UART、SPI、I2C串口通信课件

1、UART、SPI、I2C串口通信,UART、SPI、I2C串口通信培训,UART、SPI、I2C串口通信,一、 UART通信 二、 SPI通信 三、 I2C通信,UART、SPI、I2C串口通信,UART、SPI、I2C串口通信,一、 UART通信,1.串行通信和并行通信 2.51系列单片机UART通信原理 3.C8051F系列单片机的串口及波特率配置,UART、SPI、I2C串口通信,1.串行通信和并行通信,数据通信：若干个数据设备之间的信息交换称为 数据通信。 两种方式：并行通信和串行通信。 并行通信：是指数据的各位同时传送，每一位数据都需要一条传输线并且需要若干条控制信号线，这种方式仅适

2、合于短距离的数据传输。 并行传输的特点是：传输速率快，接口电路简单。,UART、SPI、I2C串口通信,1.串行通信和并行通信的区别,串行通信：是指数据中的各位分时传送，此时只需要一条数据线，外加一条公共信号地线和若干条控制信号线。因为一次只能传送一位，所以对于一个字节的数据，至少要分8位才能传送完毕。 串行通信的特点：传输线少，长距离传输成本，但是传输控制比并行要相对复杂。 数据传输方式：单工、半双工和全双工。,UART、SPI、I2C串口通信,1.串行通信和并行通信,单工：A只能发信号，B只能收信号，信号单向传输。 半双工：A能发信号给B，B也能发信号给A，但是这两个 过程不能同时进行。最

3、典型的例子是对讲机。 全双工：A在给B发信号的同时B也能给A发信号。最典型的例子打电话。 波特率：波特率是指每秒内传送二进制数据的位数以 b/s和bps（位/秒）为单位。,UART、SPI、I2C串口通信,1.串行通信和并行通信,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。 起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输字符的开始。 数据位：紧接着起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟定位。 奇偶校验位：数据位加上这一

4、位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,U

5、ART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART工作原理： 发送数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当收到发送数据指令后，拉低线路一个数据位的时间T，接着数据按低位到高位依次发送，数据发送完毕后，接着发送奇偶校验位和停止位（停止位为高电位），一帧数据发送结束。 接收数据过程：空闲状态，线路处于高电位；当检测到线路的下降沿（线路电位由高电位变为低电位）时说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据，数据接收完毕后，接着接收并比较奇偶校验位是否正确，如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,

6、UART的接收数据时序为：当检测到数据的下降沿时，表明线路上有数据进行传输，这时计数器CNT开始计数，当计数器为24=16+8时，采样的值为第0位数据；当计数器的值为40时，采样的值为第1位数据，依此类推，进行后面6个数据的采样。如果需要进行奇偶校验，则当计数器的值152时，采样的值即为奇偶位；当计数器的值为168时，采样的值为1表示停止位，一帧数据接收完成。,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART波特率发生器：波特率是衡量数据传输速率的指标，表示每秒传送数据的字符数，单位为Baud。UART

7、的接收和发送是按照相同的波特率进行收发的。波特率发生器产生的时钟频率不是波特率时钟频率，而是波特率时钟频率的16倍，目的是为在接收时进行精确地采样，以提取出异步的串行数据。根据给定的晶振时钟和要求的波特率，可以算出波特率分频计数值。,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,51单片机串口的四种方式：,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,方式0：方式0时，移位时钟脉冲由56(即第6个状态周期，第12个节拍)给出，即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。所以，波特率为振荡频率的十二分之一，并不受PCON寄存器中SMOD的影响，即：

8、方式0的波特率fosc12,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,方式l和方式3的波特率方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定，故波特宰由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定，即：方式1和方式3的波特率2SMOD/32T1溢出率。其中，溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。 计数速率与TMOD寄存器中CT的状态有关。当CT0时，计数速率fosc2；当CT1时，计数速率取决于外部输入时钟频率。当定时器Tl作波特率发生器使用时，通常选用可自动装入初值模式(工作方式2)，在工作方式2中，TL

