Bài giảng Vi xử lý - Chương 3: Họ vi điều khiển 8051 - Phần 3.6: Cổng nối tiếp (Serial Port)

Nội dung text: Bài giảng Vi xử lý - Chương 3: Họ vi điều khiển 8051 - Phần 3.6: Cổng nối tiếp (Serial Port)

1. Hiệu đính từ slide của thầy Hồ Trung Mỹ Bộ môn Điện tử - DH BK TPHCM CHƯƠNG 3 HỌ VI ĐiỀU KHIỂN 8051 1
2. 3.6 Cổng nối tiếp (Serial Port) 2
3. Các hoạt động cổng nối tiếp của 8051 • Giới thiệu • Chuẩn EIA(Electronic Industries Association)-232E hoặc RS232 • Giao tiếp cổng nối tiếp MCS-51/52 • Ứng dụng của chế độ 0 • Ứng dụng của chế độ 1 • Ứng dụng của chế độ 2 & 3 3
4. Truyền dữ liệu nối tiếp •Truyền dữ liệu khoảng cách xa •Tốc độ truyền dữ liệu thấp •Truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ – Dùng tín hiệu clock riêng để đồng bộ hóa mạch thu và phát. –Thường dùng khung dữ liệu lớn hơn và nhanh hơn. •Truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ – Không cần tín hiệu clock riêng để đồng bộ hoá chuyển dữ liệu. –Dựa trên ký tự. Mỗi ký tự được đóng khung bằng “start bit” và “stop bit”. – Bên thu cần nhận dạng “start bit” và “stop bit” để nhận đúng ký tự dữ liệu. 4
5. Truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ (synchronous) và bất đồng bộ (asynchronous) với 8051 5
6. Đường truyền dữ liệu cơ bản DTE: Data Terminal Equipment Communication link DCE: Data Communications Equipmnent DTE DCE DCE DTE Computer or Modem Modem Computer or terminal terminal •Người ta có thể sử dụng đường điện thoại công cộng hoặc dành riêng làm môi trường truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. • Modem được dùng để chuyển đổi dữ liệu số thành dạng sóng analog thích hợp cho việc truyền trên đường dây điện thoại và ngược lại. •Có2 kiểu đường truyền: Điểm đến điểm và Đa điểm. 6
7. Đường truyền Điểm đến điểm và Đa điểm Rx StationTx Station Rx Tx Peer Peer Master Slave 1 Slave 2 Slave n Address 1 Address 2 Address n 7
8. Cơ bản về các đường truyền •Hệ thống 2 dây và 4 dây: – 2 dây: tín hiệu và đất. – 4 dây: 2 bộ 2 dây. •Các kiểu đường truyền: – Đơn công (Simplex link): đường dây dành riêng cho thu hoặc phát chứ không cả hai. – Bán song công (Half-duplex link): đường dây có thể dùng cho phát hoặc thu nhưng mỗi lần chỉ có 1 chiều. – Song công (Full-duplex link): Phát và thu có thể tiến hành đồng thời. Đường truyền cần 4 dây. 8
9. Cơ bản về các đường truyền Signal pattern for letter “A” (41H) Start bit Stop bit 5V Serial port 0V 0010010 0 0 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 >+3V <-3V RS232 mark space 9
10. EIA-232-E or RS-232 • EIA-232-E or RS-232 can apply to the following data communication schemes: – Serial communications – Synchronous and asynchronous – Dedicated leased or private lines – Switched service – Two wire or four wire – Point to point or multipoint • 4 aspects in EIA-232-E interface: mechanical, functional, procedural, and electrical. 10
11. EIA-232-E Mechanical Characteristics • 25-pin DB25 /9-pin DB9 plug connector. 11
12. DB-9 Signals 12
13. EIA-232-E Connector and Pin Assignment Signal direction Signal Name Signal Name Signal direction to DCE Secondary TxD 14 1 protective ground Both to DTE Tx clock 15 2 TxD to DCE to DTE Secondary RxD 16 3 RxD to DTE to DTE Rx clock 17 4 Request To Send to DCE unassigned 18 5 Clear To Send to DTE to DCE Secondary Request To Send 19 6 Data Set Ready to DTE to DCE Data Terminal Ready 20 7 Signal ground Both to DTE Signal Quality Detect 21 8 Carrier Detect to DTE to DTE Ring indicator 22 9 Reserved Both Data Rate Select 23 10 Reserved to DCE Tx clock 24 11 Unassigned unassigned 25 12 Secondary Carrier Detect to DTE 13 Secondary Clear To Send to DTE 13
