单片机原理与应用-第6章-串行通信接口ppt课件
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单片机原理及接口技术 第六章 MCS-51的串行通信
SBUF （收）
第5-14页
RXD
引脚P3.0
© 文理学院信息技术学部
谢建群
单片机原理及应用电子教案
5.2 MCS-51串行通信接口
一、串行数据缓冲器SBUF
在逻辑上只有一个，既表示发送寄存器，又表示接收寄 存器，具有同一个单元地址99H，用同一寄存器名SBUF。 在物理上有两个，一个是发送缓冲寄存器，另一个是接 收缓冲寄存器。 发送时，只需将发送数据输入SBUF，CPU将自动启动和 完成串行数据的发送； 接收时，CPU将自动把接收到的数据存入SBUF，用户只 需从SBUF中读出接收数据。
串行输出
串行输入
移位 寄存器
CP
发送
并行输出
接收 同步信号 同步传输 波特率：位/秒(bps)，即频率。
第5-6页
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谢建群
单片机原理及应用电子教案
问题2：能否省去同步信号？
5.1 串行通信的基本原理
ห้องสมุดไป่ตู้
10011100 MCS-51 发送
10011100 MCS-51 接收
关键是时钟频率——约定波特率。 异步传输：不发送同步信号，通过约定波特率 而实现的串行通信。
当8位数据全部移出后，SCON寄存器的TI位被自动置1； 当接收到第8位数据后， RI被自动置位，表示一帧数据接收完成； 数据格式：发送和接收以8位为一帧，不设起始位和停止位，低位 在前，高位在后； 波特率：fosc/12
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谢建群
单片机原理及应用电子教案
第5-13页
© 文理学院信息技术学部
谢建群
单片机原理及应用电子教案
《单片机原理及应用》ppt课件
• 可靠性：选用经过稳定测试、质量可靠的 外围设备。
外围设备配置原则与选型建议
常用外围设备类型
如键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等。
选型注意事项
关注设备的性能指标、接口类型、尺寸大小及价格等因素。
典型外围设备配置案例分析
案例一
基于单片机的温度监控系统
外围设备配置
温度传感器、A/D转换器、LCD 显示器等。
典型应用系统设计案例分析
智能家居控制系统
以单片机为核心，实现对家居 环境的监测和控制，如温度、
湿度、光照等。
工业自动化控制系统
通过单片机实现对工业设备的 自动化控制，提高生产效率和 产品质量。
物联网终端设备
将单片机作为物联网终端设备 的核心控制器，实现数据采集 、处理和传输等功能。
医疗电子设备
利用单片机实现医疗电子设备 的智能化和便携化，如血压计
子程序的定义、参数传递、局部 变量与全局变量的使用等。
典型汇编语言程序实例分析
逻辑运算程序
与、或、非等基本逻辑运算的 汇编实现。
控制转移程序
条件转移、无条件转移等控制 转移的汇编实现。
算术运算程序
加法、减法、乘法、除法等基 本算术运算的汇编实现。
数据传送程序
内存与寄存器之间、寄存器与 寄存器之间数据传送的汇编实 现。
如医疗监护仪、便携 式医疗设备等。
作为物联网终端设备 的核心控制器，实现 数据采集、传输和控 制等功能。
常见单片机类型及特点
8051系列
PIC系列
具有高性能、低功耗、易于编程和调试等 特点，广泛应用于工业控制和智能家居等 领域。
具有高性能、低功耗、丰富的外设接口和 强大的中断处理能力等特点，适用于各种 复杂的应用场景。
外围设备配置原则与选型建议
常用外围设备类型
如键盘、显示器、打印机、A/D和D/A转换器等。
选型注意事项
关注设备的性能指标、接口类型、尺寸大小及价格等因素。
典型外围设备配置案例分析
案例一
基于单片机的温度监控系统
外围设备配置
温度传感器、A/D转换器、LCD 显示器等。
典型应用系统设计案例分析
智能家居控制系统
以单片机为核心，实现对家居 环境的监测和控制，如温度、
湿度、光照等。
工业自动化控制系统
