1、案例5-串口通信及其應用2014.11案例5-串口通信及其應用 遠程監控(監測與控制)系統上位機實現：編輯、查詢、統計、報表打印等管理功能;下位機實現： 監測：信號與數據采集等 控制等通信應用案例-多點溫度采集通信應用案例-多點溫度采集案例5-串口通信及其應用通信有線： RS232 、RS485、RS422、 CAN、 USB、以太網實驗室調試：RS232工業上采用差分方式傳輸（RS485、CAN、以太網）無線：低速紅外，高速紅外(IrDA)、藍牙(Bluetooth)、ZigBee 、無線局域網（WLAN）、蜂窩網絡（GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、 CDMA2000RS23

2、2 MAX232：5V MAX3232I：3.3VRS422/RS485 MAX485：5V MAX3485：3.3VCAN A82C250、 TJA1050 、 TJA1040 ：5V SN65HVD230：3.3VUSB以太網差分傳輸（RS485/422、CAN、以太網）無線數據傳輸無線數據傳輸無線模塊 433M無線收發模塊 CC1101傳輸距離： 開闊地200m以上2.4G nRF24L01P無線模塊 收發模塊傳輸距離：1000m以上串口轉zigbee 無線模塊 CC2530 傳輸距離： 1.6km MG323 GPRS/GSM模塊IrDA無線紅外-IrDA案例5-串口通信及其應用串行通

3、信標準RS232(RS232電平，通信距離10m)RS422/RS485(差分傳輸，傳輸距離5km,自定義通信機制)CAN(差分傳輸，傳輸距離5km，完善的通信機制)通信方式點對點點對多通信可靠性通信協議 多字節定長不定長校驗方式 和校驗 CRC校驗RS232通信接口通信接口臺式機:含RS232串口（COM1:9 Pin）筆記本：基本沒有RS232，可通過USB轉串口線實現DB9公頭DB9母頭RS232串口引腳RS232串口引腳功能腳位（Pin）簡寫功 能1CD載波偵測(Carrier Detect)2RXD接收字符(Receive)3TXD傳送字符(Transmit)4DTR數據端備妥(Da

4、ta Terminal Ready)5GND地線(Ground)6DSR數據備妥(Data Set Ready)7RTS要求傳送(Request To Send)8CTS清除以傳送(C1ear To Send)9RI響鈴偵測(Ring Indicator)三線制:交叉線PC機串口地址標準串口地址串口號串口地址中斷號COM13F82COM22F81COM33E84COM42E8380518051串口串口AT89S51/52有一個可編程的全雙工串口。可實現數據的異步收發:TXD端發送數據RXD端接收數據雙工:即能發送又能接收 全雙工:即能發送又能接收，且收發可同時進行 半雙工:即能發送又能接收，但

5、收發不能同時進行單工:只能發或只能收RS232、RS422是全雙工RS485、CAN是半雙工串口通信格式-異步TTL、CMOS電平異步通信格式(通過一根信號線實現數據傳輸)串口線無數據時，保持高電平(1)START BIT :起始位(0)，發送基準信號DATA WORD :發送數據位(8位)，低位先發PARITY BIT :奇偶校驗位（1位）STOP BIT :停止位（12位高電平）如圖發送數據為：11001011B 即0 xCB波特率(bps:bit per second):每位發送的時間相等:這與通信波特率有關提高傳輸距離措施-RS232電平傳輸TTL、CMOS電平傳輸距離1m，超出1m容

6、易受干擾。可提高傳輸電壓或差分方式提高抗干擾能力，有效提高傳輸距離。RS232電平：提高傳輸電壓,在波特率為9600bps時，有效傳輸距離為10m左右。Ch1:CMOS電平 Ch2:RS232電平RS232電平定義0電平: +3V+15V1電平：-3V-15VCMOS電平定義0電平: 0V1電平：5V問題：如圖所發數據？0011 0101B 0 x35波特率約為多少？RS232邏輯電平的定義0電平: +3V+15V1電平：-3V-15V TTL、CMOSRS232電平轉換TTL、CMOSRS232電平轉換電路RS232_RXDRS232_TXDTTL_CMOS_RXDTTL_CMOS_TXD提

