51单片机STC89C52RC——7.1 串口通信

目的/效果

实现单片机串口与电脑串口工具进行数据通讯，

1：设备向电脑串口发送HEX

2：让电脑串口工具控制单片机LED亮灭。同时让单片机反馈控制的结果。

一，STC单片机模块

二，串口通讯

2.1 串行通信与并行通信

（1）串行通信

（2）并行通信

2.2 异步通信与同步通信

（1）异步通信：通信双方各自约定通信速率

（2）同步通信：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率

分为外同步和内同步

2.3 单工、半双工与全双工通信

（1）单工通信：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输

（2）半双工通信：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线

（3）全双工通信：通信双方可以在同一时刻互相传输数据

2.4 串口通信协议

常用的串口通信协议有:

RS-232:用于计算机与外部设备通信的标准串口协议,传输距离短。它使用±3到±15V表示逻辑信号。
RS-422:定义了双绞线电缆上的差分信号传输标准,适用于长距离通信。它使用两对差分信号±2V~±6V表示逻辑1和0。
RS-485:在RS-422基础上增加了多点通信功能,支持多设备连接。它可以实现一主多从的通信结构。
USB:通用串行总线,可以实现高速串口通信。USB转串口芯片广泛应用于各种外部设备的连接。
Modbus:基于RS-485的半双工串行通信协议,应用在工业控制领域。它支持主从模式及广播模式,可靠简单。
CAN:控制器区域网络,是一种串行通信总线标准,主要用于汽车和工业控制系统。它通过差分信号实现差错检测。
I2C:两线式串行总线,由Philips公司提出,用于连接低速周边设备。它只需要两根线即可实现同步串口通信。
SPI:串行外设接口,由Motorola公司提出,主要用于短距离高速通信。它使用同步通信方式,速度更快。

2.5 串口通信应用

串口通信应用非常广泛,主要包括:

连接外设:打印机、扫描仪、RFID读写器、条码扫描枪等设备通常提供串口接口。计算机可以通过串口与这些外设进行通信。
工业控制:在工业自动化领域,PLC、传感器、执行器、驱动器等设备都提供串口接口,通过RS-485、Modbus连接构成工业现场总线,用于设备监控和控制。
嵌入式系统:嵌入式系统通过串口调试接口连接PC,用于系统调试。产品发布后,可通过串口扩展通信接口。
通信设备:串口广泛应用于通信设备中,用于设备管理、通信模块(如GSM模块)连接、调试等功能。
POS机:POS机连接条码扫描器、打印机等外设,都广泛采用串口通信。这保证了POS机的通用性和兼容性。
仪器仪表:大量仪器仪表提供串口接口用于数据采集和连接PC。使用串口可以方便测量参数的读取。
电力设备:智能电表、监控设备及电力自动化设备需要串口进行参数配置、状态监测等功能。
随着物联网的兴起,连接各种传感器和执行器的需求增多,串口通信仍然非常重要。另一方面,USB、以太网等新型通信接口也在取代传统串口,但串口通信仍然在很多应用场景中不可或缺。

2.6 串口通信接口电路

串口通信的物理层接口有多种实现方式,常见的有:

RS-232:RS-232电平信号范围为±3V到±15V,适合短距离通信。接口电路简单,直接通过MAX232芯片转换TTL电平。
RS-422:差分信号接口,抗干扰性强,适合长距离通信。需要线 driver 和 line receiver 进行转换。
RS-485:同RS-422,也是差分信号接口。支持多点连接,适合工业现场总线。需要收发转换电路。
USB转串口:通过USB转串口芯片实现串口功能。USB接口简单易用,提供更高的数据速率。
典型的RS-232串口接口电路主要包括:

RS-232线路保护、接收检测电路:保护电路可采用二极管夹压保护,接收端使用比较器检测信号。
收发驱动放大电路:采用高速运算放大器进行驱动放大,以获得足够的输出驱动能力。
电平转换电路:MAX232芯片用于实现TTL和RS-232电平之间的双向转换。
控制逻辑电路:处理串口控制信号,进行收发控制。