通过单片机实现对工业设备的 自动化控制，提高生产效率和 产品质量。
物联网终端设备
将单片机作为物联网终端设备 的核心控制器，实现数据采集 、处理和传输等功能。
医疗电子设备
利用单片机实现医疗电子设备 的智能化和便携化，如血压计
子程序的定义、参数传递、局部 变量与全局变量的使用等。
典型汇编语言程序实例分析
逻辑运算程序
与、或、非等基本逻辑运算的 汇编实现。
控制转移程序
条件转移、无条件转移等控制 转移的汇编实现。
算术运算程序
加法、减法、乘法、除法等基 本算术运算的汇编实现。
数据传送程序
内存与寄存器之间、寄存器与 寄存器之间数据传送的汇编实 现。
如医疗监护仪、便携 式医疗设备等。
作为物联网终端设备 的核心控制器，实现 数据采集、传输和控 制等功能。
常见单片机类型及特点
8051系列
PIC系列
具有高性能、低功耗、易于编程和调试等 特点，广泛应用于工业控制和智能家居等 领域。
具有高性能、低功耗、丰富的外设接口和 强大的中断处理能力等特点，适用于各种 复杂的应用场景。
51单片机串行通信接口
工 作 方 式 选 择 位
多允 机许 通接 信收 控控 制制 位位
发 接发接 送 收送收 数 数中中 据 据断断 第 第标标 九 九志志 位位
北京交通大学
18
各位功能说明如下： SM0 SM1：串口工作方式选择位
00 方式0: 同步移位寄存器 波特率=主振频率/12
01 方式1: 8位异步，波特率可变
⑵在双机通信中，该位作为奇偶校验位； ⑶在多机通信中用来表示D7-D0是地址帧或数据帧
即：
D8＝0：表示数据帧； D8＝1：表示地址帧
北京交通大学
20位是接收到的第９位数据。 方式1，SM2=0，停止位。方式0，不用。
⑵在多机通信中是地址帧（RB8=1）和数据帧 （RB8=0）的标识位。
北京交通大学
34
方式2、3的区别是：波特率设置不同 方式2的波特率是固定的。即：
波特率=fosc/32或fosc/64 方式3的波特率是可变的。即：
波特率 2smod
fosc
32 12 (256 X )
X
256
fosc (2s mod ) 384 波特率
北京交通大学
35
表1 波特率与时间常数
第6章 串行通信接口
本章主要内容 • 串行数据通信基本原理 • MCS-51单片机串行口 • 串行口应用举例
北京交通大学
1
一、串行数据通信基本原理
计算机的两种方式数据传送：并行和串行
并行传送的特点：
各数据位同时传送，传送速度快、效率高。
但需要的数据线多，因此传送成本高。并行数据
传送的距离通常小于30米。
3.直到停止位到来之后把它送入到RB8中，并 置位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的一个字符。
《单片机串行接口》课件
《单片机串行接口》PPT课件
目录
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
目录
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
单片机串行通信接口 ppt课件
是发送中断，进而作出相应的处理。常用的做法是：
直接发送，接收的时候进入中断处理。
2. 电源控制寄存器PCON
PCON D7 D6 D5 － D4 D3 D2 D1 D0
位名称 SMOD －
－ GF1 GF0 PD IDL
图7.10 电源控制寄存器PCON的格式
SMOD：串行口波特率倍增位。在工作方式1～ 工作方式3时，若SMOD=1，则串行口波特率增 加一倍。若SMOD=0，波特率不加倍。系统复位
7.2.1 串行接口的结构及功能
发送 SBUF (99H) 内 部 总 线 门电路
SBUF = TXD_data;
TXD(P3.1)
发送控制器
定 时 器 1 接收 SBUF (99H) 串行口中断 TI ≥1 接收控制器 RI
串 行 口 控 制 寄 存 器 (98H)
RXD(P3.0)
输入移位寄存器
由于CPU是主动的，不会发生帧重叠错误，因此
发送电路不需要双重缓冲结构。
在逻辑上，SBUF只有一个，它既表示发送
寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地