7、高傳輸距離措施-差分傳輸將TTL、CMOS電平轉成雙路差分信號，通過雙絞線傳輸，有效抑制共模干擾信號（提高傳輸距離）采用專用芯片實現電平轉換。RS422、RS485、CAN都是采用該方式傳輸；在波特率為9600bps時，有效傳輸距離為5kmRS485/RS422接口電路MAX485驅動芯片引腳 DI:接收 RO：發送 RE#：接收使能 DE： 發送使能 A：差分同相 B：差分反相RE#、DE接在一起后接3V3：表示固定發送RE#、DE接RS485_C，可控發送接收 RS485_C=0:接收 RS485_C=1:發送CAN接口電路SJA1000T：CAN接口芯片，實現并行數據與CAN串行數據的互

8、轉；A82C250 ：CAN電平轉換芯片，實現TTL電平與差分電平互換A82C250、 TJA1050 、 TJA1040 ：5V SN65HVD230：3.3V若處理器內含CAN接口功能，則可省略SJA1000T差分保護電路由于差分傳輸距離長，容易受雷電的影響，造成電平轉換芯片、甚至CPU損壞，因此現場應用時要有一定的硬件保護措施電壓保護：TVS瞬態保護二極管SMBJ65CA（6.5V）電流保護：自恢復保險絲匹配電阻：在差分的最后一個終端信號間加一120歐姆的電阻，以解決串擾。RS485差分保護電路-光隔離RS485差分保護電路-光隔離差分保護電路-光隔離B0505S-1W:DC-DC模塊D

9、C-DC電源電路信號與電源全隔離同步通信同步(synchronous):多一路同步時鐘信號，傳輸速率高異步(asynchronous)8051串口 對應有兩個緩沖器SBUF。（共用一個地址）串口數據接收b=SBUF;/取串口數據串口數據發送SBUF=a;/開始發送8051 串口發送SBUF=a；/串口發送開始，發送完成需要一段時間 以9600bps為例，1位數據的發送時間為1/9600秒=0.104ms，若按上圖的11位格式發送完成一字節需11.5ms左右，因此發送后必須等待11.5ms以上才能執行下一次發送，否則會丟失數據；等待發送完成方法：可采用delay(N);方式延時，但此種方式對于N

10、的確定較困難，且不同的波特率，N的值又不一樣；為此8051單片機引入了TI（發送完成標志），當發送完成后硬件自動使TI=1，這樣只要等到TI標志即可認為發送完成。8051 串口發送與接收-查詢方式串口發送SBUF=0 x35;while(TI=0);/等待發送完成TI=0;/清發送標志SBUF=0 x35;while(TI=0);/等待發送完成TI=0; /清發送標志TI：transfer interrupt發送結束標志串口接收while(RI=0);/等待接收完成RI=0;/清接收標志b=SBUF;/接收數據RI：receive interrupt接收結束標志8051 串口發送與接收-中斷方

11、式8051串口發送與接收也可采用中斷方式當串口接收完成或發送完成后，硬件自動產生中斷標志(RI=1或TI=1) 此時若中斷允許(ES=1且EA=1),程序會立即停止當前主程序,自動跳轉到中斷號為n=4的中斷入口地址(8n+3=0 x0023)處執行中斷服務程序，因為進入該中斷有兩種可能(TI=1或RI=1)，因此不能自動對中斷標志清零(需判斷是TI=1還是RI=1引起的中斷); 此時若中斷不允許(ES=0或EA=0),則不執行中斷服務程序。8051 串口發送與接收-中斷方式8051 串口編程-查詢方式 【例1】如圖所示上位機發送數據a，下位機接收后回a+1/串口初始化函數void Sbuf_I

