代码收藏家技术教程 2023-05-12

51单片机串口的应用（单片机和电脑互发数据）

现在来详细看一下寄存器，我们直接查看单片机手册。

SCON寄存器

先来说说SCON寄存器。

前一节我们提过，我们一般使用串口用的是模式1，即8位UART，这样我们就用不到校验位。从手册中可以看到，寄存器SCON中的SM0和SM1配置成01即可。

SM2寄存器明显用不到，因为我们没有用模式2和3.

REN寄存器控制接收串行，发送数据时候置0，接收数据时置1。

TB8和RB8同SM2，一样用不到。

TI就比较关键了。我们肯定会用到。从串口结构图中可以看到，TI是一个标志位，来判断发送是否结束。举个例子，发送数据就是全自动步枪，TI寄存器就是我们的枪栓。我们发送结束后，TI的值会自动置1，我们需要手动写程序在软件层面给TI置0，让它能够再次使用。

这里插一句，软件层面指的就是我们的代码工程，硬件层面就是我们的板子和电路。

那么RI和TI的原理是类似的，就不详细说了。我们在初始化配置的时候，一般两位都置0，让它能够直接使用。

发送数据时，代码如下：

void UART_Init()
{
	SCON = 0x40;//0100 0000
}

接收数据时，代码如下：

void UART_Init()
{
	SCON = 0x50;//010 0000
}

PCON寄存器

再来说说PCON寄存器。

SMOD选择波特率是否加倍。我们对晶振频率进行过分频，所以波特率是需要加倍的。

定时器寄存器

除了串口寄存器，我们还需要用到定时器，打开我们上一章定时器的.c文件（不用打开工程，用记事本方式以文本文件方式打开即可）

复制出定时器的初始化代码。

void Timer0Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x18;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
    ET0 = 1;
	EA = 1;
	PT0 = 0;
}

然而串口所用到的定时器是Timer1，和我们之前用的Timer0是不同的寄存器，所以我们需要修改定时器寄存器的代码。串口用的定时器模式也不是我们之前的16位定时器模式，而是8位自动重装载模式。（相比16位定时器模式，这个模式在计数满后，高八位的初值数据会自动转入低八位）

这里还是详细说一下吧，想简单说两句发现说不清楚16位定时器高八位和低八位都用来计时，所以计数范围会比较大，每次计数高八位和低八位都置初始值，然后开始计数，计数满了我们再手动赋初值。八位重装载模式只用低八位寄存器来计时，高八位里面存放的是我们的定时器初值，在低八位加满之后高八位存的数据会流入低八位，这样就不需要我们手动给计时器置初值了

首先在TMOD中我们需要打开定时器1，我们使用逻辑语言 &= 给TMOD赋值。这样就不会影响我们上一次对TMOD的操作了。

代码如下：

void Timer0Init(void)		//1毫秒@12.000MHz
{
	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式
	TL0 = ;		//设置定时初值
	TH0 = ;		//设置定时初值
}

软件生成初始化代码

初始值的计算太复杂了，我们还是用STC-ISP软件生成代码，不用再用手算了。别的寄存器也通过软件来生成吧。

这里提一嘴，波特率倍速得勾选，上面讲PCON的时候说了原因了。不过实在懒得重新截图了。具体分析看下面小标题里的内容！！！

那么初始化函数里面的内容如下

void UartInit(void)		//4800bps@12.000MHz
{
	PCON &= 0x80;		//波特率不倍速
	SCON = 0x40;		//8位数据,可变波特率
//	AUXR &= 0xBF;		//定时器1时钟为Fosc/12,即12T
//	AUXR &= 0xFE;		//串口1选择定时器1为波特率发生器
	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 = 0xF3;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF3;		//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
}

波特率计算

现在来说一下如何计算TL和TH。

0xF3就是十进制的243，而定时器每隔256溢出一次。我们定时器重装值设为243，那么计数13次后定时器就溢出了（定时器那里讲过，忘记了可以翻看以前的博客）。

12M的晶振，在12T模式下，每隔1us计数一次（因为12分频了嘛，很好理解的对不对）。

那么定时器Timer1的溢出率就是1/(13us)，即0.07692MHz，假如我们倍速波特率，那么SMOD的开关会走上面的路，上面的频率需要再除以16，进入接收控制器，即0.07692MHz/16=4807.69Hz，这就是我们所设置的波特率4800。、

同理，假如我们不勾选倍速波特率，SMOD开关会走下面除以2的路，相当于频率除以32。软件帮我们计算出来的TH和TL值是F9，即十进制249，即7us溢出一次，溢出率1/(7us)=0.14285MHz，再除以32，进入接收控制器，即0.14285MHz/32=4464.28Hz，此时误差就比较大了。

发送数据

我们需要将数据写进SBUF寄存器里，这样在配置好寄存器后，数据会直接被发送出。

void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{
	SBUF = Byte;//将数据写进SUBF中
	while(TI==0);//发送完成标志位一旦变为1，说明数据发送成功了。接下来软件复位。
	TI = 0;
}

主文件里面的内容如下（其实Delay和Timer0没必要导入，因为没用到）：

#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "Delay.h"
void UartInit(void)		//4800bps@12.000MHz
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x40;		//8位数据,可变波特率
//	AUXR &= 0xBF;		//定时器1时钟为Fosc/12,即12T
//	AUXR &= 0xFE;		//串口1选择定时器1为波特率发生器
	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 = 0xF3;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF3;		//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
}
void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{
	SBUF = Byte;//将数据写进SUBF中
	while(TI==0);//发送完成标志位一旦变为1，说明数据发送成功了。接下来软件复位。
	TI = 0;
}
void main()
{
	UartInit();
	UART_SendByte(0x11);
	while(1)
	{
		