址99H。但在物理结构上，则有两个完全独立的 SBUF，一个是发送缓冲寄存器SBUF，另一个是 接收缓冲寄存器SBUF。如果CPU写SBUF，数据 就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读
同步 字符 数据 数据 字符1 字符2
图7.3
…
数据字 数 据 校 验 符n-1 字符n 字 符
(校验 字符)
同步通信数据传送格式
2. 异步通信(Asynchronous Communicion)
在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位
组成数据帧进行传送的。收、发端各有一套彼此独 立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式 相同，因此可以相互识别接收到的数据信息。
《单片机原理与应用》ppt课件
条件转移指令
子程序调用与返回
根据某个条件判断的结果来决定 程序是否转移到指定的地址执行， 如JZ（零转移）、JNZ（非零转 移）等。
子程序是一段可以独立执行的程 序段，通过调用指令CALL实现子 程序的调用和返回。在调用子程 序时，需要将返回地址压入堆栈； 在子程序返回时，再从堆栈中弹 出返回地址并执行返回操作。
人机交互设备（键盘、显示器等）接口设计
键盘接口设计
通过扫描键盘矩阵或接收键盘中断的方式，读取按键信息并转 换为相应的数据或命令。
显示器接口设计
根据显示器的类型和通信协议，设计相应的接口电路和驱动程 序，实现单片机对显示器的控制和数据传输。
应用实例分析：智能家居控制系统设计
系统概述
介绍智能家居控制系统的功能、 组成和工作原理，包括中央控制 器、传感器、执行器等部分。
AVR系列
ARM系列
采用先进的RISC结构，具有高速度、低功耗、 丰富的外设接口等特点，适用于物联网等领 域。
采用高性能的32位RISC结构，具有强大的处 理能力和丰富的外设接口，适用于高端嵌入 式系统等领域。
02
单片机基本原理
微处理器结构与工作原理
微处理器内核结构 包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、控制单元等。
04
C语言程序设计在单片机 中的应用
C语言与汇编语言比较
高级语言与低级语言
C语言属于高级语言，具有易于理解、编写和维护的特点；而汇编 语言是低级语言，更接近硬件，但编写复杂且可读性较差。
可移植性
C语言具有良好的可移植性，可以在不同平台上运行；而汇编语言 与特定硬件平台紧密相关，可移植性差。
执行效率
创建工程文件
在编译器中创建新的工程文件，并添 加源代码文件、头文件等。
单片机原理及应用说课ppt课件
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单片机原理及应用说 课ppt课件
目录
• 课程介绍与目标 • 单片机基本原理 • 单片机外部扩展技术 • 单片机接口技术 • 单片机应用系统设计实例分析 • 实验教学内容安排与考核方式 • 课程总结与展望
01 课程介绍与目标
课程背景与意义
信息技术发展迅速， 单片机作为嵌入式系 统核心，应用广泛
适应社会对单片机应 用人才的需求，提高 学生就业竞争力
新能源与节能环保
在新能源和节能环保领域，单片机将应用于太阳能、风能 等可再生能源的转换和控制，以及能源管理和节能控制等 方面。
工业自动化与智能制造
在工业自动化领域，单片机将作为控制器和执行器广泛应 用于各种自动化设备中，提高生产效率和产品质量。
人工智能与机器人
随着人工智能技术的不断发展，单片机将作为机器人的核 心控制单元，实现机器人的感知、决策和执行等功能。
内部结构和工作原理
内部结构
主要包括中央处理器（CPU）、 存储器（ROM、RAM）、I/O接 口、定时器/计数器、中断系统
等。
工作原理
单片机通过执行存储在存储器中 的程序，实现对外部设备的控制 和数据处理。程序由一系列指令 组成，指令在CPU中执行，完成
各种操作。
时序与复位
单片机的时序是指各部件之间协 调工作的时间顺序。复位操作是 将单片机恢复到初始状态，以便
