1、Ch9 串行通信接口及應用串行通信接口及應用 9.1串行通信基礎 9.2MCS-51單片機的串行口 9.3點對點串行通信 9.4串行通信總線9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 總線及所連接的器件或設備構成了總線網絡。 在監測與控制領域，該總線網絡叫做分布式系統或集散系統； 若采用主從方式管理總線，則稱系統為一點對多點的多機通信系統； 若采用支持多主設備的管理方式，則稱為多點對多點的多機通信系統。 I2C總線 (Inter-Integrated Circuit)是Philips公司開發的一個雙向2線總線，用于IC之間的通信，也稱為Inter IC。 接口簡單，解決了數字控制電路設計中遇到

2、的很多接口問題，已成為一個事實上的國際標準。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 I2C總線-工作原理 總線器件 器件：連接到總線上的IC 發送器：發送數據到總線的器件；接收器：從總線接收數據的器件 主機器件：控制總線的器件；從機器件：被主機器件尋址的器件 每個器件都有一個唯一的地址識別，無論是MCU還是ADC、DAC； 連接到總線的器件數量只受總線的最大電容限制； 是一個多主機總線，當多個主機使用總線發生沖突或爭用時通過仲裁方法解決。 大多數應用為主從式，即MCU為主機，其它均為從機。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 I2C總線-工作原理 總線信號 SCL(serial

3、clock)：串行時鐘，雙向，用于同步數據位的傳輸，空閑時高電平；通常由主機發出，最大頻率為：標準模式100KHz、快速模式400KHz、超快速模式1MHz、高速模式3.4MHz； SDA(serial data)：串行數據，雙向，用于傳輸數據位，空閑時高電平 所有器件的輸出必須是漏極開路或集電極開路(線與)形式，總線要通過一個上拉電阻(R1、R2)連接到電源Vcc； 主要電氣規范：引腳最大輸入電容10pF低電平輸入電壓-0.50.3Vcc高電平輸入電壓 0.7Vcc Vcc(max) + 0.5 V或5.5 V，低電平輸入電流320mA，高電平輸入電流Ii 10A 9 串行通信接口及應用9.

4、4 串行通信總線 I2C總線-工作原理 數據傳送 數據傳送總是以一個啟始條件S開始、以一個停止條件P結束的； SDA上的數據只能在SCL處于低電平時才能改變，在SCL高電平時必須保持穩定； 發送到SDA線上的數據必須以字節(8 bit)為單位，首先傳輸的bit應該是MSB； 每個字節后必須跟一個響應位ACK，表示從機已接收到一個字節數據，方法是：主機釋放SDA(高電平)，從機將SDA變為低電平； 傳輸完成1字節后，緊接著傳輸下一個字節，每次傳輸的字節數不受限制，直至結束。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行E2PROM 24LC04B：內部結構 Microchip Technol

5、ogy Inc.生產的、符合I2C總線標準的E2PROM 4 KBit存儲器5128bit字節地址范圍000H01FFH SDA：串行數據 SCL：串行時鐘，最大頻率400KHz。 地址送入“Address Register and Counter”、通過“Y Decoder、X Decoder”選擇存儲器的Byte；數據送入“16 byte Data Buffer”； Control Logic完成I2C接口和存儲器讀寫操作控制， WP：寫保護輸入，禁止對保護存儲器區域進行與寫相關的任何操作； Vcc：電源正極輸入、范圍2.55.0VDC，Vss：電源負極， HV Generator：產生數

6、據寫入需要的高電壓。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行E2PROM 24LC04B：寫入數據 字節寫方式時序 1010B從機地址 A10A8存儲器字節地址高3位；R/W：讀寫控制位，0寫入、1讀出； 發出停止條件P后，24LC04B內部啟動數據寫入操作。 頁寫方式時序寫入16個字節后、發出停止條件P，啟動數據寫入操作。 沒有提供寫入完成狀態標志，但可以根據ACK進行判斷：9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行E2PROM 24LC04B：讀出數據 讀當前地址字節數據讀“Address Register and Counter”指定的數據字節 隨機讀字節數據讀任意地址的