2.7 串口通信接口的选择

选择串口通信接口需要根据具体应用考虑以下因素:

通信距离:电气特性决定了接口的适用距离。RS-232适用于15m以内,RS-422/485可以达到1000m。
通信速率:RS-232速率低,最大115200bps;RS-422/485速率也较低;USB转串口可以达到Mbpps级别。
抗干扰性:RS-422和RS-485采用差分信号,抗干扰性强。RS-232信号容易受到干扰。
接口复杂度:RS-232和USB转串口简单易用;RS-422和RS-485需要精确的终端匹配电阻。
通信对象:RS-232多用于点对点通信;RS-485可以实现多点通信。
成本:USB转串口的单价较高;RS-232和RS-485的硬件成本较低。
因此,对于普通的调试连接,RS-232和USB转串口较常用;在工业现场,RS-485可以实现多点连接;对于电气参数苛刻的长距离通信,可选用RS-422。

波特率的选择

传输速度：波特率越高，传输速度越快，但也会增加传输错误的可能性。

传输距离：波特率越高，传输距离越短，因为高速传输会导致信号衰减。

硬件支持：串口波特率需要与硬件设备匹配，如果硬件设备不支持高速传输，则无法使用高波特率。

2.8 STC89C52RC 用到的串口

51单片机内部自带UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器），可实现单片机的串口通信。

STC89C52有1个UART，有四种工作模式：

模式0：同步移位寄存器

模式1：8位UART，波特率可变（常用）

模式2：9位UART，波特率固定

模式3：9位UART，波特率可变

TXD与RXD要交叉连接

当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线

当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

方式1 ：8位数据格式

波特率表示每秒钟传输码元的个数，是衡量数据传输速率的指标，单位Baud。另外有个名词叫比特率，比特率表示每秒钟传输二进制位bit的个数，单位 bit/s。

2.9 如何计算波特率

波特率

方式 0 的波特率 = fosc/12

方式 2 的波特率 =（2SMOD/64）× fosc

方式 1 的波特率 =（2SMOD/32）×（T1 溢出率）

方式 3 的波特率 =（2SMOD/32）×（T1 溢出率）

其中 T1 溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}

我们我们这里采用方式1 由我们人为设置的波特率4800 和系统的晶振周期12MHz，算出溢出率和时钟初始值

STC89C52RC 的晶振为fosc=12MHz，计数工作方式采用的是方式2；TMOD=0x20

SMOD=1

我们设置波特率为4800（每秒传输4800个bit）

溢出率=4800*（2^1/32）=76800(每秒钟发生76800次中断)

再用晶振周期12000000/12/76800=13(13个时钟周期就发生一次中断)

256-13=243=0xF3 (TH1=TL1的初始值0xF3，晶振13次后256（8位自动重装）发生一次中断)

所以
TL1 = 0xF3; //设置定时初始值
TH1 = 0xF3; //设置定时重载值

2.10 STC89C52 配置串口相关计算器

模式图

SBUF：串口数据缓存寄存器，物理上是两个独立的寄存器，但占用相同的地址。写操作时，写入的是发送寄存器，读操作时，读出的是接收寄存器

配置寄存器 SCON = 0x50（8位重装，接收使能）

这里注意TI ，发送完后需要复位TI=0；


/*** 函    数：串口发送一个字节数据* 参    数：Byte 要发送的一个字节数据* 返 回 值：无*/
void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{SBUF=Byte;		//向发送区写数据while(TI==0);	//等待其他发送结束TI=0;			//程序手动复位
}

每次中断发生后，接收标志位RI 重置，RI=0；


/*** 函    数：uart1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void uart1_interrupt() interrupt 4 
{	if(RI==1)					//如果接收标志位为1，接收到了数据{/*这里从SUBF中接收数据*/P2=~SBUF;				//读取数据，取反后输出到LEDRI=0;					//数据接收完后，接收标志位清0}	
}