14. Functions of EIA-232-E Interchange Circuits 1 - Shield 2 BA Transmitted data 3 BB Received data 4 CA/CJ Request to send/ready for receiving 5 CB Clear to send 6 CC DCE 7 AB Signal common 8 CF Received line signal detector 9,10,11 - (Reserved for testing, unassigned) 12 SCF/CI Secondary received line signal detection/data range selector (DCE source) 13 SCB Secondary clear to send 14 SBA Secondary transmitted data 15 DB Transmitter signal element timing (DCE source) 16 SBB Secondary received data 17 DD Received signal element timing 18 LL Local loopback 19 SCA Secondary request to send 20 CD DTE ready 21 RL/CG Remote loopback/signal quality detector 22 CE Ring indicator 23 CH/CI Data signal rate selector (DTE/DCE source) 24 DA Transmitter signal element timing (DTE source) 25 TM Test mode 14
15. EIA-232-E Procedural Characteristics DTE DCE DCE DTE X EIA-232 X Y EIA-232 Y Signal GND (7) Signal GND (7) DTE ready (20) -> Request to send(4) -> carrier on carrier detect (8) -> data send data receive (3) -> send timing (24) -> receive timing (17) -> EOT send (2) -> EOT send EOT receive (3) -> send timing (24) -> receive timing (17) -> RTS off (4) -> error check carrier off carrier off (8) -> - 15
16. Data Transmission Errors • Framing error: when a received character is improperly framed by the start and stop bits; it is set by the absence of stop bit. • Receive overrun: one or more characters in the data stream were lost. • Parity error: received character parity error. 16
17. Null Modem Connection When 2 DTEs are very close, no need to use modems to connect them. Pin Circuit name DTE X DTE Y 22 Ring indicator CE CE 20 Data terminal ready CD CD 8 Data carrier detect CF CF 6 Data set ready CC CC 5 Clear to send CB CB 4 Request to send CA CA 3 Receive data BB BB 2 Transmit data BA BA 24 Transmitter timing DA DA 17 Receiver timing DD DD 7 Signal ground AB AB 17
18. Interfacing a μp with 232 • Transmission: – Convert data from parallel to serial format – Add start, stop, and optional parity bits to the serial data. – Translate the voltage levels to those of the EIA-232-E standard. (transceiver chip: MAX 232, MC145403, etc.) • Reception: – Translate the voltage levels of the incoming data stream to those used in the μp. – Detect the start and stop bits. – Optionally perform parity checking – Convert serial data into parallel format. 18
19. Sơ đồ khổi cổng nối tiếp của 8051 Cù ng đị a c hỉ 19
20. Các đặc tính của cổng nối tiếp 8051 • Song công (ful-duplex) • Có đệm khi thu (bộ đệm 1 byte) • Có 4 chế độ làm việc (0 - 3) • Lập trình dễ dàng để: • Chọn tốc độ (cố định (on-chip OSC/12 hoặc OSC/64), hoặc thay đổi được (T1)) • Chọn chế độ làm việc • Cho chạy (SCON) • Dễ sử dụng • Truyền dữ liệu: MOV SBUF, A • Nhận dữ liệu: MOV A, SBUF 20
21. Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp SCON 21
22. Các chế độ hoạt động của cổng nối tiếp Trước khi sử dụng cổng nối tiếp, SCON được khởi tạo trị với chế độ đúng, và v.v Thí dụ, các lệnh sau MOV SCON, #01010010B khởi tạo trị cho cổng nối tiếp ở chế độ 1 (SM0/SM1=0/1), cho phép bộ thu (REN=1) và đặt cờ ngắt phát (T1=1) để chỉ bộ phát sẵn sàng hoạt động. 22
