2021年10月20日 | 【自学51单片机】11 -- UART串口通信

1、串行通信的初步认识

UART串行通信是单片机最常用的一种通信技术，通常用于单片机和电脑之间以及单片机和单片机之间的通信。

通信可分为并行通信和串行通信两种。(1)并行通信：数据的各各位可同时传送。（2）串行通信：数据只能按顺序一个一个位传送。STC89C52中P3^0（RXD）和 P ^1(TXD)是专门用作UART串行通信的引脚。

下面看下图11-1单片机之间的UART串口通信。

说明：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。他们之间通信要保证以下几点。

（1）电源基准相同，所以我们要把两个单片机的 GND 相互

连接起来，

（2）TXD与RXD相连，比如单片机 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。同理单片机 1 的RXD接到单片机 2的TXD上。

（3）两者的通信波特率（指发送二进制数据位的速率，即串口每秒钟传送的位数，用baud表示）保持一致，他们之间通信发送的数据，是以二进制低位先，高位后的顺序发送，TXD会先发起始位0，然后从数据低位开始发送每一位数据，最后发停止位1，若该位为0拉低电平一段时间，若该位为1拉高电平一段时间。 　“一段时间” = 1 / baud。

如何判断数据何时开始，何时结束？

延迟，提前接收都会使数据接收错误，所以UART通信规定无通信信号发送时，线路保持高电平，数据发送前发0（低电平）表示起始位，然后按数据低位到高位顺序发送每一位，数据发送结束后再发1（高电平）表示停止位，每个数据位切换时间为: 1 / baud。而接收方，无信号接受保持高电平，一旦检测到低电平，就准备开始接收数据，接收完数据后，检测到停止位便准备下一个数据的接收。

串口数据发送示意图

说明：该图为时域图，信号随时间变化的对应关系。

2、USB转串口通信

在单片机电路上添加一个USB转串口芯片，便可实现计算机与单片机之间的串口通信。KST-51开发板用的为CH340T芯片来实现，见下图11-5说明。

CH340T电路说明：把电源、晶振接好后，6 脚和 7 脚的 DP 和 DM 分别接 USB 口的 2 个数据引脚上去，3 脚和 4 脚通过跳线接到了我们单片机的 TXD 和 RXD 上去。

3、UART串口通信的基本应用

3.1 通信的三种基本类型

通信从传输方向上可分为：单工通信，半双工通信和全双工通信三类。

单工通信：允许一方向另外一方传送信息，而另一方不能回传信息。如遥控器

半双工通信：数据可以在双方之间互相传播，但同一时刻只能其中一方发给另外一方。如对讲机

全双工通信：发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，如电话

3.2 UARM模块介绍

单片机内部有UART模块，实现串口通信。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，先来了解一下串口控制寄存器 SCON。

SCON寄存器说明

说明：第0位RI为接收中断标志位，第1位TI为发送中断标志位，这两个为进入串口中断都不会自动清零，都需要软件清零。第4位REN在接收数据时设置为1，第6位SM1和第7位为模式设置，通常使用模式1，模式1：发送一位起始位，8位数据位，一位停止位。SCON其他位很少用到就不介绍。一般使用SCON时，置SCON=0b01010000，即0x50；使用时查手册即可。

波特率发生器说明

在UART模块中波特率发生器（用来控制发送和接受数据的速度）只能由定时器T1或T2产生，T0不能产生，因T2需要配置额外寄存器，下面以定时器T1做为波特率发生器说明。

当定时器T1做为波特率发生器时，定时器T1需配置为模式2–自动重装载模式。定时器重载值计算公式：TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率。和波特率有关寄存器电源管理寄存器PCON，它最高位置1（PCON |= 0x80）可把波特率提高一倍。计算公式变为：TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率。

公式说明：晶振值在KST-51开发板为11059200，12是说一个机器周期等于12个时钟周期。16指采取数据的方式是把一位信号采集 16 次，其中第 7、8、9 次取出来，这三次中其中两次如果是高电平，那么就认定这一位数据是 1，如果两次是低电平，那么就认定这一位是 0，

SBUF寄存器说明

串口通信的发送和接收电路在物理上有 2 个名字相同的 SBUF 寄存器，它们的地址也都

是 0x99，但是一个用来做发送缓冲，一个用来做接收缓冲。我们每次只操作 SBUF，单片机会自动根据对它执行的是“读”还是“写”操作来选择是接收 SBUF 还是发送 SBUF，

3.3编写UART串口步骤及程序

编写UART串口步骤：

配置SCON的模式，一般为模式一(0x50)。

配置定时器T1为模式二（0x20），自动重装载模式。

根据波特率计算TH1和TL1的初值（TH1 = 256 - （11059200 / 12 / 32）/baud），需要可使用PCON加倍波特率。

打开定时器寄存器TR1，开启T1。

UART小程序

//UART串口通信小程序

#include

void configUART(unsigned int baud);

void main()

{

EA = 1;//使能总中断

configUART(9600);//配置波特率为9600

while(1);