D
简易计算器设计
设计目标
实现基本的数学运算功能，包括加、 减、乘、除等。
设计思路
采用单片机作为核心控制器，通过按 键输入数字和运算符，经过处理后在 显示屏上显示结果。
硬件组成
单片机、按键、显示屏、电阻、电容 等。
软件设计
编写程序实现按键输入识别、数学运 算处理、结果显示等功能。
单片机原理及应用PPT课件
02
单片机基本原理
单片机的硬件结构
01
02
03
04
中央处理器
负责执行指令和控制单片机工 作。
存储器
用于存储程序和数据。
输入/输出接口
实现单片机与外部设备的通信 。
时钟电路
提供单片机工作所需的时钟信 号。
单片机的指令系统
指令集
单片机所能执行的指令集合。
指令格式
指令的编码格式和长度。
寻址方式
确定操作数所在地址的方式。
统上运行。
项目管理工具
IAR Embedded Workbench提供了 项目管理工具，方便用户管理项目文
件和资源。
高效编译器和调试器
IAR Embedded Workbench提供了 高效的编译器和调试器，支持多种单 片机型号。
图形化界面设计工具
IAR Embedded Workbench支持图 形化界面设计，方便用户设计人机交 互界面。
单片机原理及应用
• 单片机概述 • 单片机基本原理 • 单片机编程语言与开发环境 • 单片机应用实例 • 单片机发展趋势与展望
01
单片机概述
单片机的定义与特点
定义
单片机是一种集成电路芯片，它集成 了中央处理器、存储器、输入/输出 接口等主要计算机部件，形成一个完 整的微型计算机系统。
特点
单片机具有体积小、功耗低、可靠性 高、价格便宜等特点，广泛应用于各 种智能控制领域。
单片机的应用领域
工业控制
单片机可以用于各种自 动化设备的控制，如智 能仪表、传感器、执行
器等。
智能家居
单片机可以用于智能家 居系统的控制，如智能 照明、智能安防、智能
家电等。
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.
15
1.串行口寄存器结构
SBUF全双工方式进 行通信，这两个寄 存器共用一个地址 （99H）。
发送寄存器 （只能写）
(P3.1)
TI发送中断标志 RI接收中断，允许接收REN
串行口中断
接收寄存器 （只能读）
.
(P3.0)
16
MOV SBUF，A
双缓冲结构，防止 产生重叠错误
MOV A，SBUF
起始 低位在前
偶 高位在后 校 停止
验
.
7
2.串行通信的数据通路形式
串行数据通信有以下几种数据通路形式：
•单工形式:
A发,B接。
A
B
•半双工形式:
A发或接,
A
B
B接或发。
•全双工形式:
A
B
A发、接，B接、发。
.
8
3.串行通信的传送速率
传送速率 ： 用于说明数据传送的快慢。 波特率（Baud）：每秒传送二进制代码位数
即：
D8＝0：表示数据帧； D8＝1：表示地址帧
.
21
RB8：接收数据位8
⑴在工作方式２和３中，该位是接收到的第９位数据。 方式1，SM2=0，停止位。方式0，不用。
⑵在多机通信中是地址帧（RB8=1）和数据帧 （RB8=0）的标识位。
TI：发送中断标志。
⑴在方式０中，发送完第8位数据后，该位由硬件置位； ⑵在其它方式中，在发送停止位之前，该位由硬件置位， 申请中断，CPU响应中断后，可以发送下一帧数据。 该位必须由制
位位
发 接发接 送 收送收 数 数中中 据 据断断 第 第标标 九 九志志 位位
.
19
各位功能说明如下： SM0 SM1：串口工作方式选择位
00 方式0: 同步移位寄存器 波特率=主振频率/12
01 方式1: 8位异步，波特率可变
10 方式2：9位异步 波特率=主振频率/32 或主振频率/64
单片机原理与应用
北京交通大学电子信息工程学院自动化系 2017年1月
.
第6章 串行通信接口
本章主要内容 • 串行数据通信基本原理 • MCS-51单片机串行口 • 串行口应用举例 • 多机通信原理
.
2
一、串行数据通信基本原理
计算机的两种方式数据传送：并行和串行
并行传送的特点：
各数据位同时传送，传送速度快、效率高。
• 每一位代码的传送时间 =1/1200=0.833ms
.
