历史上的今天

今天是：2025年08月20日（星期三）

正在发生

基于MC9S12XS128的二轮直立车设计与实现

2019年08月20日 | 51单片机之串口通讯应用实例（逻辑分析仪调试）

2019-08-20 来源：eefocus

硬件：STC89C52RC

开发工具：Keil uVision4

前言：8051是一款很经典的、历史悠久的单片机，作为一款入门级的单片机8051受到很多初学者的欢迎。89c52是8051系列的成员之一，拥有8K字节程序存储空间，512字节随机数据存储空间；I/O口控制端口、中断功能、定时器及串行接口。下面详细讲述串行接口功能的使用。

不管你用的芯片是不是STC89C52RC，只要你看完这篇文章，就能自行运用到不同的芯片上；因为一种串口通信协议的传输原理在任何芯片上都是统一的；所以它可以作为不同芯片一起协作的通信媒介。

目前普遍的单片机都有串行通信的接口，因为它依赖的硬件比较简单，一条串行数据输出线(TX)、一条串行数据接收线(RX)、一条用于电压参考的共地线。由此看出，芯片可以同时接受和发送数据，也实现了所说的全双工；而且，数据的传输时异步进行的，也就是说当芯片发送数据的时候，不需要对方应答，甚至不接目标器件也能成功发送；与之相反的同步通讯，就是需要对方应答或者通过时钟线控制传输的过程。

波特率：每秒钟可以传送几位的数据成为波特率，单位是BPS(Bit Per Second)。典型的波特率有9600bps、115200bps，以9600bps为例，使用8个数据位，没有检验位，1个停止位，起始位一直会存在。那么发送一个字节共需要发送10位，9600/10=960字节，也就是说一秒最多能发960字节的数据，波特率越高，传送的时间越短。我们所说的4M宽带的4M指的也是波特率，是一秒可以发4M位，而不是一秒可以发4M字节。

串行异步通信时的数据格式：

⑴ 起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑“0”电平，标志传送一个字符的开始。

⑵ 数据位：数据位为5-8位，它紧跟在起始位之后，是被传送字符的有效数据位。传送时先传送字符的低位，后传送字符的高位。数据位究竟是几位，可由硬件或软件来设定。

⑶ 奇偶位：奇偶检验为仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，也可以不设奇偶位。

⑷ 停止位：停止位为1位、1.5位或2位，可有软件设定。它一定是逻辑“1”电平，标志着传送一个字符的结束。

⑸ 空闲位：空闲位表示线路处于空闲状态，此时线路上为逻辑“1”电平。空闲位可以没有，此时异步传送的效率为最高。

下面是利用逻辑分析仪抓取信号得到的波形图，对照着上面所说的数据格式去解读：

图的上方是信号的波形图，下方是描述该串口信号的信息，只有告诉逻辑分析仪这些信息，才能让它从该信号中正确地读取数据，所以在应用的时候以上所显示的信息需要通信双方配置为一样。我们截取了一帧的数据，可以看到正在发送的值是0b10101010，也就是0xaa；首先，上面每一个点对应数据的一个bit位的值，总共8个点；可以看到第一个数据前有一个起始位，最后一个数据后面有一个停止位“1”，当然发完了之后是空闲状态也是处于逻辑“1”状态。数据位的低bit位先发，对于0b10101010来说就是先发0，所以起始位后面紧接着发0。