7、數據字節先發送寫入控制字和地址，確定“Address Register and Counter”中的值；接著發送讀出控制字，隨后24LC04B輸出1字節數據；發送停止條件而不發送ACK，終止隨機讀。 讀出字節數據后，“Address Register and Counter”自動加1，指向下一個字節。 順序讀字節數據 在當前讀和隨機讀中，若主機發送ACK，則從機繼續輸出數據。9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口軟件模擬方法實現與24LC04B接口BFDAEQU56H；發送、接收緩沖區SCLEQUP1.0SDAEQUP1.19 串行通信接口及應用9.4 串行

8、通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；發送啟始條件子程序STC：SETBSDA；SDA=1NOPCLRSCL；SCL=0NOPSETBSCL；SCL=1NOP；延時，保證時序要求SETBSDA；SDA=1NOP；延時，保證時序要求CLRSDA；SDA=0NOPCLRSCL；SCL=0RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；發送停止條件子程序SPC：CLRSDA；SDA=0NOPCLRSCL；SCL=0NOPSETBSCL；SCL=1NOP；延時，保證時序要求CLRSDA；SDA=0NOP；延時，保證時序要求SETBSDA；SDA=1NOPCLRSC

9、L；SCL=0RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；發送1字節子程序T1B：MOVR2，#8；8bit計數T1B1：CLRSCL；SCL=0RLCA；CyD7(要發送的數據在A中)MOVSDA，C；SDACyNOP；延時，保證時序要求NOPSETBSCL；SCL=1NOP；延時，保證時序要求DJNZR2，T1B1RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；接收1字節子程序R1B：MOVR2，#8；8bit計數R1B1：CLRSCL；SCL=0：令24LC04B輸出1 bitNOP；延時，保證時序要求SETBSDA

10、；設置P1.1為輸入SETBSCL；SCL=1NOP；延時，保證時序要求NOPMOVC，SDA；Cy SDARLCA；D0Cy (讀出的數據在A中)DJNZR2，R1B1RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；讀出ACK子程序RACK：CLRSCL；SCL=0NOP；延時，保證時序要求NOPSETBSCL；SCL=1RAC1：MOVC，SDA；Cy SDAJCRAC1；無確認，等待RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；寫1字節數據子程序W1D：LCALLSTC；發送開始條件MOVA，#0A0H；發送寫入控制字

11、和高3位地址LCALLT1BLCALLRACK；讀出ACKMOVA，#10H；發送低8位地址LCALLT1BLCALLRACK；讀出ACKMOVA，BFDA；取要寫入的數據LCALLT1B；發送數據LCALLRACK；讀出ACKLCALLSPC；發送停止條件RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機的I2C接口；隨機讀1字節數據子程序R1D：LCALLSTC；發送開始條件MOVA，#0A0H；發送寫入控制字LCALLT1B；和高3位地址LCALLRACK；讀出ACKMOVA，#10H；發送低8位地址LCALLT1BLCALLRACK；讀出ACKLCALLSTC；發送開

12、始條件MOVA，#0A1H；發送讀出控制字LCALLT1BLCALLRACK；讀出ACKLCALLR1B；接收1字節LCALLSPC；發送停止條件MOVBFDA，A；保存數據RET9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 SPI工作原理 SPI (Serial Peripheral Interface)：串行外設接口，是一種串行總線， 采用3線連接方式和1個主機(Master)管理多個從機(Slave)的， 用于單片機與多個器件之間、或多個單片機之間的高速同步數據傳送。 8-Bit Shift Register：進行串入/并出與并入/串出的轉換 MISO (Master-In/Slave-O

13、ut)：主入從出，串行數據； MOSI (Master-Out /Slave-In)，主出從入，串行數據； SPI Clock Generator：產生移位寄存器需要的移位時鐘信號SCK SS (Slave Select)：主機輸出選擇從機，控制通信過程。 優點：數據傳送速度高，缺點：需要I/O口線選擇從機 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 SPI工作原理為了配合主從機的移位時序，主機SCK極性CPOL(Clock Polarity)、SCK與MISO、 MOSI間的相位關系CPHA (Clock Phase)是可變的。 CPHA = 0SCK=0 主機輸出SS選擇從機，主機MOSI