9、l作为计数用，而自动装入的初值放在THl中，设计数初值为x，则每过“256一x”个机器周期，定时器T1就会产生一次溢出。为了避免因溢出而引起中断，此时应禁止T1中断。这时，溢出周期为：,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART、SPI、I2C串口通信,2.51系列单片机UART通信,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,UART0的配置步骤： （1）UART0相关寄存器配置如：UART0控制寄存器SCON0的REN0位（接受允许），定时器控制寄存器TCON0的TR1位（开定时器1），时钟控制寄存器CKCON 的TIM位（定

10、时器1时钟选择），定时器方式寄存器TOMD，最后不要忘记打开UART的交叉开关。 （2）配置波特率：配置串口工作方式1，定时器使用方式2（自动重装载的8位计数器/定时器）,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,（3）注意使用时要禁止定时器1终端ET1=0；TI0和RI0也要注意软清零。,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,C8051F系列UART1的使用 （1）UART1包含一个由16位定时器和可编程预分频器构 成的专用波特率发生器，能产生很

11、宽范围的波特率。 （2）UART1有六个相关的特殊功能寄存器。三个用于波特率发生器（SBCON1、SBRLH1和SBRLL1），两个用于数据格式、控制和状态功能（SCON1和SMOD1），一个用于发送和接收数据（SBUF1）,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,（3）关于UART1我们应该知道的几点： UART1波特率是由一个专用的16位定时器产生的. 用三个寄存器（SBCON1、SBRLH1和SBRLL1）来配置波特率发生器。UART1波特率发生器控制寄存器（SBCON1，SFR定义19.4）使能或禁止波特率发生器，并为定时器选择预分频值。 对于可靠的

12、UART操作，建议不要将UART波特率配置为大于SYSCLK/16。,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机UART的使用,UART、SPI、I2C串口通信,二、 SPI通信,1.SPI通信简介及特点 2.SPI通信原理 3.C8051F系列单片机的SPI通信配置,UART、SPI、I2C串口通信,1.SPI通信简介及特点,SPI是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还

13、有数字信号处理器和数字信号解码器之间。 SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，,UART、SPI、I2C串口通信,1.SPI通信简介及特点,SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线： （1）MOSI SPI 总线主机输出/ 从机输入（SPI Bus Master Output/Slave Input）。 （2）MISO SPI 总线主机输入/ 从机输出（SPI Bus Master Input/Slave Output)。 （3）SCLK 时钟信号，由主设备

14、产生。 （4）CS 从设备使能信号，由主设备控制（Chip select），有的IC此pin脚叫SS。,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（用于单向传输时，也就是半双工方式）。 注：有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI。,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I

15、2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,2.SPI通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机的SPI应用,C8051F系列单片机的SPI0的访问和控制是通过系统控制器中的4个特殊功能寄存器实现的：控制寄存器SPI0CN、数据寄存器SPI0DAT、配置寄存器SPI0CFG和时钟频率寄存器SPI0CKR。,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机的SPI应用,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片

16、机的SPI应用,UART、SPI、I2C串口通信,3.C8051F系列单片机的SPI应用,UART、SPI、I2C串口通信,三、 I2C通信,1.I2C通信简介及特点 2.I2C通信原理,UART、SPI、I2C串口通信,1.I2C通信介绍及特点,I2C（InterIntegrated Circuit）总线是PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。,UART、SPI、I2C串口通信,1.I2C通信介绍及特点,UART、SPI、I2C串口通信,1.I2C通信介绍及特点,UART、SPI、I2C串口通信,1.I2C通信介绍及特点,I2C总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s在快速模式下可达400kbit/s在高速模式下可达3.4Mbit/s。,UART、SPI、I2C串口通信,2.I2C通信原理,UART、SPI、I2C串