2021年10月20日 | #51单片机# UART串口通信的基本应用、模块介绍和串口程序

UART串口通信的基本应用

通信的三种基本类型：

单工通信：值允许一方向另一方传送星系，另一方不能回传信息。例：电视遥控器、收音机广播

半双工通信：数据可在双方之间相互传播，但同一时刻只能一方传给另一方。例：对讲机

全双工通信：发送数据的同时也可接收数据，两者同步进行。例：电话

UART模块介绍

通常情况下，我们关心的是通信的结果而非过程。51单片机内部存在UART模块，可自动接收数据，接收完毕，会发出通知信号。要使用这个模块，需要配置对应的具有特殊功能的寄存器。

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

先来了解串口控制寄存器SCON

SCON——串行控制寄存器的位分配（地址0X98、可位寻址）

SCON——串行控制寄存器的位描述

对于串口的四种模式，模式1是最常用的，就是前面提到的1位起始位，8位数据位和1位停止位。 下面讲详细介绍模式1的工作细节和使用方法（其他3种模式与模式1大同小异，要用的时候自行查阅资料既可）。

在硬件模块中，有一个专门的波特率发生器用来控制发送和接收数据的速度。对于STC89C52单片机来说，这个波特率只能由定时器T1或定时器T2产生。这与模拟的通信概念完全不同。默认使用定时器T1（定时器T2需要额外配置的寄存器）。

下面主要就使用T1作为波特率发生器来讲解，方式1下的波特率发生器必须使用T1的模式2，也就是自动重装载模式。

定时器的重载值计算公式为：TH1 = TL1 = 256-晶振值/12/2/16/波特率

这里介绍一个与波特率有关的另一个计算器：电源管理寄存器PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果写PCON |= 0X80以后，计算公式就成了：TH1 = TL1 = 256-晶振值/12/16/波特率

公式中数字的含义解释如下：

256——8位定时器的溢出值，1TL1的溢出值。

晶振值——在开发板上是11059200

12——1个机器周期等于12个时钟周期

16——将一位信号采集16次（IO口模拟串口通信接收数据时采集的是这位数据的中间位置，而实际串口模块比模拟的要复杂和精确一些。它采取的方式是把一位信号采集16次，其中7，8，9次取出来，如果这三次中有两次是高电平，就认为这个数据是1，如果有两次是低电平，就认为这个数据是0，这样即使是受到干扰导致数据读错，仍可保证最终数据的正确性）

了解了串口采集模式，这里可以思考一个问题。“晶振值/12/2/16/波特率”计算出的值有没有可能是小数？把这里理解了也就解释了晶振为何使用11059200。 因为11059200可以被常见的波特率整除。

串口通信的发送和接收电路在物理上有两个名字相同的SBUF寄存器，它们的地址相同都是0X99。 这两个寄存器一个用来发送缓冲，一个用来接收缓冲，实现了UART的全双工通信，互相不干扰。操作SBUF，单片机会自动判断并决定选择接收SBUF还是发送SBUF。

UART串口程序

一般情况下，串口通信程序的编写步骤如下：

1）配置串口为模式1

2）配置定时器T1为模式2（自动重装模式）

3）根据波特率计算TH1和TL1的初值，如果有需要可以使用PCON进行波特率加倍。

4）打开定时器控制寄存器TR1，让定时器跑起来。

注意：使用T1时，即在使用T1做波特率发生器，千万不能再使能T1中断。

以下是一段演示代码

 #include

 void ConfigUART(unsigned int baud);//串口配置函数，baud——通信波特率

 void main()

 {

  ConfigUART(9600); //配置波特率为9600

while(1)

{

while(!RI); //等待接收完成

RI = 0; //清零接收中断标志

SBUF = SBUF + 1;//接收到的数据+1后，发送回去

while(!TI); //等待发送完成

TI = 0; //清零发送中断标志位

}

 }

 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2

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

TL1 = TH1; //初值等于重载值

ES = 0; //禁止T1中断

TR1 = 1; //启动T1

 }

注意：实际工程开发中，并不会这样编写这段代码，因为这段代码在主循环里等待接收中断标志位和发送中断标志位，占据了大量程序内存。实际使用串口时常用到串口中断。

以下是串口中断的演示代码

 #include

 void ConfigUART(unsigned int baud);//串口配置函数，baud——通信波特率

 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1

TMOD &= 0X0F; //清零T1的控制位

TMOD |= 0X20; //配置T1为模式2

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

TL1 = TH1; //初值等于重载值

ET1 = 1; //禁止T1中断

ES = 1; //使能串口中断

TR1 = 1; //启动T1

 }

 //UART中断服务函数

 void InterruptUART() interrupt 4

 {

  if(RI)     //接收到字节

{

RI = 0;   //手动清零接收中断标志

SBUF = SBUF + 1;    //接收到的数据+1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

}

 }