14、、從機MISO輸出MSB(b7)位； 主機輸出SCK，在SCK：主機將MISO上的數據位、從機將MOSI上的移入移位寄存器； 主機輸出SCK，在SCK：主機MOSI、從機MISO移出1位數據； 主機輸出8個SCK后，b0(LSB)已經移出，主機MOSI保持邏輯1、從機MISO輸出MSB； 主機將SS變高，從機MISO變為高阻狀態。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 SPI工作原理 CPHA = 1SCK=0 主機輸出信號SS選擇從機，從機MISO輸出LSB(b0)位； 主機輸出SCK，在SCK：主機MOSI、從機MISO移出1位數據； 主機輸出SCK，在SCK：主機將MISO上的數據

15、位、從機將MOSI上的移入移位寄存器； 主機輸出8個SCK后，b0(LSB)已經移出，主機MOSI保持邏輯1、從機MISO輸出其LSB； 主機將SS變高，從機MISO變為高阻狀態 。9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行閃存M25P1616 MBit閃存(Flash memory)芯片采用串行接口SPI，最高時鐘頻率75MHz 16 Mbit的組織2MByte32個區(sector)64KByte/區256Byte為1頁(page)字節地址范圍000000H0FFFFFH read-only memory area：存儲芯片標識碼(ID) Status Register：包含狀態位和

16、控制位9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行閃存M25P16 D：串行數據輸入，它通過I/O Shift Register接收指令、地址和數據 指令送入Control Logic，控制芯片工作狀態， 地址送入Address Register and Counter、通過Y Decoder、X Decoder選擇存儲器的Byte， 數據通過“256 byte Data Buffer”寫入存儲器。 Q：串行數據輸出9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行閃存M25P16 C：移位時鐘，/S：芯片選擇輸入 支持SPI的模式 規律：在時鐘C移入數據，在時鐘C移出數據。 /W：寫保護輸

17、入 /HOLD：暫停串行數據 Vcc：電源正極輸入、范圍2.73.6VDC，Vss：電源負極， High voltage Generator：產生數據寫入需要的高電壓。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行閃存M25P16 按字節讀出的指令時序讀出數據有按字節讀和按字節高速讀2種方式 /S選擇M25P16； 接收1 byte按字節讀數據指令碼(03H)； 接收24 bit地址A23A0，地址可以是000000H0FFFFFH中的任何值； 輸出1 byte讀數b7b0，輸出后地址自動加1； 若繼續輸出數據字節，保持/S低，繼續輸出；若不，使/S結束指令。 9 串行通信接口及應用9.4

18、 串行通信總線 串行閃存M25P16 頁寫入方式寫入數據的指令時序即一次寫入256字節數據，且頁地址最好從00H開始。 /S選擇M25P16； 接收1 byte寫入數據頁指令碼(02H)； 接收24 bit地址A23A0，地址可以是000000H0FFFFFH中的任何值；9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 串行閃存M25P16 頁寫入方式寫入數據的指令時序 接收第1 byte數據；接收第2 byte數據， ； 接收256 byte數據后，使/S結束指令，M25P16開始寫入數據。 在寫入數據前必須先清除(Erase)存儲器，清除就是把存儲器內容寫入1。一次可以清除1個區，也可一次清除整

19、個存儲器芯片9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機擴展閃存當需要存儲大量數據時，使用串行閃存擴展是一個合適的方法。 D3：線性集成穩壓器，為D2提供3V電源； D4：OC輸出門(74LVC07)，作用是轉換邏輯電平。 AT89S53與MCS-51單片機兼容，但內部含有SPI接口。9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機擴展閃存 為了操作SPI設立了SPCR、SPSR和SPDR等SFR。 SPDR：SPI數據寄存器，發送與接收的同名、同地址。 SPCR：SPI控制寄存器 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機擴展閃存 SPSR

