51 单片机[8]：串口通信

一、目标

单片机通过串口向电脑发送数据（数字递增）
电脑通过串口控制单片机上的LED

二、基本概念

1. 串口

串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。
单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。
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。

2. 硬件电路

简单双向串口通信有两根通信线：发送端（Transmit Exchange Data, TXD）和接收端（Revieve Exchange Data, RXD）
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

3. 点评标准

电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

TTL电平：+5V表示1，0V表示0
RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0
RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

4. 引脚接口及定义（DB9）

现在笔记本电脑上都没有这个接口了，都用USB接口。

5. 常见通信接口比较

名称	引脚定义	通信方式	特点
UART	TXD、RXD	全双工、异步	点对点通信
I²C	SCL、SDA	半双工、同步	可挂载多个设备
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工、同步	可挂载多个设备
1-Wire	DQ	半双工、异步	可挂载多个设备

此外还有：CAN、USB等

全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据
半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线
单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输
异步：通信双方各自约定通信速率
同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率
总线：连接各个设备的数据传输线路（类似于一条马路，把路边各住户连接起来，使住户可以相互交流）

6. 51单片机的UART

STC89C52有1个UART

STC89C52的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接RXD，RXD接TXD

7. 串口参数及时序图

波特率：串口通信的速率（发送和接收各数据位的间隔时间）
检验位：用于数据验证
停止位：用于数据帧间隔

8. 串口模式图

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

9. 串口和中断系统

在简单情况下，控制ES、EA即可控制中断。

10. 串口相关寄存器

三、单片机通过串口向电脑发送数据

新建项目“8-1 串口向电脑发送数据”，新建main.c。
把之前的Delay.c和Delay.h复制到本项目文件夹中。

SCON：串行控制寄存器（可位寻址）

其中SM0、SM1按下列组合确定串行口的工作方式:

REN：允许/禁止串行接收控制位。由软件置位REN，即REN=1为允许串行接收状态，可启动串行接收器RxD，开始接收信息。软件复位REN，即REN=0，则禁止接收。

TI：发送中断请求标志位。在方式0，当串行发送数据第8位结束时，由内部硬件自动置位，即TI=1，向主机请求中断，响应中断后必须用软件复位，即TI=0。在其他方式中，则在停止位开始发送时由内部硬件置位，必须用软件复位。初始化一般置0

RI：接收中断请求标志位。在方式0，当串行接收到第8位结束时由内部硬件自动置位RI1，向主机请求中断，响应中断后必须用软件复位，即RI0。在其他方式中，串行接收到停止位的中间时刻由内部硬件置位，即RI=1(例外情况见SM2说明)，必须由软件复位，即RI=0。初始化一般置0

1. 串口初始化

我们选择工作方式1，所以SM0=0, SM1=1，其余的置零，0100 0000，即SCON=0x40

电源控制寄存器PCON（不可位寻址）

SMOD：波特率选择位。当用软件置位SMOD，即SMOD=1，则使串行通信方式1、3的波特率加倍；SMOD=0，则各工作方式的波特率加倍。复位时SMOD=0。

SMOD0：帧错误检测有效控制位。当SMOD0=1，SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE(帧错误检测)功能；当SMOD0=0，SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能,和SM1一起指定串行口的工作方式。复位时SMOD0=0。

我们需要让波特率加倍，所以SMOD=1，寄存器赋值应该为1000 0000所以PCON=0x80

void Uart_Init(void)		//4800bps@11.0592MHz
{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模式位TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xFA;		//设定定时初值TH1 = 0xFA;		//设定定时器重装值ET1 = 0;		//禁止定时器1中断TR1 = 1;		//启动定时器1
}

上述代码可以从STC-ISP中的波特率计算器获得

要注意误差为0%

2. 串口写入

void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{SBUF=Byte;	//写入while(TI==0);TI=0;	//响应中断后，软件复位
}

主函数为

void main()
{Uart_Init();UART_SendByte(0x66);while(1){}
}

编译一下，发现按一下开发板的重置键，STC-ISP的串口助手就出现一次"66"

如果串口助手的波特率改为其他数字了，按下充值键出现的就不是66了，数据就出错了，因为采样的时间不一样。

3. 发送秒数

定义一个unsigned char Sec1;用来记秒数，把UART_SendByte(Sec1);放入while(1)循环中。
发送完Sec1后，要自增Sec1++;，然后延时1秒Delay(1000);

void main()
{Uart_Init();while(1){UART_SendByte(Sec1);Sec1++;Delay(1000);}
}

4. 模块化

新建UART.c和UART.h文件，把串口初始化程序和串口写入程序放到YART.c中，在UART.h中声明一下，在main.c中#include "UART.h"。

UART.c：

#include <REGX52.H>/*** @brief	串口初始化，4800bps@11.0592MHz* @param	无* @retval	无*/
void Uart_Init(void)		//4800bps@11.0592MHz
{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模式位TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xFA;		//设定定时初值TH1 = 0xFA;		//设定定时器重装值ET1 = 0;		//禁止定时器1中断TR1 = 1;		//启动定时器1
}/*** @brief	串口发送一个字节数据* @param	Byte 要发送的一个字节数据* @retval	无*/
void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{SBUF=Byte;	//写入while(TI==0);TI=0;	//响应中断后，软件复位
}

UART.h：

#ifndef __UART__H__
#define __UART__H__void Uart_Init(void);
void UART_SendByte(unsigned char Byte);#endif

main.c：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "UART.h"unsigned char Sec1;void main()
{Uart_Init();while(1){UART_SendByte(Sec1);Sec1++;Delay(1000);}
}

四、电脑通过串口控制LED

因为单片机不知道电脑什么时候发信息，所以需要一个中断程序，电脑发过来信息后，触发中断，在中断函数中处理数据。

所以在初始化的时候要把中断程序接上，即EA=1;ES=1;
SCON的REN之前置0，现在要置1，允许串行口接收信息。也就是说，SCON = 0x50;

void Uart_Init(void)		//4800bps@11.0592MHz
{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模式位TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xFA;		//设定定时初值TH1 = 0xFA;		//设定定时器重装值ET1 = 0;		//禁止定时器1中断TR1 = 1;		//启动定时器1EA = 1;ES = 1;
}

在main.c中，定义一个中断服务子函数

void UART_Routine() interrupt 4
{P2=0x00;
}

当中断号 4 产生时，程序就会跳转到UART_Rountine()，点亮所有LED

编译一下，打开串口助手，随便发一个数据，可以看到，8个LED全亮了。

把程序升级一下，让LED根据发送的数据亮对应的灯。

修改一下中断子函数：

void UART_Routine() interrupt 4
{if(RI=1){P2=~SBUF;RI=0;}
}

编译一下，在串口助手中输入f0，点击发送数据

可以看到D5~D8亮了。

发送aa，D2 D4 D6 D8亮了。

下面再把接收到的数据发回给电脑

void UART_Routine() interrupt 4
{if(RI=1){P2=~SBUF;UART_SendByte(SBUF);RI=0;}
}

五、数据集显示模式

HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示

文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示