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51单片机串口通信教程【8】

一、目标

  1. 单片机通过串口向电脑发送数据（数字递增）
  2. 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

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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）

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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

    img

    img

    TXD接RXD，RXD接TXD

    img

    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

    • img

    8. 串口模式图

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    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

    img

    在简单情况下，控制ES、EA即可控制中断。

    10. 串口相关寄存器

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    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）
    img

    其中SM0、SM1按下列组合确定串行口的工作方式:
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    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）
    img

    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SMOD
	SCON = 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
    img
    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"

    img

    img

    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SMOD
	SCON = 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;
    img

    void Uart_Init(void)		//4800bps@11.0592MHz
{
	PCON &= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 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
	EA = 1;
	ES = 1;
}

    img
    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
    img
    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

    作者：茴香豆的茴1

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