模块七通信系统的设计.doc

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模块七通信系统的设计

模块七 通信系统的设计 本章主要介绍单片机串行通信系统的概念及应用。串行通信功能模块对于单片机的应用具有重要的作用和地位,我们从单片机串行口的控制使用方法,典型应用系统——秒表的设计制作,单片机与计算机串行口通信以及多机串口通信等方面阐述,从而达到掌握串口的控制和应用的基本方法。 【教学聚焦】 知识目标: 1、了解单片机的串行口通信基础 2、掌握单片机的串行通信的过程 3、掌握串行口的控制方式 技能目标: 1、能够熟悉单片机的串行口的结构 2、能够掌握串行口的工作方式 3、能掌握多个单片机间的串行通信方式 【课时建议】8课时 教学重点:单片机的串行口通信基础 教学难点:单片机的串行口的结构和工作方式 【课堂随笔】 项目7.1串行通信基础知识 在有悠久历史的中国,通信的起源至少可以追溯到周朝。众所周知,中国历史上有周幽王烽火戏诸侯的故事。这个故事就是古代应用光通信的见证,它证明光通信在中国的应用至少可以追溯到公元前800年,这在世界上也是领先的。烽火是非常原始的通信,而且是最简单的二进制数字通信。它利用有或无光信号表示有或无“敌情”。 图7-1 航天卫星测控系统示意图 2012年6月18日下午,神舟九号飞船与天宫一号空间站完成自动交会对接,我们通过安装在飞船上的摄像机等设备,欣赏到从太空眺望地球的美景,听到航天员与地面指挥员的对话,看到航天员在飞船内的“空翻”表演,这一切则要依靠非常重要的测控与通信系统。 我们从中可以归纳通信的几个要素: 两个或两个以上的通信主体(信源和信宿)。 可用的通信媒介(信道)。 达成一致的通信语言(通信协议)。 从单片机的角度来看,因为AT89C51系列单片机具有串行口的通信机制,以单片机或计算机作为通信的主体,以串行信道作为通信的媒介,以单片机串口的逻辑电平、数据格式、数据传输波特率等作为通信的协议基础,单片机也就具有了多系统信息传递,协同工作的能力,这也就为单片机的多系统控制和应用打开了崭新的天地。 7.1.1 串行口的结构 对于单片机,它跟通用计算机一样,具有串行通信的结构,也就是通用的异步接收器/发送器UART。在串行传送中,数据是一位一位按顺序进行的,而计算机内部的数据是并行的。因此当计算机向外发送数据时,必须将并行的数据转换为串行的数据再行传送。反之,又必须将串行数据转换为并行数据输入计算机中。上述并 →串或串 →并的转换既可用软件实现,也可用硬件实现。但由于用软件实现会使CPU的负担增加,降低了其利用率,故目前往往用硬件办法完成这种转换。 在串行数据传输时,分为异步(asynchronous)和同步(synchronous)两种方式。AT89C51单片机的串行口采用的是异步传输方式,每次串行口通信时只发送或接收1个字节的数据。通用的异步接收器/发送器,简称UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),正是这个UART结构实现了单片机与外界的全双工异步数据通信,它是串行接口的核心部件,现介绍如下: 图7-2 硬件UART电路 硬件UART电路如图7-2所示,它既能发送,由并行 →串行输出,又能接受,由串行 →并行输入。对每一方来说都是一个双缓冲器结构。当UART接收数据时,串行数据先经RXD端(Receiver Data)进入移位寄存器,再经移位寄存器输出并行数据到缓冲器,最后通过数据总线送到CPU;当UART发送信息时,先由CPU经数据总线将并行数据送给缓冲器,再由并行缓冲器送给移位寄存器,最后逐位由TXD(Transmitter Data)端输出。所有这些工作都是在时钟信号和其它控制信号作用下完成的。 为了检测传送中可能发生的错误,UART在发送时会检查每个要传送的字符中的“1”的个数。自动在奇偶校验位上添“l”或“0”,使得“1”的总和(包括奇偶校验位)在偶校验时为偶数。奇校验中为奇数。UART在接收时会检查字符中的每一位(包括奇偶校验位)计其“1”的总和是否符合要求,以确定是否发生传送错误。在UART中设置有出错标志,一般有以下三种: (1)奇偶错误(Parity error); (2)帧错误(Frame eror),表示字符格式不符合规定; (3)溢出(丢失)错误(Overrun error)。 一旦传送中出现上述错误,会发出出错信息。 UART是用外部时钟的方法与数据进行同步的。外部的时钟周期Tc和数据中每一位数据所占的时间Td有如下关系: 其中K=16或64 若K=16,在每一个时钟脉冲的上升沿采样接收数据线,当发现了第一个“0”(即起始位的开始),以后又连续采样8个“0”,则确定它为起始位(不是干扰信号),然后开始读出接收数据的

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