代码收藏家技术教程 2023-05-23

STC89C51——串行通信、串口介绍及配置

前言

本文介绍基于常见的51单片机，即如下图的芯片：

AT89C51具备一个全双工串行通信接口。设有2个相互独立的接收、发送缓冲器，可以同时发送和接收数据。

两个缓冲器（SBUF）共用一个物理地址即99H。如果CPU写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读SBUF，则读入的数据来自接收缓冲器。发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入。

串行通信设有4种工作方式，工作方式0和2波特率固定，方式1和3波特率可变。因为平时使用串口一般用于单片机和电脑调试，即使用串口打印功能，因此本文介绍工作方式1。其它工作方式的话很少用到就不做过多介绍了。

一、串口相关寄存器介绍

1.SCON : 串行控制寄存器

位地址	9FH	9EH	9DH	9CH	9BH	9AH	99H	98H
SCON	SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	T1	R1

下面对寄存器控制位进行介绍：

①SM0和SM1

两者不同的组合即可配置串行通信的工作方式，直接给出手册中的截图供各位参考

波特率计算中的SMOD会在后文介绍，其作用是控制波特率倍增。

②SM2：多机控制位。在工作方式1时，该位置1的话，则在接收到有效的停止位时才至中断请求 . . 标志位RI为1，一般使用工作方式1的情况下，该位配置为0。

③REN：允许/禁止串行接收控制位。该位置1时，允许串行接收；为0时禁止接收。

④TB8：(与工作方式1无关，在此不介绍)

⑤RB8：在方式1中，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。

⑥TI：发送中断请求标志位。工作方式1下，停止位开始发送时由内部硬件置位为1，需要软件清0

⑦RI：接收中断请求标志位。工作方式1下，停止位接收的中间时刻由内部硬件置位为1，需要软件清0

在实际应用工作方式1时，单片机如果只负责发送，则寄存器配置语句为：

SCON=0x40 ;

单片机如果负责发送和接收，则寄存器配置语句为：

SCON=0x50 ;

2.PCON:电源控制寄存器

位	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
PCON	SMOD	X	X	X	X	X	X	X

对于PCON寄存器，只需要掌握该寄存器的最高位SMOD位，该位在工作方式1-3中，如果SMOD=1，串行口波特率加倍；SMOD=0，波特率不变。

在实际应用工作方式1时，如果单片机不需要波特率加倍，则无需配置该寄存器。

若波特率需要加倍，则寄存器配置语句为：

PCON |= 0x80；

3.波特率的计算

波特率由内部定时器产生，配置波特率时需要配置定时器。

以下波特率计算式基于工作方式1，定时器工作方式2。定时器方式2为8位自动重装定时器，其对于其它方式可以减小软件重装载产生的误差，一般应用中，也是这样的组合。

$BPS=\frac{2^{SMOD}\cdot f}{32\cdot 12\cdot \left ( 256-T \right )}$

其中 BPS 为波特率数值，f 为单片机晶振值，T 为定时器装载初值。实际配置中，需要知道单片机的晶振、预设的波特率，然后通过计算式求出定时器初值即可。

下面举例说明更浅显易懂：

假设在工作方式1下，定时器工作方式2，波特率为9600且无需增倍，单片机晶振为11.0592Mhz，单片机定时器初值为：

$9600=\frac{2^{0}\cdot 11.0592\cdot 10^{6}}{32\cdot 12\cdot \left ( 256-T \right )}$

则 T = 253，转换为十六进制为0xFD

在程序中，定时器初值配置语句为：

TH1 = TL1 =0xFD；

二、程序设计

目前单片机一般用的是12M晶振和11.0592M晶振，晶振不同，配置波特率定时器的初始值就不同，下面介绍以上两种晶振下的代码示例。

需要注意的是12M晶振不适合4800以上的波特率，可用2400或4800，因为超过4800会出现较大误差。但是11.0592M的晶振就不受那么多限制，因为其本身的值代入波特率计算公式中能得到一个整数。

示例代码的功能是串口调试助手向单片机发送什么内容，单片机就返回什么内容，需要注意串口助手要勾选发送新行。

1. 12M晶振下 2400 / 4800 波特率（已验证）

#include <REGX51.H>
#include "string.h"
#include "intrins.h"
unsigned char Data[32];

void USART_SendByte(unsigned char byte)
{
	   SBUF = byte;
	   while(!TI);
	   TI = 0;
}
void USART_SendStr(unsigned char *p)
{   
        while( *p != '\0')
        {			
            USART_SendByte(*p);            
            p++;            
        }            
}
        
void USART( ) interrupt  4
{    
    static unsigned char i=0;
	if(RI==1)
	{	RI=0;
		if(i>=32)   //收到字符串超过数组长度
		{ 
			i=0;
			USART_SendStr("Data overflow !\r\n");
			memset(Data,0x00,sizeof(Data)); //数组清零
		}
        else
        {
			Data[i++]=SBUF;
			if( (Data[i-1]=='\n')  && (Data[i-2]=='\r') )  //判断结尾字符为回车换行符
			{
				USART_SendStr(Data) ;   //将收到的内容发送出去
                memset(Data,0x00,sizeof(Data));//数组清零
                i=0;                 
			}
        }
	}   
}

void main( )
{
	TMOD=0x20;	//定时器1工作方式2
	TH1=0XE6;	//当前是2400波特率 ， F3是4800波特率
	TL1=0XE6;	//当前是2400波特率 ， F3是4800波特率 
	SCON=0X50;	//串口工作方式1，接收REN位置1
	PCON=0x80;	//波特率加倍！
	TR1=1;		//开启定时器1
	ES=1;		//开启串口中断
	EA=1;		//允许总中断
	while(1);
}

2. 11.0592M晶振下 9600 波特率（因无设备原因未验证）

#include <REGX51.H>
#include "string.h"
#include "intrins.h"
unsigned char Data[32];


void USART_SendByte(unsigned char byte)
{
	   SBUF = byte;
	   while(!TI);
	   TI = 0;
}
void USART_SendStr(unsigned char *p)
{   
        while( *p != '\0')
        {			
            USART_SendByte(*p);            
            p++;            
        }            
}
        
void USART( ) interrupt  4
{    
    static unsigned char i=0;
	if(RI==1)
	{	RI=0;
		if(i>=32)   //收到字符串超过数组长度
		{ 
			i=0;
			USART_SendStr("Data overflow !\r\n");
			memset(Data,0x00,sizeof(Data)); //数组清零
		}
        else
        {
			Data[i++]=SBUF;
			if( (Data[i-1]=='\n')  && (Data[i-2]=='\r') )  //判断结尾字符为回车换行符
			{
				USART_SendStr(Data) ;   //将收到的内容发送出去
                memset(Data,0x00,sizeof(Data));//数组清零
                i=0;                 
			}
        }
	}   
}

void main( )
{
	TMOD=0x20;	//定时器1工作方式2
	TH1=0XFD;	//@11.0592M,9600波特率
	TL1=0XFD;	//@11.0592M,9600波特率
	SCON=0X50;	//串口工作方式1，接收REN位置1
	TR1=1;		//开启定时器1
	ES=1;		//开启串口中断
	EA=1;		//允许总中断
	while(1);
}