12、nit(void) void main(void)unsigned char a; Sbuf_Init(); /串口初始化while(1)/串口數據接收while(RI=0); /等待接收完成RI=0; /清接收標志a=SBUF; /接收數據/串口數據發送SBUF=a+1; /串口發送while(TI=0); /等待發送完成TI=0; /清發送標志/KbScan();/LedDisplay();查詢方式存在問題:下位機不知上位機何時發串口數據，若上位機一直不發，則之后的鍵盤掃描、數碼顯示程序無法執行。因此下位機應采用中斷方式接收。8051 串口編程-中斷方式 【例1】如圖所示上位機發送數據a，

13、下位機接收后回a+1/中斷服務程序void UART_ISR(void) interrupt 4 unsigned char a;if(RI)/接收產生的中斷RI=0;/清接收標志a=SBUF; /接收數據/串口數據發送SBUF=a+1; /串口發送while(TI=0); /等待發送完成TI=0; /清發送標志 void main(void) Sbuf_Init(); /串口初始化while(1)/KbScan();/LedDisplay();8051 串口編程-中斷方式 【例1】如圖所示上位機發送數據a，下位機接收后回a+1在串口中斷內采用查詢方式發送，按9600bps算，需等待1ms左右

14、才能發送完成，占用中斷時間較長，可將串口發送部分移到主程序執行。/中斷服務程序unsigned char Rxd_Data;/串口接收數據unsigned char Rxd_Over;/串口接收完成標志void UART_ISR(void) interrupt 4 if(RI)/接收產生的中斷RI=0;/清接收標志Rxd_Data=SBUF; /接收數據Rxd_Over=1;/置Rxd_Over標志 void main(void) Sbuf_Init(); /串口初始化while(1)if(Rxd_Over) /若接收完成/串口數據發送SBUF=a+1; /串口發送while(TI=0); /

15、等待發送完成TI=0;/清發送標志Rxd_Over=0; /清Rxd_Over標志/KbScan();/LedDisplay();8051 串口編程-初始化串口初始化 串口工作方式 SCON 波特率設置 TMOD TH1、TL1 ES、EA TR1/串口初始化函數void Sbuf_Init(void) SCON=; /串口工作方式/波特率設置 TMOD=;/T1工作方式 TH1=0 xfd; /T1計數初值 TL1=0 xfd;ES=1;EA=1;/串口中斷使能 TR1=1; /啟動定時器 8051 串口編程-初始化SM0、SM1:方式設置位 方式0:移位寄存器輸入輸出方式。數據通過RXD輸

16、入出，TXD輸出同步脈沖CP。該方式下，收發數據為8位，低位在前。波特率固定為fosc/12 方式1、方式3:波特率可設置，所不同是10位或11位(1位起始位+8位或9位數據位+1位停止位) 方式2、方式3:都是11位格式,但方式2波特率固定，方式3波特率可變。 波特率分析見下SM0SM1方式說 明波特率（bps）000同步移位寄存器fosc1201110位異步收發Baud=2SMOD(T1溢出率/32)10211位異步收發Baud=2SMODfosc6411311位異步收發Baud=2SMOD(T1溢出率/32)8051 串口編程-初始化SM2:多機方式控制位SM2=0:點對點SM2=1:點

17、對多REN(Receive Enable):串行接收允許控制位TB8(Transmit Bit 8):在方式2、3中,將被發送數據的第9位(奇偶校驗位等);RB8(Receive Bit 8) :接收數據第9位 在方式0中,該位不起作用; 在方式1中該位為接收數據的停止位; 在方式2、3中為接收數據的第9位;TI、RI發送/接收結束標志位,中斷內需手工清零。8051 串口編程-初始化SCON定義示例【例1】定義8051串口為10位波特率可設置的點對點方式 SCON=0 x50;/0101*00B【例2】定義8051串口為11位波特率可設置的點對點方式 SCON=0 xd0;/1101*00BS

18、M0SM1方式說 明波特率（bps）000同步移位寄存器fosc1201110位異步收發Baud=2SMOD(T1溢出率/32)10211位異步收發Baud=2SMODfosc6411311位異步收發Baud=2SMOD(T1溢出率/32)8051 串口編程-初始化波特率設置典型波特率 1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、57600bps、115200bps常用波特率 9600bps、19200bps、115200bps【例1】波特率位9600bps、115200bps，傳輸一位所需時間？傳輸一字節(10位)需時間？ 9600bps : 0.104

