【C51】UART串口通信

我们常需要单片机和其他模块进行通信，数据传输，常用的方式就是串口通信技术。

常用来 单片机<-->电脑，  单片机<-->单片机之间通信。

串行通信 versus 并行通信

并行传输:将字节的各个 bit 用多条传输线路同时发送出去。每个bit使用一条线路。

优点：速度相对快，控制简单。

缺点：控制线路多，耗费的硬件资源多。

串行传输：将一个字节的数据的各个 bit 在一条线路上 分时发送。一个字节8位，则至少需要分8次发送完。

优点：需要的线路少，成本低。

缺点：控制复杂，因为它要遵循一定的传输协议。

                     

通信的工种

单工       ：A，B中只有一个发送数据另一个只能接受数据 ，如广播。
半双工    ：A 和B既可以发送数据，也可以接受数据，但是当其中一方在发送数据时，另一方就只能接受数据 ，如对讲机。
全双工    ：通信双方双方可以同时发送 和 接受数据。如电话 ，单片机的串口通信。

单片机的串口通信是一种全双工通信。

前面提到，使用串行方式发送数据只需一条线，然而，由于串口通信是全双工的，通信的任何一方都必须 既能发送数据，又接受数据，所以需要2根数据线，分别用于接受串行数据和发送串行数据。

对于51单片机，就是P3.0 和 P3.1  两个引脚控制的。

P3.0:   RXD, 串行数据接收端

P3.1:   TXD，串行数据发送端

UART串口通信原理与数据帧格式

MCS-51单片机具有一个全双工的串行通信接口，能同时进行发送和接收。它可以作为UART（通用异步接收和发送器）使用。

在任何一根数据线上，空闲状态下，即无数据传输时，线上一直持续逻辑电平1。当接收方突然接收到逻辑电平0时，表示对方发送数据来啦，要做好准备接收了。这个0就是数据帧的起始位，它只是标记了数据的开始，不构成真正发送的数据。接受方检测到这个下降沿跳变后，就开始准备接收后面的数据了。

随后，发送方会连续发送8 个 bit，代表发送的目标数据，（先发送地位，后发送高位，比如发送 二进制数据 0000 0001 ，则第一个发送的bit数据是1）。8位数据发送完了后，发送方再发送一个逻辑1（不考虑使用奇偶校验位，后面会提到），表示这帧数据发送结束。 此后数据线上可能再次恢复到空闲状态，也可能紧接着传输下一个帧。

同时，接受方会在发送的期间，利用自己的串口电路，以16倍的波特率速度采集RXD引脚信号，也就是一帧要重复采集16次（减少误差），然后过滤出8位数据，送给自己的SBUF。

波特率

通信双方统一的约定：一个bit 的信号要持续多久？？？

数据帧中的bit会先后在数据线上传输，而且一个帧中的每一个bit持续的时间是一定的。假如（只是假如）每个bit 信号持续1ms ，发送方的串口电路将使发送线路的每个bit 的逻辑电平持续1ms，然后发送下一个bit信号。同理，接受方的串口电路持续探测数据线1ms后，然后继续探测下一个bit信号。上图中，蓝色线条的宽度，就代表每个bit持续的时间。

这里假定1ms，如果每个bit发送的时间越短，那么可以让数据发送的速度越快，我们一般用波特率表示。

波特率的单位是 bps（bit per secons），意思是 每秒钟发送的 bit数。常用的波特率：1200bps，2400，4800,9600，14400，19200，28800,38400，57600...

如果 每个bit传输的时间为T s，则波特率  baud = 1/T bps 。

串口通信双方波特率一定要一样！

为什么叫异步收发器

收发双方各自使用自己的时钟，无需用同一个时钟信号同步。它以数据帧的方式传输数据，为了能让接受方正确接受一个帧，需要在帧首 加上起始位，同时，为了让接收方正确识别一个完整的帧，需要在帧尾加上停止位，代表一帧的结束。因此，只要双方遵守这个协议，他们就可以在任意时刻发送和接收一个帧，发送方可以在发送完第一个帧后，等1个小时再发送第二个帧，而接受方会不断采集线路（接受方的RXD引脚）上的电平，如果突然采集到下降沿，由1变为 0 ，则认为有新的数据要传输了，于是开始以16倍波特率速度采集帧。

帧与帧之间的间隔是任意的，但是一帧中的各个bit之间的间隔是固定的。

51单片机的串口通信

会用到的寄存器 和位 ：SBUF  , SCON，  TMOD，PCON，TR1  EA ，ES

SCON 用于控制单片机串口的工作方式。

SM1	SM0	方式	用法	波特率
0	0	0	同步移位寄存器传输方式，并不符合常规的串口通信。	波特率固定，为：Fosc/12
1	0	1	10位数据帧传输方式，1位起始位，8位数据，1位终止位。	波特率可变，为：T1溢出率/n    n=16， 32
0	1	2	11位数据帧传输方式。	波特率固定，为：Fosc/n
1	1	3	11位数据帧传输方式。	波特率可变，为：T1溢出率/n    n=16， 32