23. Chế độ 0:Thanh ghi dịch 8 bit (1/2) 23
24. Chế độ 0:Thanh ghi dịch 8 bit (2/2) 24
25. Chế độ 1: UART 8 bit có tốc độ baud thay đổi được (1/3) • Ở chế độ 1, 10 bit được phát đi trên TXD hoặc được thu vào ở RXD. Các bit này bao gồm 1 bit bắt đầu (luôn luôn là 0), 8 bit dữ liệu (LSB đi trước), và 1 bit dừng (luôn luôn là 1). • Để hoạt động bộ thu, bit dừng đi vào RB8 trong SCON. Trong 8051, tốc độ baud được đặt bằng tốc độ tràn của Timer 1. 25
26. Chế độ 1: UART 8 bit có tốc độ baud thay đổi được (2/3) •Việc phát được khởi động bằng cách ghi vào SBUF, nhưng không thật sự bắt đầu cho đến khi cạnh xuống kế của bộ đếm chia 16 cung cấp tốc độ bau cổng nối tiếp. Dữ liệu được dịch ra trên đường TXD bắt đầu bằng bit bắt đầu (start bit), theo sau là 8 bit dữ liệu, và kế đến là bit dừng. Chu kỳ của mỗi bit là nghịch đảo của tốc độ baud được lập trình trong timer. Cờ ngắt để phát (TI) được đặt lên 1 ngay khi bit dừng xuất hiện trên TXD . sự kiện đồng bộ hóa 26
27. Chế độ 1: UART 8 bit có tốc độ baud thay đổi được (3/3) • Việc thu được khởi động bởi chuyển tiếp 1 sang 0 ở RXD. Bộ đếm chia 16 được reset tức thời để đồng chỉnh các số đếm với chuỗi bit đến. Chuỗi bit đến được lấy mẫu ở giữa 16 lần đếm. • Giả sử bộ thu phát hiện bit bắt đầu hợp lệ thì tiếp tục nhận ký tự. Bit bắt đầu được bỏ qua và 8 bit dữ liệu được nhịp vào thanh ghi dịch cổng nối tiếp. Khi tất cả 8 bit đã được nhịp vào thì xảy ra: • Bit thứ 9 (bit dừng) được nhịp vào RB8 trong SCON. • SBUF được nạp với 8 bit dữ liệu, và • Cờ ngắt của bộ thu (RI) được đặt lên 1. • Tuy nhiên các điều trên chỉ xảy ra nếu có các điều kiện sau: • RI = 0, và • SM2 = 1, và bit dừng nhận được = 1, hoặc SM2=0. • Yêu cầu RI = 0 để bảo đảm rằng phần mềm đã đọc ký tự trước (và đã xóa RI).kiện thứ 2 thì hơi phức tạp, nhưng chỉ áp dụng trong chế độ truyền thông đa xử lý. Nó hàm ý “Không được đặt RI lên 1 trong chế độ27 truyền thông đa xử lý khi bit dữ liệu thứ chín là 0”.
28. Chế độ 2: UART 9 bit có tốc độ baud cố định • Khi SM0 =1 và SM1 = 0, cổng nối tiếp hoạt động ở chế độ 2 như UART 9 bit với tốc độ baud cố định. • Mười một bit được phát hoặc thu: 1 bit bắt đầu, 8 bit dữ liệu, 1 bit dữ liệu thứ 9 lập trình được, và 1 bit dừng. • Khi phát, bit thứ 9 là nội dung của bit TB8 trong SCON. • Khi thu, bit thứ 9 thu được được đặt trong RB8. • Tốc độ baud ở chế độ 2 là 1/32 hay 1/64 tần số mạch dao động trên chip (xem thêm mục tốc độ baud cổng nối tiếp). 28
29. Chế độ 3: UART 9 bit có tốc độ baud thay đổi được • Chế độ 3 giống với chế độ 2 ngoại trừ tốc độ baud được lập trình và được cung cấp bởi timer. • Thật ra các chế độ 1, 2, và 3 rất giống nhau. Sự khác biệt là tốc độ baud (cố định trong chế độ 2, thay đổi được trong chế độ 1 và 3) và số bit dữ liệu (8 trong chế độ 1, 9 trong chế độ 2 và 3) 29
30. Khởi tạo trị và truy cập các thanh ghi cổng nối tiếp • Các tác vụ với cổng nối tiếp – Cho phép bộ thu –Truyền (thu/phát) dữ liệu nối tiếp – Thêm bit kiểm tra chẳn lẽ –Các cờ ngắt – Đặt tốc độ baud cho cổng nối tiếp –Truyền thông đa xử lý 30
