代码收藏家技术教程 2024-11-23

单片机模板七：串口通信

一、串口通信

1、通信

通信可以分为并行通信和串行通信。

并行通信：数据的各位同时进行发送或接收的通信方式。优点是速率高。缺点是需要的传输线多，成本高，只适合近距离的数据通信。

串行通信：一位一位的按顺序的进行发送或接收的通信方式。优点是需要的传输线少，成本低。缺点是传输的速率慢，适合远距离的数据通信。

2、RXD和TXD

STC89C52
有两个引脚是专门用来做
UART
串行通信的，一个是
P3.0
一个是
P3.1
，它们还分别有另外的名字叫做 RXD
和
TXD
，由它们组成的通信接口就叫做串行接口，简称串口。

图中，
GND
表示单片机系统电源的参考地，
TXD
是串行发送引脚，
RXD
是串行接收引脚。把两个单片机的 GND 相互连接起来，然后单片机 1 的 TXD 引脚接到单片机 2 的 RXD 引脚上，即此路为单片机 1 发送而单片机 2 接收的通道，单片机 1 的 RXD 引脚接到单片机 2 的 TXD 引脚上，即此路为单片机 2 发送而单片机 1 接收的通道。
当单片机
1
想给单片机
2 发送数据时，用二进制表示，采用低位先发，高位后发的原则。

3、波特率

波特率就是发送二进制数据位的速率，习惯上用
baud
表示，即我们发送一位二进制数据的持续时间=1/baud
。在通信之前，单片机
1
和单片机
2
首先都要明确的约定好它们之间的通信波特率，必须保持一致，收发双方才能正常实现通信。

4、常见通讯接口

5、通信的基本类型

常用的通信从传输方向上可以分为单工通信、半双工通信、全双工通信三类。

单工通信就是指只允许一方向另外一方传送信息，而另一方不能回传信息。比如电视遥控器、收音机广播等；

半双工通信是指数据可以在双方之间相互传播，但是同一时刻只能其中一方发给另外一方。比如我们的对讲机；

全双工通信就发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行。比如我们的电话。

6、UART

51
单片机的
UART
串口的结构由串行口控制寄存器
SCON
、发送和接收电路三部分构成。

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

7、寄存器

这是串口模式配置图，这里有一个很重要的寄存器，就是SBUF寄存器，也叫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。

最左边的就是总线，两个不同意义上的SBUF寄存器使用一个总线连接，从输入端进入就会从输出端出。

其中的这部分是使用定时器1实现的，主要作用就是控制波特率，也就是我们的数据收发速率。

下图是串口相关寄存器：

我们主要介绍SCON和PCON。

SCON（串行控制寄存器）

总的来说，如果我们只需要串口发送数据，我们只要把SCON中的SM1置为1，其他的置为0就可以了，这样我们就可以直接配置SCON = 0x40；或者是分开来。如果我们需要串口接收数据，就还要加一个REN = 1，即SCON = 0x50.

PCON（电源控制寄存器）

该寄存器较常用到就是SWOD位，知道SWOD就好了。

SWOD，波特率选择位，就是用于波特率是否加倍。
○ 当用软件置位SMOD，即SMOD=1，则使波特率加倍；
○ SMOD=0，则各工作方式的波特率不加倍不变。复位时默认SMOD=0。

8、电平标准

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）

二、串口配置

1、配置SCON寄存器（用于串口初始化）

以常用的串口模式1（8位UART，波特率可变）来举例。

在模式1下，SM0和SM1置为0 1。

REN，可置0 可置1，根据自己代码需求。

代码：

SCON = 0x40; //模式1，REN置0，禁止接受信息

SCON =0x50 //模式1，REN置1，启用TXD，允许接受信息

2、配置PCON寄存器（用于串口初始化）

这里我们只考虑SWOD位，需不需要波特率加倍，如果要加倍，则SWOD位置1。

代码：

PCON |= 0x80; //波特率加倍

3、串口初始化

代码：

//如果使用reg52.h头文件需要提前定义AUXR寄存器 (地址为0x8e)
void UART_Init()
{
   TH1=0xFD;//波特率定义
   TL1=0xFD;
   TMOD=0x20;//计时器模式设定
   AUXR=0x00;
   SCON=0x50;//串口初始化
   TR1=1;//打开计时器1
   ES=1;//打开串口中断
   EA=1;//打开总中断
}

