2CON寄存器的S2RB8位。如果S2SM2使得已接收的數(shù)據(jù)無(wú)效，則S2RB8位和S2BUF緩沖器中的內(nèi)容不變與串行口2相關(guān)的特殊功能寄存器 輔助寄存器AUXR T0 x12和T1x12用于設(shè)置定時(shí)器0和1的速度。 BRTR：獨(dú)立波特率發(fā)生器運(yùn)行控制位。 S2SMOD：UART2的波特率加倍控制位。 BRTx12：獨(dú)立波特率發(fā)生器計(jì)數(shù)控制位。 S1BRS：串口1波特率發(fā)生器選擇位。與串行口2相關(guān)的特殊功能寄存器 輔助寄存器AUXR1 S2_P4：0，缺省UART2在P1口 1，UART2從P1口切換到P4口 TxD2從P1.3

14、切換到口 RxD2從P1.2 切換到口與串行口2相關(guān)的特殊功能寄存器 獨(dú)立波特率發(fā)生器寄存器BRT 獨(dú)立波特率發(fā)生器寄存器BRT（地址為9CH，復(fù)位值為00H）用于保存重裝時(shí)間常數(shù)。 對(duì)于獨(dú)立波特率發(fā)生器BRT，1T模式是指BRTx12=1，12T模式是指BRTx12=0。12T模式時(shí)，n=1；1T模式時(shí)，n=0。此時(shí)，串行口的波特率計(jì)算公式為： 串行口的波特率串行口2的BRT計(jì)算 通過(guò)前面公式可以推導(dǎo)出BRT獨(dú)立波特率發(fā)生器溢出率計(jì)算公式。 當(dāng)工作在12T模式下：（baud是波特率）=256- (2SMOD x SYSclk / 32 / 12 / baud); 當(dāng)工作在1T模式下：=256

15、- (2SMOD x SYSclk / 32 / baud);串行口2通信初始化過(guò)程 串口2的初始化過(guò)程如下： 設(shè)置串口2的工作模式S2CON。 設(shè)置串口2的波特率相應(yīng)的寄存器和位，包括：獨(dú)立波特率發(fā)生器寄存器BRT、BRTx12和S2SMOD位。啟動(dòng)BRT（置位BRTR），BRT開(kāi)始計(jì)數(shù)。 設(shè)置串口2的中斷優(yōu)先級(jí)（設(shè)置PS2和PS2H，也可以不設(shè)置，取默認(rèn)值），設(shè)置打開(kāi)相應(yīng)的中斷控制位（ES2和EA）。 如要串口2發(fā)送，將數(shù)據(jù)送入S2BUF。 編制串行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中要設(shè)置清除中斷標(biāo)志指令（分別是接收完成標(biāo)志S2RI和發(fā)送完成標(biāo)志S2TI）。 串口串口2 2通信例程通信例程三、

16、RS232串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-232是早期為公用 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平與TTL/CMOS電平完全不同，在通信中必須通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的轉(zhuǎn)換。 邏輯“0”規(guī)定為+5+15V之間，邏輯“1”規(guī)定為-5-15V之間。由于RS-232發(fā)送和接收之間有公共地，傳輸采用非平衡模式，因此共模噪聲會(huì)耦合到信號(hào)系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)中建議的最大通信距離為15m。RS-232C接口 RS-232C是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器

17、，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。（陽(yáng)頭）RS-232C引腳定義RS-232C電平轉(zhuǎn)換電路采用RS-232C接口存在的問(wèn)題 1、傳輸距離短，傳輸速率低 RS-232C總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)受電容允許值的約束，使用時(shí)傳輸距離一般不要超過(guò)15米（線(xiàn)路條件好時(shí)也不超過(guò)幾十米）。最高傳送速率為20Kbps。 2、有電平偏移 RS-232C總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求收發(fā)雙方共地。通信距離較大時(shí)，收發(fā)雙方的地電位差別較大，在信號(hào)地上將有比較大的地電流并產(chǎn)生壓降。 3、抗干擾能力差 RS-232C在電平轉(zhuǎn)換時(shí)采用單端輸入輸出，在傳輸過(guò)程中當(dāng)干擾和噪聲混在正常的信號(hào)中。為了提高信噪比，RS-232C總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不得不采用比較大的電壓擺幅。RS-485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) RS-485是一種多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，在通信線(xiàn)路上最多可以使用32 對(duì)差分驅(qū)動(dòng)器/接收器。如果在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備超過(guò)32個(gè)，還可以使用中繼器。 RS-485的信號(hào)傳輸采用兩線(xiàn)間的電壓來(lái)表示邏輯1和邏輯0。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線(xiàn)，接收方也需要兩根傳輸線(xiàn)。傳輸線(xiàn)采用差動(dòng)信道，所以它的干擾抑制性極好，又因?yàn)樗淖杩沟停瑹o(wú)接地問(wèn)題，所以傳輸距離可達(dá)1200米，傳輸速率可達(dá)1