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学习UART要先认识一些基础知识
一:什么是串行、并行通信?
(1)串行通信
串行通信概念:
串行通信的特点:
(2)并行通信
并行通信概念:
并行通信特点:
二:什么是异步通信、同步通信?
(1)异步通信
编辑
异步通信概念:
异步通信特点:
(2)同步通信
同步通信概念:
1、外同步
2、自同步
同步通信特点:
三:什么是单工、半双工、全双工通信?
单工通信
半双工通信
全双工通信
四:如何衡量 通信性能标准?
通信速率
五:串口通信介绍(UART)
(1)接口标准
①公头
编辑
②母头
(2)DB9、DB25 管脚定义:
(3)通信协议
96
N
8
1
(4)串口内部结构
(5)串口相关寄存器
串口控制寄存器 SCON
SM0、SM1 是工作方式选择位
编辑
SM2:多机通信控制位,主要用于方式 2 和方式 3
REN:
TB8
RB8
TI
RI
电源控制寄存器 PCON
(6)串口工作方式
方式0:
方式1:
方式2 和 方式3:
(7)串口的使用方式
如何计算波特率?
串口的初始化流程使用
串口初始化程序步骤
基于51单片机 RS-232 电路图
程序设计
学习UART要先认识一些基础知识
(1)串行、并行
(2)异步、同步
(3)单工、半双工、全双工
一:什么是串行、并行通信?
(1)串行通信
串行通信概念:
串行通信是一种通信的执行方式,它使用一根数据线,将数据进行一位一位传输,他有固定的长度
数据一字节有7个比特位,常用于计算机与计算机和外设的通信。
串行通信的特点:
(1)传输线少,长距离传送时成本低,因为只有一根数据线;
(2)数据的传送控制比并行通信复杂。
(2)并行通信
并行通信概念:
并行通信他是指一种通信的执行方式,他采用多条数据线同时进行传送,通常8位、16位、32位一起传输。
并行通信特点:
(1)并行通信,他控制简单,传输速度快;
(2)传输线较多,较长的传输距离成本较高,抗干扰能力较差;
二:什么是异步通信、同步通信?
(1)异步通信
异步通信概念:
异步通信他是指一种通信方式,通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发生和接收过程。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。
异步通信使用 数据帧为单位进行传输,字符与字符之间的间隙是任意的,每个字符中的各位是固定时间传送的,即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍关系,同一字符内的各位之间距离为“位间隔”的整数倍。
异步通信特点:
(1)不要求收发方时钟一致,实现容易
(2)设备开销小,每个字符要加2~2位用于起止位,传输效率不高
(2)同步通信
同步通信概念:
同步通信是一种通信方式,他需要建立发送方时钟对接收方时钟直接控制,使双方通信达到完全同步;传输数据的位间隔均为“位间隔”的整数倍。同时传送的字符间不留间隔,即保持位同步关系,也保持字符同步关系。
实现同步两种方法:
1、外同步
外同步的方法是,发送端发送数据之前先发送同步时钟信号,接收方用这一同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率,以此来达到收发双方位同步的目的
2、自同步
自同步法:接收方利用包含有同步信号的特殊编码(如曼彻斯特编码)从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率,达到同步目的。
同步通信特点:
(1)可以实现高速度、大容量的数据传送。
(2)要求发生时钟和接收时钟保持严格同步,同时硬件复杂。
三:什么是单工、半双工、全双工通信?
单工通信
单工是指数据传输仅能沿一个方向,不能实现反向传输
半双工通信
半双工是指数据传输可以沿两个方向,但需要分时进行
全双工通信
全双工是指数据可以同时进行双向传输
四:如何衡量 通信性能标准?
通信速率
通信性能 使用通信速率来表示,通常以比特率(Bitrate)来表示。
比特率是每秒钟 传输二进制的位数,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
五:串口通信介绍(UART)
串口通信是指外设和计算机之间的数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种通信方式,鼠疫串行通信方式。
串口是一种接口标准,规定了接口的电气标准,没有规定接口插件电缆以及使用的协议。
(1)接口标准
RS-232C 接口规定还有使用一种9 针的非标准连接器接口,简称 DB9
串口通信大多使用 DB9接口。
接头有分 公头和母头 区别
①公头
有针的叫公头
②母头
有差孔的叫母头
(2)DB9、DB25 管脚定义:
串口通信通常只使用:2/3/5 三个管脚,即 TXD、RXD、SGND。
RS-232C 是使用正负电压来表示逻辑状态
单片机是采用TTL以高低电平来表示逻辑状态
实现单片机与计算机串口通信需要使用 TTL与 RS-232电平转换,通常使用电平转换芯片MAX232
电平信号:
串口通信时,需要让 TXD与RXD 交叉连接
(3)通信协议
RS232 通信协议 遵循96-N-8-1 格式
96
通信波特率为 9600,串口通信中通常使用的是异步串口通信,即没有时钟线,所以两个设备要通信,必须要保持一致的波特率。
N
表示的是 无校验位 ,由于串口通信相对更容易受到外部干扰导致传输 数据出现偏差,可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验 (odd)、偶校验(even)、0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校(noparity)
8
表示的是数据位数为 8 位 ,其数据格式在前面介绍异步通信中已讲过。当然数据位数还可以为 5、6、7 位长度
1
表示的是 1 位停止位 ,串口通讯的一个数据包从起始信号开始,直到 停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑 0 的数据位表示,而数据包的停止信号可由 0.5、1、1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示,只要双方约定一致即可。
(4)串口内部结构
串口管脚 TXD、RXD
SBUF 是 数据缓存区、发送数据,接收数据都是在SBUF
先把数据存放到SBUF,在由寄存器控制它发送出去
串口通信是一个异步通信,他有一个波特率
波特率是如何产生的?