4、配置发送数据函数

串口发送一个字节数据。

代码：

void UART_SendByte(char Byte)
{
   SBUF=Byte; //向缓存器中写入数据
   while(TI==0); //等待是否完成
   TI=0; //TI复位
}

5、配置中断函数

代码：

//串口中断函数格式
void (函数名无所谓)（） interrupt 4
{
   中断程序;
}

//中断接收数据函数
void UART_Routine() interrupt 4
{
   if(RI==1) //判断接收中断请求标志位是否置1
   {
       RI=0; //清空标志位，复位
       UART_Send(SBUF); //查看接受的数据
   }
}

6、字符串的发送、接收与判断

利用指针的移位，一个字节一个字节的发送，直到结束为'\0'。

代码：

//字符串发送

void UART_Sendstring(unsigned char *str)
{
   while(*str!='\0')
   {
       UART_SendByte(*str++);
   }
}

代码：

//字符串接收

void UART_Service() interrupt 4
{
   unsigned char temp=0;
   if(RI==1)
   {
       temp=SBUF;
       RI=0;
       Receive[len++]=temp;
   }
}

代码：

//字符串的判断，以接收Retur为例子n

void UART_deal(){
   if(len==6)
   {
       if(Receive[0]=='R'&&Receive[1]=='e'&&Receive[2]=='t'&&Receive[3]=='u'&&Receive[4]=='r'&&Receive[5]=='n')
       {
           //执行一定操作
           len=0;
       }
       else{
           len=0;
       }
   }
}

7、串口中断

在具体操作串行口之前，需要对单片机的一些与串口有关的特殊功能寄存器进行初始化设置，主要是设置产生波特率的定时器1，串行口控制，和中断控制，具体步骤如下：

配置TMOD寄存器：确定定时器的工作模式（T2）；
配置TCON寄存器：定时器的控制开关；
计数器初值配置：装载TH1，TL1；
配置SCON寄存器：确定串行口工作模式；
中断配置：串行口在中断方式时，要进行中断设置（配置IE，I）；

//*串口初始化
void UART_Init()
{
   //*TMOD配置：设置定时器模式，
   TMOD&=0x0F;
   TMOD|=0x20;

//*TCON配置
   TR1=1; //打开定时器

//*计数器配置
   TH1=0xF3; //设置定时器初始值 1111 0011
   TL1=0xF3; //设置定时器重装值 1111 0011
/********************************************
波特率计算：
1.二进制的OxF3=十进制的243；
2.每隔256溢出一次，256-243=13（每计13个数就溢出1次）
3.12MHz的晶振，每1us计一次数，以上计13个数就会溢出，也就需要13us
4.溢出率=1/13us=0.07692MHz
5.波特率=溢出率/16=0.00480769MHz=4807Hz
6.波特率加倍=波特率*2=9614Hz
**********************************************/

//*SCON配置波特率9600hz
   SCON=0x50;   //设置串口工作模式1，SCON=0101 0000
   PCON=0x80; //设置波特率，SMOD=1，波特率加倍；PCON=1000 0000

//*中断配置
ES=1; //打开串行口中断
EA=1; //打开总中断
}

三、串口通信的应用

1、实现发送与接收

首先hex模式是十六进制模式，当我们用电脑以hex模式给单片机USART口发数据时，发的是十六进制，单片机接收的也是十六进制；当我们用电脑以文本模式给单片机发数据时，只能发字母（0-9,a-z,A-Z等其他符号），单片机收到的也是字母。