19、ms/位，1字節約1.04ms 115200bps: 8.68us/位， 1字節約86.8us【例2】若有1張1.44M字節的軟盤，采用9600bps按10位方式進行傳輸，傳輸完成共需多少時間？ t1=1.44*1024*1024*10/9600秒=1570秒=26分鐘 若采用115200bps t2= 1.44*1024*1024*10/115200秒=130秒8051 串口編程-初始化特特率設置8051單片機串口方式1、3為波特率可設置，計算公式為Baud=2SMOD(T1溢出率/32) / T1溢出率=1/ T1定時時間SM0SM1方式說 明波特率（bps）000同步移位寄存器fosc1

20、201110位異步收發Baud=2SMOD(T1溢出率/32)10211位異步收發Baud=2SMODfosc6411311位異步收發Baud=2SMOD(T1溢出率/32)foscnTTbaudSMODSMOD12*321*21*321*2321*2SMOD定時時間溢出率nfoscnfoscbaudSMODSMOD*384*212*32*2nfoscbaudSMOD*384:0 時nfoscbaudSMOD*192:1 時8051 串口編程-初始化特特率設置8051單片機串口方式1、3為波特率可設置，計算公式為nfoscbaudSMOD*384:0 時nfoscbaudSMOD*192:1

21、時n:定時器1計數次數以fosc=11.0592MHz為例，要實現9600bps的波特率，n=？n=fosc/384/9600=11059200/384/9600=3(整數)因此fosc=11.0592Mhz晶振的存在是合理的。8051 串口編程-初始化/串口初始化函數void Sbuf_Init(void) SCON=0 x50; /10位方式/波特率設置 TMOD=(TMOD&0 x0f)|0 x20;/T1方式2 TH1=0 xfd; /T1計數初值 TL1=0 xfd;ES=1;EA=1;/串口中斷使能 TR1=1; /啟動定時器 注意:T1方式2具有將TH1的8位計數初值自動

22、載入到TL1中功能；該自動載入是在溢出時由硬件自動完成的；T1必須要啟動T1中斷無需允許，這樣溢出時就不進入Timer1_ISR()8051 串口編程-初始化特特率設置8051單片機串口方式1、3為波特率可設置，計算公式為nfoscbaudSMOD*384:0 時nfoscbaudSMOD*192:1 時以fosc=11.0592MHz為例，能否實現19200bps的波特率？n=fosc/384/19200=11059200/384/19200=1.5(小數)/不能因此8051單片機提供了PCON(電源控制寄存器)，其SMOD為波特率倍增控制位。注意:PCON不能位尋址。8051 串口編程-串

23、口初始化/fosc=11.0592MHz,9600bps/串口初始化函數9600bpsvoid Sbuf_Init(void) SCON=0 x50; /10位方式/波特率設置PCON=0 x00; /波特率不倍增 TMOD=(TMOD&0 x0f)|0 x20;/T1方式2 TH1=0 xfd; /T1計數初值 TL1=0 xfd;ES=1;EA=1;/串口中斷使能 TR1=1; /啟動定時器 /fosc=11.0592MHz,19200bps/串口初始化函數19200bpsvoid Sbuf_Init(void) SCON=0 x50; /10位方式/波特率設置PCON=0 x80

24、; /波特率倍增 TMOD=(TMOD&0 x0f)|0 x20;/T1方式2 TH1=0 xfd; /T1計數初值 TL1=0 xfd;ES=1;EA=1;/串口中斷使能 TR1=1; /啟動定時器 8051 串口編程-波特率計算/【問題】若8051單片機fosc=11.0592MHz,則其能實現的波特率有哪些？采用C語言編程實現。#include stdio.hvoid main(void) float baud;float fosc=11059200;int i;for(i=0;i8);uchCRCHi =crcvalueuIndex&0 xff;return (uchC