	}
}

烧录程序后，连续按下复位键，可以看到，串口不断接收到字符11。

当然，我们也可以把UART_SendByte函数写在while(1)里面，这样就能通过串口持续收到11。但是此时我们需要再发送数据之后加上一定的延时，不然因为晶振频率和波特率的误差，会导致接受数据发生错误。

串口模块化

现在我们通过实验验证了串口发送接收数据的可行性，那么按照前面学习的内容，就可以对串口进行模块化了。具体操作不细说，直接上内容（别忘了加上注释）：

//UART.c
#include <REGX52.H>
/**
  * @brief	串口初始化4800bps，@12.000MHz
  * @param	无
  * @retval 无
*/
void UartInit(void)		
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x40;		//8位数据,可变波特率
//	AUXR &= 0xBF;		//定时器1时钟为Fosc/12,即12T
//	AUXR &= 0xFE;		//串口1选择定时器1为波特率发生器
	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 = 0xF3;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF3;		//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;//将数据写进SUBF中
	while(TI==0);//发送完成标志位一旦变为1，说明数据发送成功了。接下来软件复位。
	TI = 0;
}

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__

void UartInit(void);
void UART_SendByte(unsigned char Byte);

#endif

此时在主文件内直接引用函数就可以正常使用了。

串口接收数据

刚才所讲的内容是关于串口向电脑发送数据。现在再来说一说串口如何接收电脑数据。电脑发送数据被串口收到时，我们不能直接处理，必须进入中断函数进行处理。否则会影响单片机正常工作。

先打开中断使能EA，然后ES置1，相当于打开中断。

只需要在最下面加两行代码。同时修改一下SCON，因为要接收数据，REN需要置1，上面讲SCON的时候提到过。

void UartInit(void)		//4800bps@12.000MHz
{
	PCON &= 0x80;		//波特率不倍速
	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
//	AUXR &= 0xBF;		//定时器1时钟为Fosc/12,即12T
//	AUXR &= 0xFE;		//串口1选择定时器1为波特率发生器
	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 = 0xF3;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF3;		//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
    EA = 1;
    ES = 1;
}

查询串口的中断次序号

我们可以这样写，当串口收到电脑发送的数据时，LED灯亮。那么中断服务子函数写法如下：

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

写好之后，烧录程序，在STC-ISP上发送任意一个数据，可以看到，单片机上的所有LED都亮了。

#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "Delay.h"
#include "UART.h"

void main()
{
	UartInit();
	while(1)
	{
		
	}
}
void UART_Routine() interrupt 4
{
    P2 = 0x00;
}

说明串口接收数据可行，现在我们可以发挥想象力，大展拳脚了。

电脑发送数据控制LED灯

这样写：

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

因为TI和RI都有可能使程序进入中断，所以我们要用判断语句来确认是串口收到了数据。

SUBF中保存的是接收和发送的数据，我们可以直接提取出来进行处理。

同时类似于TI，我们在接收时也需要进行软件复位，在确认每次收到数据（即RI=1）后，让RI归零（RI=0）。

那么上面程序的效果，就是前四个LED灭，后四个LED亮。

注意，在中断函数里面的调用的函数，不能在主函数里面使用。因为假如主函数正在调用函数，进入中断后你再调用一次，主函数中的调用就会被打断，那么程序就会出错。

我们可以让单片机再通过串口，把接收到的数据返回给电脑，只需要用之前写好的语句，很简单。

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

将接收中断模块化

#include <REGX52.H>
/**
  * @brief	串口初始化4800bps，@12.000MHz
  * @param	无
  * @retval 无
*/
void UartInit(void)		
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
//	AUXR &= 0xBF;		//定时器1时钟为Fosc/12,即12T
//	AUXR &= 0xFE;		//串口1选择定时器1为波特率发生器
	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 = 0xF3;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF3;		//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
	EA = 1;
    ES = 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;//将数据写进SUBF中
	while(TI==0);//发送完成标志位一旦变为1，说明数据发送成功了。接下来软件复位。
	TI = 0;
}
/*串口中断函数模板
void UART_Routine() interrupt 4
{
    if(RI == 1)
	{
	
		RI =  0;
	}
}
*/

以模板的形式加入到我们的模块里，需要使用的时候，直接挪到主函数下面就可以了。它和主函数耦合性还是比较高的，可以直接使用。

数据显示模式

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

说人话

HEX模式就是进行ASCI编码后的数据，而文本模式，就是ASCI译码之后的结果，C语言大家应该了解过，可以对照图来验证一下。

同样也需要留意，SendByte函数里面的参数，如果是0x开头的十六进制，用文本模式和HEX模式发送和接收，结果是不一样的。挺简单的，各位自行验证。

随便扯两句

其实写完上一篇笔记，就已经马不停蹄地开始写这一篇笔记。中间鸽了近两个月，当时以为处理完手头的事情，就可以继续用空闲时间学点东西，结果学了一半的内容就被课内的任务缠身，忙的不可开交，而且串口这一块知识点环环相扣，时隔两个月，很多东西都忘记了。处理完课内大作业，删无用文件时太激动了小手一抖把之前的keil工程文件都给删了，还好有之前的笔记，让我不至于从头开始去写以前的模块内容。这两天还发着低烧，不过还是硬挺着完成中断了这么久的内容。不能再拖了，越拖越难重新拾起来。