20、：SPI狀態寄存器9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機擴展閃存MOVP1，#0FFH；初始化SPIANLSPCR，#0BFH；SPE=0MOVSPCR，#0；SPIE=0，SPE=0，；DORD=0，MSTR=1ORLSPCR，#12H；CPOL=0，CPHA=0，；SPR1=1，SPR0=0NOPORLSPCR，#40H；SPE=1，打開SPIS1BSPI：MOVSPDR，A；寫入1 Byte：A = 要寫入的數據S1BSP1：MOVA，SPSR；讀狀態寄存器JNB ACC.7，S1BSP1 ；發送完成?RET；是：返回9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 M

21、CS-51單片機擴展閃存；寫入256字節WRDAT：LCALLWRMEN；M25P16寫使能MOVDPTR，#2000H；緩沖區首地址CLRP1.4；選擇M25P16MOVA，#02H；發送頁數據寫入指令LCALLS1BSPIMOVA，#00H；發送24 Bit地址：A2316LCALLS1BSPIMOVA，#08H；發送24 Bit地址：A158LCALLS1BSPIMOVA，#00H；發送24 Bit地址：A70LCALLS1BSPI9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機擴展閃存；寫入256字節MOVR6，#0；256字節計數WRDA1：MOVXA，DPTR；取1字

22、節MOVSPDR，AWRDA2：MOVA，SPSR；讀狀態寄存器JNB ACC.7，WRDA2 ；1字節發送完成?INCDPTR；修改地址指針DJNZR6，WRDA1；256字節發送完成?MOVA，SPDR；復位SPIESETBP1.4；啟動M25P16頁寫入9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機擴展閃存；寫入256字節WRDA3：NOPCLRP1.4；讀M25P16狀態寄存器MOVA，#05H；發送指令LCALLS1BSPIMOVSPDR，#00H；寫入數據為00H或任意WRDA5：MOV A，SPSR；讀狀態寄存器JNB ACC.7，WRDA5 ；接收完成?SETB

23、P1.4MOVA，SPDR；是：讀取狀態寄存器JBACC.0，WRDA3 ；頁寫入結束?RET；返回9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信多個MCS-51單片機之間可進行多機通信，構成一個芯片級主從式總線分布式系統。 只有1個單片機為主機，其它單片機均為從機； 為了識別從機，必須給它們預先分別分配一個唯一的地址或編號1N。 支持多機通信硬件條件在方式2、3時，SM2和RB8對RI的控制手段：SM2=1、RB8=0：不置位RI9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信 多機通信方法 主機首先發送從機地址，且置RB8=1；發送數據時，置R

24、B8=0； 從機初始化后，均置SM2=1，通過RI等待接收自己的地址； 從機接收1字節數據(地址)后，與預置的自己的地址進行比較；相等：主機要與自己進行通信(被尋址)；置SM2=0，以便后續數據的RB8=0能激活RI；不相等：主機不是與自己通信的，保持SM2=1；主機發送后續數據時RB8=0，不會激活RI。9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信MCS-51單片機的串行口是一個UART，那么如何傳送一個數據包呢? 自定義十六進制數據包 地址：從機地址，1個字節；數據1N：要傳送的數據，均為1個字節；校驗碼：占1或2個字節，可按照以前介紹的方法得到。 如何確定一個數

25、據包開始和結束呢?連續發送數據包，一旦接收字節的時間間隔大于某個值(如5ms)，就表明當前數據包已經發送完成，當然隨后的也將是新的數據包?？梢栽O立一個定時器監督接收字節的間隔，一旦間隔大于5ms就讀取并處理接收的數據包，處理完成后準備接收新的數據包。 9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信 現有MCS-51單片機的fosc =11.0592MHz，請編寫程序實現主從式多機串行通信，波特率為19200BPS。 解：根據題意，設置串行口工作在方式3，使用CT1產生收發時鐘，使用CT0監督接收字節的時間間隔。為了便于編程和提高程序執行效率，設立必要的標志和緩沖區。 主

26、機程序BFSREQU80H；接收緩沖區 80HFFHBFSTEQU0FFH；發送緩沖區 FFH80HSADREQU30H；從機地址TSCREQU31H；串行接收時間間隔定時器MKSCEQU20H.0；正在串行接收標志MKSREQU20H.1；接收到一個數據包標志MKSTEQU20H.2；串行發送任務標志9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-主機程序ORG0000H LJMPSTR；初始化ORG000BH；CT0溢出中斷中斷服務程序入口PUSHPSWLJMPT0INTORG0023H；串行口中斷服務程序入口地址PUSHACCPUSHPSW LJMPSCINTST