25、RCHi8 | uchCRCLo);void main(void)unsigned char Rxd_buf8=0 x01,0 x03,0 x02,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;unsigned short int crc_value;crc_value=CRC16_S(Rxd_buf,6);/對Rxd_buf的前6字節求CRC16printf(%xt%xn,crc_value/256,crc_value%256);查表法CRC16校驗CRC校驗實現方法查表法（浪費空間）即時計算法（浪費時間）#include stdio.h/CRC16:即時計算法unsigned

26、 int CRC16_C(unsigned char *buf,unsigned char length)unsigned int crc_result=0 xffff;unsigned char i;while(length -)crc_result=*(buf+);for(i=0;i1)0 xa001;elsecrc_result=crc_result1;return (crc_result);void main(void)unsigned char Rxd_buf8=0 x01,0 x03,0 x02,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;unsigned shor

27、t int crc_value;crc_value=CRC16_C(Rxd_buf,6);/對Rxd_buf的前6字節求CRC16printf(%xt%xn,crc_value/256,crc_value%256);即時計算法類ModBus通信協議-定長8字節CRC16通信#define MODBUS_ADDR 0 x01#define MODBUS_RD 0 x03#define MODBUS_WDATA1 0 x02unsigned char RxD_buf8;unsigned char RX_OVER;void UART_ISR(void) interrupt 4 static unsi

28、gned char count=0;static unsigned char pre_data=0;static unsigned char mid_data=0;static unsigned char now_data=0;/if(RI)now_data=SBUF;if(pre_data=MODBUS_ADDR & mid_data=MODBUS_RD & now_data=MODBUS_WDATA1)RxD_buf0 = pre_data;RxD_buf1 = mid_data;RxD_buf2 = now_data;count=3;elseRxD_bufcount =

29、now_data;count+;if(count=8)count=0;RX_OVER=1;pre_data = mid_data;mid_data = now_data; RI=0; 類ModBus通信協議-定長8字節CRC16通信void main(void) unsigned short int crc_value;Sbuf_Init(); /串口初始化while(1)if(RX_OVER)crc_value=CRC16_C(RxD_buf,6);if(RxD_buf6=crc_value%256&RxD_buf7=crc_value/256)/CRC16校驗成功 RX_OVER=

30、0;通信調試方法-通信故障排查1、串口線連接問題沒連接計算機串口線壞用一根導線將DB9的Pin2與Pin3短接，采用Scomm32串口調試工具發送數據，看是否有接收2、單片機硬件問題用示波器連接單片的TXD引腳，程序發送數據，看是否有CMOS、RS232波形，從而判斷是否為硬件故障。3、軟件問題串口通信方式串口通信方式 串口通信方式串口通信方式點對點點對點 PCPC機與機與MCUMCU（PCPC與智能儀表間的通信）與智能儀表間的通信） MCUMCU與與MCUMCU點對多：多機通信點對多：多機通信串口通信模式-單字節發送 單字節通信，上位機主動 上位機程序 串口通信工具：scomm32 自己編程

31、： 控件實現（VB） API函數實現（VC） 下位機程序 接收：中斷方式 發送：查詢方式PC機串口通信實現 兩種方式實現控件MSCOMM32.OCX應用程序接口函數：API（OpenFile（）PC機串口通信（MSCOMM32.OCX）首先為工程添加MSCOMM32.ocx等控件添加如下代碼：包括串口初始化，發送、接收等操作Private Sub Form_Load() If MSComm1.PortOpen Then MSComm1.PortOpen = False 關閉串口 MSComm1.CommPort = 1 設置串口1 MSComm1.Settings = 9600,N,8,1 設置串口波特率 MSComm1.InputMode = comInputModeBinary 設置串口通信模式-二進制模式 MSComm1.InputLen = 1 設置每次從輸入緩沖區取出的字節數 If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True 打開串口End SubPC機串口通信（MSCOMM32.OCX）Public Sub Command1_Click() Dim ao(0 To 0) As Byte Dim av A