代码：

#include <reg52.h>

sfr AUXR = 0x8e; //定义辅助寄存器
void Send_Byte(unsigned char dat);
//声明数据发送函数（因数据接收函数在发送函数之前要调用发送函数）

void Select_HC573(unsigned char channel)
{
   switch(channel)
   {
       case 4:
       P2 = (P2 & 0x1f) | 0x80;
       break;
       case 5:
       P2 = (P2 & 0x1f) | 0xa0;
       break;
       case 6:
       P2 = (P2 & 0x1f) | 0xc0;
       break;
       case 7:
       P2 = (P2 & 0x1f) | 0xe0;
       break;
   }
}

//============中断接收函数===============
void Init_Uart()
{
   TMOD = 0x20;
   TH1 = 0xfd;
   TL1 = 0xfd;
   TR1 = 1;

   SCON = 0x50;
   AUXR = 0x00;

   ES = 1;
   EA = 1;
}

unsigned char urdat;
void Service_Uart() interrupt 4 //数据接收（中断方式）
{
   if(RI == 1)
   {
       RI = 0; //软件复位
       urdat = SBUF;
       Send_Byte(urdat);
   }
}
//===================================

void Send_Byte(unsigned char dat) //数据发送（轮询方式）
{
   SBUF = dat; //SBUF 串口数据缓冲寄存器
   while(TI == 0); //如果数据已发送则TI为1，跳出此循环
   TI = 0;
}
void Init_System()
{
   Select_HC573(5);
   P0 = 0x00;
   Select_HC573(4);
   P0 = 0xff;
}

void main()
{
   Init_System();
   Init_Uart();
   Send_Byte(0x5a);
   Send_Byte(0xa5);
   while(1);
}

2、控制LED灯

实现下图功能：

代码：

#include <reg52.h>
sfr AUXR = 0x8e; //定义辅助寄存器

void Select_HC573(unsigned char channel) //锁存器选择函数
{
   switch(channel)
   {
       case 4: P2 = (P2 &0x1f) | 0x80; break; //控制LED
       case 5: P2 = (P2 &0x1f) | 0xa0; break; //控制蜂鸣器、继电器
       case 6: P2 = (P2 &0x1f) | 0xc0; break; //数码管com共阳公共端
       case 7: P2 = (P2 &0x1f) | 0xe0; break; //数码管段码端
   }
}

//==============串口数据接收中断===================
void Init_Uart() //中断初始化函数
{
   TMOD = 0x20; //定时器1
   TH1 = 0xfd; //设置波特率为9600
   TL1 = 0xfd; //11.0592M或12M的12分频

   SCON = 0X50; //串口参数为模式1且允许接收
   AUXR = 0x00; //bit7=1：定时器1不分频，0则12分频

   TR1 = 1; //启动定时器1
   ES = 1; //使能串口中断
   EA = 1; //打开总中断
}

unsigned char command = 0x00; //注意赋初值为16进制
void Service_Uart() interrupt 4 //中断服务函数
{
   if(RI == 1) //收到一个完整字节
   {
       command = SBUF; //将SBUF缓冲器中数据赋值给command
       RI = 0; //人工清零
   }
}
//=================================================

void SendByte(unsigned char dat) //发送数据函数
{
   SBUF = dat; //将数据放入SBUF缓冲器
   while(TI == 0); //如果成功发送数据，则TI为1跳出此循环
   TI = 0; //人工清零
}

void SendString(unsigned char *str) //发送字符串函数
{
   while(*str != '\0') //判断指针是否指向字符串结束符
   {
       SendByte(*str++); //先执行SendByte(*str)，赋值完成后，指针++移向下一位
   }
}

void Working()
{
   Select_HC573(4); //控制LED
   if(command != 0x00)
   {
       switch(command & 0xf0) //高4位不变，低4位清零
       {
           case 0xa0:
               P0 = (P0 | 0x0f) & (~command | 0xf0);
               command = 0x00; //避免重复执行working函数
           break;

           case 0xb0:
               P0 = (P0 | 0xf0) & ((~command << 4)| 0x0f);
               command = 0x00;
           break;

           case 0xc0:
               SendString("The System is Working Normally…");
               command = 0x00;
           break;
       }
   }
}