}

void configUART(unsigned int baud)

{

SCON = 0x50;//配置串口为模式一

TMOD &= 0x0F;//清零T1的控制位

TMOD |= 0X20;//配置T1为模式一

TH1  = 256 - (11059200/12/32)/baud;//计算T1重载值

TL1 = TH1; //初值等于重载值

ES = 1;//使能串口中断

ET1 = 0;//禁止T1中断

TR1 = 1;//启动T1

}

void InterruptUART() interrupt 4

{

if(RI)   //接收到字节

{

RI = 0; //手动清零接收中断标志位

SBUF = SBUF + 4;//接收的数据+4后发回，左边是发送SBUF，右边是接收SBUF

}

if(TI) //字节发送完毕

{

TI = 0;//手动清零发送中断标志位

}

}

程序结果图

4、串口调试助手

串口助手中，还有 ‘字符格式的发送’ 和 ‘字符格式显示’，先介绍字符，在一个字节的256个值中取 0 ~ 127共128个值赋予它另外一种含义，让他们分别代表一个常用字符，这个对应关系为ASCII码字符表。这样就在字符和字节数据之间创建了一一对应关系，一个字节即可代表整数，又可代表一个字符，但本质都是一个字节的数据。

串口助手中，选择字符格式发送和十六进制接收。若发送小写a，则接收的数据为字符a对应的十六进制值0x61。十六进制发送和十六进制接收，都是按字节数据的真实值进行的；而字符格式发送和字符格式接收，是按 ASCII 码表中字符形式进行的，但它最终传输的实际上还是一个字节数据。见下例。

说明：例子中以字符格式发送 ‘20’，但实际上是分别发送 字符‘2’ 和 ‘0’ 。而显示则分别显示 字符’1’ 和 字符’2’ 对应的十六进制数值0x32和0x30。

5、通信小程序

实现单片机串口调试助手发送的数据，在开发板数码管上以十六进制显示出来。

#include

sbit ADDR3 = P1^3;

sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表

0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[]={ //数码管+独立LED显示缓冲区

0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

};

unsigned char T0RH;//T0重载值的高字节

unsigned char T0RL;//T0重载值的低字节

unsigned char RxdByte = 0;//串口接收到的字节

void configUART(unsigned int baud);

void configTimer0(unsigned char ms);

void Ledscan();

void main()

{

EA = 1; //使能总中断

ENLED = 0;//选择数码管

ADDR3 = 1;

configUART(9600);//配置波特率为9600

configTimer0(1);//配置T0定时1ms

while(1)

{ //将接收字节在数码管上以十六进制形式显示出来

LedBuff[0] = LedChar[RxdByte & 0x0F];

LedBuff[1] = LedChar[RxdByte>>4];

}

}

//串口配置函数，baud为通信波特率

void configUART(unsigned int baud)

{

SCON = 0x50; //配置串口为模式1

TMOD &= 0x0F;//清零T1的控制位

TMOD |= 0x20; //配置T1为模式二

TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud;//计算T1重载值

TL1 = TH1;   //初值等于重载值

ES = 1;   //使能串口中断

TR1 = 1;  //启动T1

}

//配置并启动T0，ms-T0定时时间

void ConfigTimer0(unsigned char ms)

{

unsigned long tmp; //临时变量

tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率

tmp = (tmp * ms) / 1000;//计算所需要的计数值

tmp = 65536 - tmp + 13; //计算定时器重载值，并补偿中断延时造成的误差

T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8);//定时器重载值拆分为高低字节

T0RL = (unsigned char)tmp;

TMOD &= 0xF0;//清零T0的控制位

TMOD |= 0x01;//配置T0为模式一

TH0 = T0RH; //加载T0重载值

TL0 = T0RL;

ET0 = 1;//使能T0中断

TR0 = 1;//启动T0

}

void InterruptUART() interrupt 4

{

if(RI) //接收到字节

{

RI = 0;//手动清零·接收中断标志位

RxdByte = SBUF ;//接收到的数据保存到接收字节变量中

SBUF = RxdByte;//接收到的数据又发回，用以提醒用户输入的信息是否正确

}

if(TI) //字节发送完毕

{

TI = 0;//手动清零发送中断标志位

}

}

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

TH0 = T0RH;//重新加载重载值

TL0 = T0RL;

Ledscan(); //Led扫描显示

}

//LED动态扫描函数，需在T0中断中调用

void Ledscan()

{

static unsigned char i = 0; //动态扫描索引

P0 = 0xFF;    //关闭数码管所有段，显示消隐

P1 = (P1 & 0xF8) | i;//位索引值赋值到P1口低三位

P0 = LedBuff[i];//缓冲区中索引值德数据送到P0口

i++; //索引递增循环，遍历整个缓冲区

if(i > 5)

{

i = 0;

}

}

6、收获

本章是通信的开章，整体难度不难，学起来也比较轻松，后面应该难度就会上来了，还有八天开学，还有9章没学完，还是加油学吧，奥利奥奥里给！！