2021年06月18日 | 串口通信详解（51单片机）

计算机串行通信基础

随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能愈来愈显得重要。计算机通信是指计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换。
通信有并行通信和串行通信两种方式。在多微机系统以及现代测控系统中信息的交换多采用串行通信方式。

串行通信的基本概念

异步通信

异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。

异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。

异步通信的特点：不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。

同步通信

同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。

串行通信的传输方向

单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。
半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。
全双工是指数据可以同时进行双向传输。

传输速率

比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒（bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率为：
10位×240个/秒 = 2400 bps

传输距离与传输速率的关系

串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性有关。当传输线使用每0.3m（约1英尺）有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过1000 bps 时，最大传输距离迅速下降，如9600 bps 时最大距离下降到只有76m（约250英尺）。

80C51的串行口

80C51串行口的结构

有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H ；接收器是双缓冲结构 ；发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。

80C51串行口的控制寄存器

1. SCON 是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志：
   

2. SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：
   

3. SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。当接收机的SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否激活RI（RB8＝0时不激活RI，收到的信息丢弃；RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并激活RI，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。当SM2=0时，不论收到的RB8为0和1，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活RI（即此时RB8不具有控制RI激活的功能）。通过控制SM2，可以实现多机通信。

4. 在方式0时，SM2必须是0。在方式1时，如果SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI才置1。

5. REN，允许串行接收位。由软件置REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。

6. TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。
   在方式0和方式1中，该位未用。

7. RB8，在方式2或方式3中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在方式1时，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。

8. TI，发送中断标志位。在方式0时，当串行发送第8位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置1，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清0，取消此中断申请。

9. RI，接收中断标志位。在方式0时，当串行接收第8位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使RI置1，向CPU发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清0，取消此中断申请。

10. PCON中只有一位SMOD与串行口工作有关 ：

11. SMOD（PCON.7） 波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。

80C51串行口的工作方式

1. 方式0
   方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。

2. 方式1
   方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。
   
   方式1输入：
   用软件置REN为1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将接收到的9位数据的前8位数据装入接收SBUF，第9位（停止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。

3. 方式2和方式3：
   方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚 。
   
   方式2和方式3时起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32，方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。
   方式2和方式3输出：
   发送开始时，先把起始位0输出到TXD引脚，然后发送移位寄存器的输出位（D0）到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。
   第一次移位时，停止位“1”移入输出移位寄存器的第9位上 ，以后每次移位，左边都移入0。当停止位移至输出位时，左边其余位全为0，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置TI=1，向CPU请求中断。
   方式2和方式3输入：
   接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位），置RI=1，向CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。

   波特率的计算

在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。
通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来决定。

串行口的四种工作方式对应三种波特率。由于输入的移位时钟
的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。

方式0的波特率 = fosc/12
方式2的波特率 =（2SMOD/64）· fosc
方式1的波特率 =（2SMOD/32）·（T1溢出率）
方式3的波特率 =（2SMOD/32）·（T1溢出率）
当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以启动定时器）。这时溢出率取决于TH1中的计数值。
T1 溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}
在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和11.0592MHz。所以，选用的波特率也相对固定。

串口如何使用

串行口工作之前，应对其进行初始化，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：

1. 确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；

2. 计算T1的初值，装载TH1、TL1；

3. 启动T1（编程TCON中的TR1位）；

4. 确定串行口控制（编程SCON寄存器）；

5. 串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、
   IP寄存器）。

中断源

实例

题目

12M晶振，波特率4800，实现单片机与PC机通信，实现；两个功能。

1. 单片机按键按下，向PC机发送4组1–5，五个数，共20.

2. PC机控制单片机LED灯的亮灭。

代码

#include "reg52.h"    //此文件中定义了单片机的一些特殊功能寄存器

#include"delay.h"//一个简单的延时函数，就不再编写

typedef unsigned int u16;   //对数据类型进行声明定义

typedef unsigned char u8;

sbit LED = P2^3;//根据自己单片机上的LED灯选择引脚

sbit key = P3^2;//根据自己单片机上的按键选择引脚

u8 dat;//后面接收的数据存放的位置

u16 i,j;//为后面循环做准备

u8 a[5]={'1','2','3','4','5'};//定义了向PC机发送的数组

/*初始化函数*/

void UsartInit()

{

 SCON=0X50;   //设置为工作方式1

 TMOD=0X20;   //设置计数器工作方式2

 PCON=0X80;   //波特率加倍

 TH1=0XF3;    //计数器初始值设置，注意波特率是4800的

 TL1=0XF3;

 ES=1;      //打开接收中断

 EA=1;      //打开总中断

 TR1=1;     //打开计数器

}

/* 单片机发送给PC机*/

void send()

{

    if(key==0)

  {

  delay(80);

   if(key==0)

   { 

    for(j=0;j<5;j++)

    {

     for(i=0;i<5;i++)

     {

      SBUF=a[i];

         while(!TI);//等待发送完

         TI=0;//清除发送结束标志

     }

    SBUF= 't' ;

       while(!TI);//等待发送完

    TI=0;//清除发送结束标志  

     }        

   }

  } 

}

/*主函数*/

void main()

{  

 UsartInit();  // 串口初始化

   LED =1;

    key=1;

 while(1)

 { 

      send();

 };

}

/*串口中断函数*/

void Usart() interrupt 4

{         

  RI = 0;//清除接收中断标志位

  dat=SBUF;//出去接收到的数据      

     if(dat=='0')

      LED =0;

   if(dat=='1')

   LED = 1;

}

结尾

如果想良好的使用串口通信，就必须对中断计时器有很好的认识，原理一定要了解清楚。