31. Cho phép bộ thu – Truyền dữ liệu nối tiếp Sử dụng các bit trong thanh ghi SCON • Cho phép bộ thu (REN – bit 4) SETB REN Hoặc MOV SCON, #xxx1xxxxB ; với x=0/1 • Các cờ ngắt RI, TI: Các cờ này được bật lên bởi phần cứng nhưng phải được xóa bằng phần mềm. • RI = 1: Bộ đệm nhận đầy; TI = 1: Bộ đệm phát rỗng 1. Thu nối tiếp: 2. Phát nối tiếp: WAIT: JNB RI, WAIT WAIT: JNB TI, WAIT CLR RI CLR TI MOV A, SBUF MOV SBUF,A 31
32. Thêm bit kiểm tra chẳn lẽ – bit kiểm tra chẳn lẽ -TB8 • kiểm tra chẳn/lẽ (nếu không có dòng (*) là chẳn) ; qua bit nhớ C MOV C, P CPL C ; kiểm tra lẽ (*) MOV TB8, C MOV SBUF, A ; ở chế độ 1: 7-bit + 1 parity-bit CLR ACC.7 MOV C, P MOV ACC.7, C MOV SBUF, A •Nếu Parity luôn luôn bằng 1 ⇒ có 2 bit dừng 32
33. Đặt tốc độ baud cho cổng nối tiếp Cách đặt SMOD lên 1 MOV A,PCON SETB ACC.7 MOV PCON,A 33
34. Sử dụng Timer 1 làm xung nhịp tốc độ baud • Khởi tạo trị TMOD ở chế độ timer 8 bit tự động nạp lại trị đầu (chế độ 2 của timer) và đặt giá trị nạp lại vào TH1 để cho tốc độ tràn bằng tốc độ baud. TMOD được khởi tạo trị như sau: MOV TMOD, #0010xxxxB với “x” có giá trị 0 hay 1 cần cho Timer 0. • Đặt tốc độ baud rất thấp bằng cách dùng Timer 1 chế độ 16 bit , với TMOD = #0001xxxxB. Tuy nhiên phải khởi tạo trị lại các thanh ghi TL1/TH1 sau mỗi lần tràn. Việc này sẽ được thực hiện trong chương trình phục vụ ngắt. • Một lưa chọn khác là cung cấp xung nhịp Timer1 bằng xung nhịp bên ngoài qua chân T1 (P3.5). Tốc độ baud là 1/32 tốc độ tràn của Timer 1. •Do đó công thức để xác định tốc độ baud trong các chế độ 1 và 3 là Tốc độ baud = 1/32 Tốc độ tràn của Timer 1 Thí dụ: hoạt động 1200 baud cần tốc độ tràn như sau 1200 = 1/32 Tốc độ tràn của Timer 1 Tốc độ tràn của Timer 1 = 32 x 1200 = 38400 = 38.4 KHz Với XTAL=12 MHz thì trị nạp cho T1 là 1000KHz/38.8KHz=26.04 ~ 2634
35. Thí dụ: Khởi tạo trị cho cổng nối tiếp Viết chuỗi lệnh để khởi tạo trị cổng nối itếp hoạt động như UART 8 bit với tốc độ 2400 baud. Sử dụng Timer 1 để cung cấp xung nhịp tốc độ baud. Bài giải. Với thí dụ này, có 4 thanh ghi phải được khởi tạo trị là: SCON, TMOD, TCON, và TH1. Giá trị cần để khởi tạo trị cho các thanh ghi như sau 36
36. Thí dụ: Chương trình xuất ký tự Viết chương trình con OUTCHR để phát mã ASCII 7 bit trong thanh ghi tích lũy A ra cổng nốitiếp của 8051 với bit kiểm tra lẽ được thêm vào như bit thứ 8. Trở về từ chương trình con không làm thay đổi trị của thanh ghi tích lũy trước khi gọi chương trình con. Bài giải. Thí dụ này và thí dụ kế minh họa 2 trong số các chương trình con thông dụng nhất trên các hệ vi tính có gắn thiết bị đầu cuối RS232: xuất ký tự (OUTCHR) và nhập ký tự (INCHAR). ORG 8100H OUTCHR: MOV C, P ; đặt bit kiểm ra chẳn vào cờ C CPL C ; đổi sang kiểm tra lẽ MOV ACC.7, C ; thêm vào mã ký tự AGAIN: JNB TI, AGAIN ; TX có rảnh ? Không : kiểm tra lại CLR TI ; Truyền được Æ xóa cờ TI và MOV SBUF, A; gửi ký tự CLR ACC.7 ; bỏ bit kiểm tra lẽ và RET ; quay về 37 END
37. Thí dụ, các lệnh sau phát mã ASCII cho chữ Z đến thiết bị nối tiếp gắn vào cổng nối tiếp của 8051: MOV A, # ’Z’ CALL OUTCHR (tiếp tục) 38
38. Thí dụ: Chương trình con nhập ký tự Viết chương trình con INCHAR để nhập 1 ký tự từ cổng nối tiếp của 8051 và quay về với mã ASCII 7 bit trong thanh ghi tích lũy. Ngoại trừ bit kiểm tra lẽ trong bit thứ 8 nhận được và đặt cờ nhớ lên 1 nếu có sai về kiểm tra chẳn lẽ. ORG 8100H INCHAR: JNB RI, $ ; đợi ký tự CLR RI ; xóa cờ MOV A, SBUF ; đọc ký tự vào A MOV C, P ; với kiểm tra lẽ trong A, P sẽ = 1 CPL C ; bù để chỉ có lỗi CLR ACC.7 ; bỏ bit kiểm tra chẳn lẽ RET END 39