SM2：多机通信控制

= 0 双机

=1  多机

TB8：用于方式2，3中。存储发送出的数据的第9位

RB8：用于方式2，3中。存储接收到的数据帧的第9位。

REN = 1 :允许串口接收外部串口数据

= 0：不接受外部的串口数据

TI：发送中断标识位。当一帧数据发送到停止位时（发送完成），TI变为1，并请求中断。与其它51中断不同，TI必须由代码软件归 0。

RI：接收中断标识位。当一帧数据接收到停止位时（接收完成），RI变为1，并请求中断。与其它51中断不同，RI必须由代码软件归 0。

还有个很特殊的是，TI 和 RI 的中断入口地址是一样的，也就是这2个中断是同一个中断函数处理的，所以必须在中断函数中做出判断，来进行不同的处理。

SBUF

串行口缓冲寄存器，它用于 管理 发出去 或者 接受到的 数据。也就说，我们需要让单片机向外发送数据，就把这个字节数据赋值给SBUF，想接收发送给单片机的数据，则从SBUF中读取数据。在逻辑上，SBUF只有1个，我们在编程时只会操作这一个寄存器，但是实质上SBUF是指 2个独立的寄存器，一个只存储接收的数据，一个用于暂存发送出去的数据。正是因为有2个SBUF，我们的单片机才支持全双工模式。

方式1

10位数据帧传输格式：1个起始位 ，8个数据位，1个结束位。

TI = 0  的前提下，向SBUF写入数据，单片机的硬件自动封装成帧，发送出去，当发送到停止位时，自动将TI置1。表示这帧发送完毕，申请中断

RI = 0，且REN =1，SM2=0的前提下， 单片机串口以波特率的16倍速度采样RXD引脚，将接受到的数据存放到SBUF中，并自动将RI置1。表示受到数据，申请中断。

模式盘配置：

SCON = 0x50；  //二进制（0101 0000）即：REN=1，允许接受，SM2，TB8 RB8用不到，都是0，TI RI 中断标识为0。

波特率的配置

TMOD &= 0x0F;
TMOD |= 0x20;     //非破坏性赋值

TH1 = -(/)/baud;     //baud代表波特率
TL0 = TH1;
ET1  = ;       //使用T1来设定波特率，配置T1的工作方式 为 8位自动重装模式，这样就省了再次为TH1 TL1重新赋值的代码了，因此T1的中断也是用不到的，所以设置ET1 = 0。

开启中断

ES = ;   //串口中断使能

EA = ;   //总中断使能

启动T1

TR1  =1;

方式1是用的最多的，也能满足绝大多数的UART通信场合，下面是我自己写的一个库，可以直接拿去使用。

#include"serial.h"
/*
author:         代码钢琴家

file:           serial.c

description:    51单片机URAT串口库

date:          2016/10/26

attention:

1、在使用serial_read()前，必须使用标志 serial_rec_ok 判断单片机是否接收到了数据

2、不要在程序中使用T1，因为使用T1配置波特率了。且应做到对TMOD无破坏性赋值

3、在使用serial_init前需要使能EA ！，我没有在serial_init中打开中断总开关EA，你需要自己先打开EA。

4、不要在没有发送任何数据前，就读取serial_send_ok的值，因为我故意初始化位1（本应该是0），这是为了减少serial_write_str中的代码。
5、不要手动修改serial_rec_ok  和 serial_send_ok的值。

6、无奇偶校验，允许接受（REN=1），没有使用PCON加倍波特率，使用T1配置波特率。

*/

static unsigned char recData = '\0';    //接受SBUF存储的数据，内部使用
bit serial_rec_ok  = ;                 //串口接受成功标志
bit serial_send_ok = ;                    //串口发送成功标志

void serial_init(unsigned int baud)
{
    SCON = 0x50;

    TMOD &= 0x0F;
    TMOD |= 0x20;

    TH1 = -()/baud;     //28800 =11059200L/12/32
    TL0 = TH1;
    ET1  = ;               //显式关闭T1中断，因为T1使用的是重装模式，所以无需中断函数来重新给TH1 TL1赋值。

    ES = ;                 //使能串口中断
    TR1 = ;                //开启TI定时器
}

{

     if(RI)                        //发生接收完成 中断
     {
        RI = ;
         recData = SBUF;
        serial_rec_ok = ;       //全局标志，告知主函数已经收到1帧数据
     }

     else        //if(TI)
     {
         TI =;
        serial_send_ok  =;   //全局标志，告知主函数已经发送1帧数据
     }
}

/***************************************
作用：从串口中读取1个字节的数据返回

返回：读取的 unsigned char 类型数据

*****************************************/
unsigned char serial_read()      //在读取之前必须使用      serial_rec_ok 判断单片机是否接收到了数据
{
    serial_rec_ok = ;
    return recData;             //recData 已经在中断函数中获得了SBUF中的串行数据，直接返回
}

/***************************************
作用：写1个字节的数据到串口，也就是发送1个字节的数据到串口

参数d：发送的 unsigned char 类型的数据

*****************************************/
void serial_write(unsigned char d)
{
    serial_send_ok =;
    SBUF = d;
}

/***************************************
作用：写1个字符串到串口，也就是发送1个字符串

参数str:字符串的地址。请确保字符串末尾有'\0'

*****************************************/

void serial_write_str(unsigned char*str)
{
     while(*str)                       //请确保字符串末尾有'\0'
     {
        while(!serial_send_ok)
        ;                       //等待前一个字符发送完毕，才能继续发送下一个字符。
                                //异步串口通信，不对帧与帧之间的间隔做要求，因此这里的循环等待问题不大。
        serial_write(*str++);
     }
}

/*****
file: serial.h
******/
#ifndef _SERIAL_H__
#define _SERIAL_H__

#include<reg52.h>            //根据具体使用的单片机修改 reg52.h   or   reg51.h

extern bit serial_rec_ok ;
extern bit serial_send_ok;

void serial_init(unsigned int baud);
unsigned char serial_read();
void serial_write(unsigned char d);
void serial_write_str(unsigned char*str );

#endif

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代码钢琴家