10
4.串行通信接口电路 串行数据通信中主要有两个技术问题
数据传送:数据传送主要解决传送中的 标准、格式及工作方式等问题
数据转换:数据转换是指数据的串并转换
.
11
串行接口电路基本组成逻辑框图如下：
串行输入 时钟 复位
并行输入 时钟
控制信号
11 方式3：9位异步，波特率可变
.
20
REN=1：允许串行接收,用软件置位或清除。 TB8：发送数据位8
D0
…
D7 D8
TB8/RB8
⑴在工作方式２、3中，TB8是发送的第９位数据， 由软件置位（SETB TB8）或复位（CLR TB8）
⑵在双机通信中，该位作为奇偶校验位； ⑶在多机通信中用来表示D7-D0是地址帧或数据帧
SCON：串行控制，用来设定串行口的工作方式
PCON：电源控制，可控制波特率。
IE： 设置串行中断允许。
.
18
（1）串行控制寄存器SCON SCON格式如下：
9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI （98H）
工 作 方 式 选 择 位
➢20mA电流环：
能降低对噪声敏感程度 ➢光纤:
光纤介质可减少噪声干扰，光电隔离提高
安全性
.
14
二、MCS-51单片机串行口
MCS-51单片机片内有一个全双工串行口 （P3.0接收、P3.1发送）
功能：异步串行通信 其中：发送和接收的速率与移位时钟同步，
移位脉冲的速率为波特率。 说明：定时器T1作为串行通信波特率发生器 。
4
1. 异步串行通信的字符格式 异步串行数据通信以字符为单位，即一次
传送一个字符。异步通信的数据格式为：
一帧信息
．．．
一 位
5~8位数据位
1、1.5、2
位一 位
位停止位
起
奇
偶
始
校
位
验
.
5
1位起始位（为低电平）； 5－8位数据位（紧跟着起始位），表示 要传送的有效数据（低位在前）； 1位奇偶校验位（可有可无）； 1、1.5或2位停止位（为高电平）。 从起始位开始到停止位结束的时间间隔称 为一帧。就是一个字符的完整通信格式。 因此也把串行通信的字符格式称为帧格式
即每秒传1送波一特=个1b数ps据(位位/秒就）是一波特：
常用的波特率有：75，110，300，600，1200， 2400，4800，9600，19200。
.
9
• 设数据传送的速率每秒为120个字符， 每个字符包含10个代码位（1个起始 位，1个停止位，8个数据位）
• 波特率=10x120b/s=1200bps
但需要的数据线多，因此传送成本高。并行数据
传送的距离通常小于30米。
串行传送的特点是：
数据传送按位顺序进行，最少只需一根传输
线即可完成，成本低,但速度慢。串行数据传送
的距离可以从几米到几千公里。
.
3
数据通信基本原理
串行数据传送又分为异步传送和同步传送两种方式。 在单片机中，主要使用异步传送方式。
.
.
6
• 例如，采用串行异步通信方式传送ASCII码字符‘5’， 规定为7位数据位，1位偶校验位，1位停止位，无 空闲位。
• 由于‘5’的ASCII码为35H，其对应7位数据位为 0110101，如按低位在前、高位在后顺序排列应为 1010110。前面加1位起始位，后面配上偶校验位1 位0，最后面加1位停止位1，因此传送的字符格式 为0101011001，其对应的波形如图所示。
接收器 发送器 控制部件
并行输出
串行输出 状态、控 制信息
.
12
通用异步接收发送器（UART）
.
13
异步串行通信常用接口
➢TTL电平直接连接
➢RS-232C: 传输速度为20kbit/s，传输距离15英尺
➢RS-422、RS-485：
传输速度为10Mbit/s，传输距离300m—
1200m并能抑制共模信号干扰
.
17
例如：
启动发送 ：MOV SBUF，A ；SBUF （A） 启动接收 ：MOV A，SBUF ；A （SBUF）
说明：串行接收采用双缓冲结构，以避免在数据接 收过程中出现帧重叠错误,但发送数据时，由于CPU 是主动的，不会发生帧重叠错误,因此发送电路就 不需要双缓冲结构。
2.串行通信控制有关的寄存器