他是由TH1、TL1产生的,
TH1、TL1 是有定时计数器1的功能
配置TH1、TL1 的方式2 自动重载的工作方式
SMOD 来配置它的倍频
如果设置倍频,要将上面TH1、TL1 除以 2 传输接收 和发送控制器
如果你要发送数据 或者 接收数据,发送控制器和接收控制器 RI 或者 TI会置1 ,发送串口中断去判断请求
(5)串口相关寄存器
串口控制寄存器 SCON
SM0、SM1 是工作方式选择位
SM2:多机通信控制位,主要用于方式 2 和方式 3
当 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。
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。
TB8
在方式 2 或方式 3 中,是发送数据的第 9 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,该位未用到。
RB8
在方式 2 或方式 3 中,是接收到数据的第 9 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。
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。
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。
电源控制寄存器 PCON
SMOD:波特率倍增位。在串口方式 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。
(6)串口工作方式
方式0:
串行口: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
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下所示。其中 1 位起始位,8 位数据位,1 位停止位,共 10 位。
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。
方式2 和 方式3:
方式2/3 数据位 共9位 ,增加的位是RD8/TD8
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。
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。
主要使用的是 方式0 、方式1
(7)串口的使用方式
如何计算波特率?
方式 0 的波特率 = fosc/12方式 2 的波特率 =(2 SMOD /64)· fosc方式 1 的波特率 =(2 SMOD /32)·(T1 溢出率)方式 3 的波特率 =(2 SMOD /32)·(T1 溢出率)T1 溢出率 = fosc /{12×[256 -(TH1)]}
串口的初始化流程使用
①确定 T1 的工作方式(TMOD 寄存器);
②确定串口工作方式(SCON 寄存器);
③计算 T1 的初值(设定波特率),装载 TH1、TL1;
④启动 T1(TCON 中的 TR1 位);
⑤如果使用中断,需开启串口中断控制位(IE 寄存)
串口初始化程序步骤
void uart_init(u8 baud)
{
TMOD|=0X20; //设置计数器工作方式 2
SCON=0X50; //设置为工作方式 1
PCON=0X80; //波特率加倍
TH1=baud; //计数器初始值设置
TL1=baud;
ES=1; //打开接收中断
EA=1; //打开总中断
TR1=1; //打开计数器
}
uart_init(0XFA); //波特率为 9600
基于51单片机 RS-232 电路图
程序设计
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
// 只需要对特殊寄存器进行配置,就能进行通信
// 串口初始化 定时1 八位自动装载 使用u8类型就可以了
void uart_init(u8 band)
{
TMOD |= 0x20; // 0x20 定时器1 工作方式2 TMOD 0010 0000 高四位T1,低四位T0 ,换算16位 0x20
SCON = 0x50; // 串口工作方式 设置SCON 寄存器0 1 为工作方式1,REN接收设置为1
PCON = 0x80; // 使用倍频
TH1 = band; // 定时器的初值 自动装载 从TL1计数到TH1
TL1 = band;
ES = 1; // 串口中断打开
EA = 1; // 总中断打开
TR1 = 1; // 定时器打开
}
//void deplay_time(u16 time)
//{
// while(time--);
//}
void main()
{
uart_init(0xFA);
while(1)
{
}
}
// 串口中断函数
void uart() interrupt 4 // 串口中断4
{
u8 rec_data =0; // 定义一个变量来接收 SBUF的数据 ,进行初始化
RI=0; // RI 清零
rec_data = SBUF;// 读取SBUF 数据 ,定义一个变量来接收
SBUF = rec_data;// 发送数据 需要把数据发送给SBUF,自动控制传送
while(!T1); // 等T1 循环 要是为0 自动退出
T1 = 0; // 在将T1 置0
}