配置寄存器PCON

配置定时器 TMOD=0x20（启用定时器1，8位自动重装模式）

需要才有8位重装模式TH1=TL1=0xF3

STC89C52RC 串口和中断系统

TMOD &= 0x0F;       //清除定时器1之前配置的模式
   TMOD |= 0x20;       //重新设置定时器1模式
   ET1 = 0;           //禁止定时器中断
   TR1 = 1;           //定时器1开始计时

EA=1;//允许总中断

ES=1;//允许中断

开启UART1 中断


/*** 函    数：uart1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void uart1_interrupt() interrupt 4 
{}

当然我们也可以用工具进行生成这些配置

具体配置代码如下

#include <REGX52.H>/*** 函    数：UART1串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void UART_Init(void)	//4800bps@12.000MHz
{PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMODSCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1之前配置的模式TMOD |= 0x20;		//重新设置定时器1模式TL1 = 0xF3;			//设置定时初始值TH1 = 0xF3;			//设置定时重载值ET1 = 0;			//禁止定时器中断TR1 = 1;			//定时器1开始计时EA=1;				//允许总中断ES=1;				//打开IE、XCON寄存器
}

三，创建Keil项目

详细参考：51单片机STC89C52RC——创建Keil项目-CSDN博客

四，代码

UART.c

#include <REGX52.H>/*** 函    数：UART1串口初始化* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void UART_Init(void)	//4800bps@12.000MHz
{PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMODSCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1之前配置的模式TMOD |= 0x20;		//重新设置定时器1模式TL1 = 0xF3;			//设置定时初始值TH1 = 0xF3;			//设置定时重载值ET1 = 0;			//禁止定时器中断TR1 = 1;			//定时器1开始计时EA=1;				//允许总中断ES=1;				//打开IE、XCON寄存器
}
/*** 函    数：串口发送一个字节数据* 参    数：Byte 要发送的一个字节数据* 返 回 值：无*/
void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{SBUF=Byte;		//向发送区写数据while(TI==0);	//等待其他发送结束TI=0;			//程序手动复位
}

UART.h

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__void UART_Init();
void UART_SendByte(unsigned char Byte);#endif

Delay.c


/*** 函    数：延时函数 毫秒* 参    数：ms 延时多少毫秒* 返 回 值：无*/
void Delay_ms(int ms)	//@12.000MHz
{unsigned char data i, j;while(ms--){ i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);}
}
/*** 函    数：延时函数 毫秒* 参    数：ms 延时多少毫秒* 返 回 值：无*/
void Delay_us(int ms)	//@12.000MHz
{unsigned char data i, j;while(ms--){ i = 2;j = 239;do{while (--j);} while (--i);}
}
/*** 函    数：延时函数  10微秒* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void Delay_10us(int _10us)	//@11.0592MHz
{unsigned char data i;while(_10us--){i = 2;while (--i);}
}

Delay.h

#ifndef __DELAY_H_
#defind __DELAY_H_ 
void Delay_ms(int ms);
void Delay_10us(int _10us);
#endif

1：设备向电脑串口发送HEX main.c

#include <REGX52.H>  
#include "UART.h"
#include "Delay.h"/*** 函    数：主函数* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void main()
{	  char Byte=0x00;	//定义一个发送数据UART_Init();	//串口初始化while(1){UART_SendByte(Byte);	//发送数据Delay_ms(1000);			//延时1秒Byte++;					//数据自动加1}
}/*** 函    数：uart1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void uart1_interrupt() interrupt 4 
{//暂时不处理接收数据
}

2：让电脑串口工具控制单片机LED亮灭。同时让单片机反馈控制的结果。 main.c

#include <REGX52.H>  
#include "UART.h"
#include "Delay.h"/*** 函    数：主函数* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void main()
{	  	UART_Init();	//串口初始化while(1);
}/*** 函    数：uart1中断函数* 参    数：无* 返 回 值：无*/
void uart1_interrupt() interrupt 4 
{	if(RI==1)					//如果接收标志位为1，接收到了数据{P2=~SBUF;				//读取数据，取反后输出到LEDUART_SendByte(SBUF);	//将受到的数据发回串口RI=0;					//接收标志位清0}	
}