27、R：ORLP3，#01H；P3.0為輸入 MOVIE，#12H；EA=0，ES=1，ET0=1MOVTCON，#00H；關閉CT0、CT1MOVIP，#10H；串行口中斷優先級最高9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-主機程序MOVTMOD，#21H；CT1定時方式2，產生收發時鐘MOVTH0，#0EEH；CT0定時方式1，5ms初值MOVTL0，#07H；要考慮中斷響應和重裝初值指令MOVTH1，#0FDH；波特率=9600BPS的初值MOVTL1，#0FDHMOV20H，#0；復位各種標志ORLPCON，#80H；SMOD=1，波特率=19200BPSMO

28、VSCON，#0C0H ；Mode 3/9-bit，SM2=0ORLTCON，#50H；啟動CT0、CT1SETBEA；開中斷MAIN： ；主機主程序JNBMKST，MAN1；有發送任務?CLRMKST9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-主機程序；主機主程序 ；組織發送數據到發送緩沖區MOVR1，#BFST；發送緩沖區指針MOVR3，#N；發送字節數，包括從機地址字節MOVA，SADR；取從機地址SETBTB8；TB8=1表示發送的是從機地址MOVSBUF，A；啟動串行發送MOVR0，#BFSR；接收緩沖區指針CLRMKSC；清除正在串行接收標志MAN1：J

29、NBMKSR，MAIN；接收到一個數據包?CLRMKSR ；處理數據包LJMPMAIN9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-主機程序SCINT：；主機RI+TI中斷服務程序JBTI，SCIS；發送中斷?JBRI，SCIR；接收中斷?SCIE：POPPSWPOPACCRETISCIS：CLRTI；清除發送中斷標志DJNZR3，SCIS1；發送結束?SETBREN；是：打開接收，等待響應SJMPSCIESCIS1：MOVA，R1；否：繼續發送CLRTB8；TB8=0表示發送的是數據MOVSBUF，A；發送DECR1；修改發送緩沖區指針SJMPSCIE9 串行通信接

30、口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-主機程序SCIR：CLRRI；清除接收中斷標志MOVTSCR，#0；復位時間間隔定時器SETBMKSC；置位正在串行接收標志MOVA，SBUF；讀接收的數據字節MOVR0，A；保存數據INCR0；修改接收緩沖區指針SJMPSCIET0INT：MOVTL0，#0EEH；主機CT0溢出中斷中斷服務MOVTH0，#07H；重裝入初值INCTSCR；時間間隔計數(5ms計數)CJNETSCR，#2，T0I9；=10ms?MOVTSCR，#0JNBMKSC，T0I9；正在串行接收?SETBMKSR；置位接收到一個數據包標志T0I9：POPPSW；

31、恢復斷點現場RETI9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-從機程序BFSREQU80H；接收緩沖區 80HFFH ；與主機的相同MKADEQU20H.0；本機已被尋址標志MKSREQU20H.1；接收到一個數據包標志ORG0000H LJMPSTR；初始化ORG000BH；CT0中斷中斷服務程序入口PUSHPSWLJMPT0INTORG0023H；串行口中斷服務程序入口地址PUSHACCPUSHPSWLJMPSCINTSTR：ORLP3，#01H；P3.0為輸入9 串行通信接口及應用9.4 串行通信總線 MCS-51單片機多機通信-從機程序 ；與主機的相同MOVSCON，#0E0H；Mode 3/9-bit，SM2=1ORLTCON，#50H；啟動CT0、CT1SETBREN；打開串行口接收SETBEA；開中斷MAIN： ；從機主程序JNBMKSR，MAIN；接收到一個完整數據包?CLRMKSR ；處理數據包，并發送響應數據LJMPMAINSCINT：；從機RI+TI中斷服務程序JBTI，SCIS；發送中斷?JBRI，SCIR；接收中斷?SCIE：POPPSWP