下面介绍如何使用单片机的串行通信，首先是相关寄存器介绍：

SCON特殊功能寄存器

下图是SCON寄存器的每一位，每一个位均可位寻址，可分别设定或清除。

SM0、SM1

SM0=0&SM1=0：模式0，移位寄存器控制I/O，波特率固定为工作频率/12。

SM0=0&SM1=1：模式1，8位串行数据传送，波特率由计时器1来控制。

SM0=1&SM1=0：模式2，9位串行数据传送，波特率可分为2种，工作频率/32或工作频率/64。

SM0=1&SM1=1：模式3，9位串行数据传送，波特率可用计时器1控制。

SM2：在串行传输工作模式2或模式3时，用于多处理机控制功能。

REN：串行接口接收位，当REN=1时表示允许接收。

TB8：在模式2或模式3时，所送出的第9个数据位，可以由软件指令来做控制设定或清除。

RB8：在模式2或模式3时，所接收的第9位数据位，存放在此位上。

TI：串行传输数据发送中断产生标志，最后一个数据发送出去后，TI会被设置为1，此位必需由软件清除。

RI ：串行传输数据接收中断产生标志，当接收到最后一个数据时，RI会被设置为1，此位必需由软件清除。

从上面可知，这款单片机并没有配置停止位和校验方法的，默认是一个停止位和无校验方法。所以它可以做到：

波特率：在合适范围内自行配置

数据位：8位或9位

校验位：不可选，默认没有校验位

停止位：不可选，默认1个停止位

其实我们可以做到有校验位的，就是将就第9个数据为作为校验位，当然该位的值需要软件计算出来。下面说一下各模式下波特率的计算：

模式0的波特率设定：

该模式下波特率固定的，为工作频率的1/12。如果使用12M的晶振，工作频率即为12M，波特率为12M/12=1Mbps。

模式2的波特率设定：

当SMOD=1时，波特率=（工作频率）/32

当SMOD=0时，波特率=（工作频率）/64

模式1和模式3的波特率设定：

模式1和模式3下的波特率有内部计数器1来控制，计数器的工作模式也有很多种，但必须要使用模式2，自动重新载入计时模式。如果对定时器不是很了解可参考链接。设定波特率的关键是计算出计数器TH1（自动载入计时值）的值，计算公式为：

由上面的公式，只要把波特率定下来，就可以算出TH1的值了，整理得：

假如单片机使用的晶振频率为11.0592MHz，各串行通信的波特率定为9600bps，SMOD设为0，则可求得TH1如下：

由上面公式，我们可以计算常用的波特率所对应的计时器自动载入值(写入TH1中)，如下：

下面是一个例子，实现电脑端给单片机发送字符时，单片机将字符返回给电脑，波特率位9600bps，8个数据位，无校验位，1个停止位，单片机使用的晶振是11.0592MHz。

#include

void InitUART (void) //初始化串口通信

{

#if 1 //方法一

SCON = 0x50; // SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收

TMOD |= 0x20; // TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit 重装

TH1 = 0xFD; // TH1: 重装值 9600 波特率晶振 11.0592MHz

TR1 = 1; // TR1: timer 1 打开

EA = 1; //打开总中断

ES = 1; //打开串口中断

#else //方法二

TMOD=0x20; //设置定时器1工作模式：模式二

TH1=0xfd; //设定定时器重载值

TL1=0xfd; //初值

TR1=1; //打开定时器

REN=1; //使能串口接收数据

SM0=0; //串行通讯模式1

SM1=1; //串行通讯模式1

EA=1; //打开总中断

ES=1; //打开串口中断

#endif

}

void SendString(unsigned char *s) //发送字符串的函数

{

while(*s!=''){// 表示字符串结束标志，通过检测是否字符串末尾

SBUF = *s;

while(!TI);

TI = 0;

s++;

}

void Delay(unsigned int t) //简单的延时函数

{

while(--t);

}

void main (void)

{

InitUART();

while (1) //主循环

{

//Delay(0xffff);

//SendString("runing"); //如果去掉注释电脑端就会一直收到”runing“字符串

}

void UART_SER (void) interrupt 4 //串行中断服务程序（接收完成或者发送完成都会进入该中断）

{

unsigned char Temp; //定义临时变量

if(RI){ //判断是接收中断产生

RI=0; //标志位清零

Temp=SBUF; //读入缓冲区的值

P0=Temp; //把值输出到P1口，用于观察可去掉

SBUF=Temp; //把接收到的值再发回电脑端

}

编译程序下载到单片机上，将P3.1接到串口转USB模块的RX，P3.0接到串口转USB模块的TX，然后将串口转USB模块接到电脑，电脑端打开串口助手，将串口参数配置跟单片机一样（9600bsp，8个数据位，无校验位，一个停止位）。打开串口，往单片机发送一个在字符，那么在串口助手的接收框里就能看到刚发送出去的字符。

一般来说，我们下载程序就是用串口下载，下载的时候是需要选择串口号的，下载完成后就是用该串口号进行验证，可能在下载软件里面就有串口助手，用起来非常方便，如下图所示。

仅供参考，错误之处以及不足之处还望多多指教。

51单片机串口通讯逻辑分析仪调试

上一篇:矩阵键盘扫描原理详解——单片机

下一篇:51单片机之外部中断应用实例(电平触发、边沿触发)