学习笔记|串口通信的基础知识|同步/异步|RS232|常见的串口软件的参数|STC32G单片机视频开发教程（冲哥）|第二十集：串口通信基础

news2024/11/24 10:27:21

目录

  • 1.串口通信的基础知识
    • 串口通信(Serial Communication)
    • 同步/异步？
    • 全双工？
    • 常见的串口软件的参数
  • 2.STC32的串口通信实现原理
    • 引脚选择：实现分时复用
    • 模式选择
      • 串口1模式1，模式1波特率计算公式
  • 3.串口通信代码实现
    • 编写串口1通信程序
      • 15.5.4 串口2使用定时器2做波特率发生器
      • 新建工程16.串口2通信
    • 错误排查及代码分析
  • 总结
  • 课后练习：

1.串口通信的基础知识

百度百科：串口通信的概念
什么是通信？
例如U盘和电脑，我们电脑需要往U盘存东西，而U盘上只有四个触点，除去一个电源一个地，只剩下两个引脚了。此时我们坑定不能像点亮LED那样单纯的给他两个引脚上输出个高低电平就能写数据了对吧。总不至于输出一个高电平就能在U盘里写入“STC32位8051单片机就是牛！”这么一句话了吧。
通信指设备之间通过一定的协议进行的信息交换。
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每次发送一位数据的称为串行通信，多位(严格来说是2位以上）一起传输的称为并行通信。
今天要讲的串口通信是串行通信的其中的一种！也是1位1位的往外发数据，不是像这个图一样8位一起发。
stc共有4个串口！串口1/2和3/4的主要区别在这里，这节课主要讲异步串口。
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串口通信(Serial Communication)

是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。
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同步/异步？

异步方式（使用较多）：
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①以字符为单位传送信息。
②相邻两字符间的间隔是任意长。
③因为一个字符中的比特位长度有限，所以需 要的接收时钟和发送时钟只要相近就可以。
④异步方式特点简单的说就是：字符间异步，字符内部各位同步。
同步方式：
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①以数据块为单位传送信息。
②在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔。
③因为一次传输的数据块中包含的数据较多，所以接收时钟与发送进钟严格同步，通常要有同步时钟。

全双工？

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常见的串口软件的参数

这里的4个数据发送端和接收段必须严格保持一致。否则接收到的就是乱码。
●波特率？
例如9600的波特率意味着每秒钟可以发9600位的数据。
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我们这里起始位就是一个位（一个二进制的一个数0或者1），1bit的变量。中间有8个数据为，然后校验位，停止位。速度9600即每秒最快可以发960个这种包，
●数据位？ 有几个2进制位的数据
●校验位？
●停止位？
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●传输距离
通信距离很短，如何解决？
以下分别为RS232,RS422,RS485的通信原理图。
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串口的逻辑电平只有5V或者3.3V,如果单片机是5V供电，逻辑电平只有5V(高电平),因为电平比较低，传输距离受限，
●串口有什么用
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2.STC32的串口通信实现原理

引脚选择：实现分时复用

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模式选择

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每一种模式的配置参考手册，这里不再复述。这里主要讲串口1的模式1（应用最广泛）。

串口1模式1，模式1波特率计算公式

当软件设置SCON的SMO、SM1为“01”时，串行口1则以模式Ⅰ进行工作。此模式为8位UART格式，一帧信息为10位:1位起始位，8位数据位（低位在先）和1位停止位。波特率可变，即可根据需要进行设置波特率。TxD为数据发送口，RxD为数据接收口，串行口全双工接受/发送。
模式Ⅰ的发送过程:串行通信模式发送时，数据由串行发送端TxD输出。当主机执行一条写SBUF的指令就启动串行通信的发送，写“SBUF”信号还把“1”装入发送移位寄存器的第9位，并通知TX控制单元开始发送。移位寄存器将数据不断右移送TxD端口发送，在数据的左边不断移入“O”作补充。当数据的最高位移到移位寄存器的输出位置，紧跟其后的是第9位“1”，在它的左边各位全为“0”，这个状态条件，使TX控制单元作最后一次移位输出，然后使允许发送信号“SEND”失效，完成一帧信息的发送，并置位中断请求位TI，即 TI=1，向主机请求中断处理。
模式1的接收过程:当软件置位接收允许标志位.REN，即REN=1时，接收器便对RxD端口的信号进行检测，当检测到RxD端口发送从“1”→“O”的下降沿跳变时就启动接收器准备接收数据，并立即复位波特率发生器的接收计数器，将IFFH装入移位寄存器。接收的数据从接收移位寄存器的右边移入，已装入的IFFH向左边移出，当起始位"0O"移到移位寄存器的最左边时，使RX控制器作最后一次移位，完成一帧的接收。若同时满足以下两个条件:
·RI=0;
. SM2=0或接收到的停止位为1。
则接收到的数据有效，实现装载入SBUF，停止位进入RB8，RI标志位被置l，向主机请求中断，若上述两条件不能同时满足，则接收到的数据作废并丢失，无论条件满足与否，接收器重又检测RxD端口上的"1"→"0"的跳变，继续下一帧的接收。接收有效，在响应中断后，RI标志位必须由软件清0。通常情况下，串行通信工作于模式1时，SM2设置为"0"。
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串口1的波特率是可变的，其波特率可由定时器1或者定时器2产生。当定时器采用IT模式时(12倍速），相应的波特率的速度也会相应提高12倍。
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模式2和模式3，大同小异，不深入展开。

3.串口通信代码实现

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RXD和TXD接在了P4.6跟P4.7上，使用的是串口2。

编写串口1通信程序

打开手册15.5 范例程序

15.5.4 串口2使用定时器2做波特率发生器

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新建工程16.串口2通信

复制"15.NTC温度采集"工程为"16.串口2通信"，HARDWARE目录中新建usart子目录,并将usart文件夹加入include，新建usart2.c和usart2.h,:
插入头文件模板，并修改。
先编写初始化函数声明：void Usart2_Init(void);，入口参数肯定是无。函数实现(先把官方例程的初始化抄写过来)：


#define	BRT		(65536 - (MAIN_Fosc / 115200+2)/4) 	//加2操作是为了让Keil编译器自动实现四舍五入运算

void Usart2_Init(void)
{
	P_SW2 = 0X80; 	//0X80=1000 0000
	S2CFG = 0X01;

	S2CON = 0X50;
	T2L = BRT;
	T2H = BRT>>8;
	T2x12 = 1;
	T2R =1;

	wptr = 0x00;
	rptr = 0x00;
	busy = 0;
}

串口要用到主频，将该定义从demo.c中移动到usart2.h中。单独写在串口里面。
初始化代码中有三个小写的变量，属于用户定义变量，需要增加定义。另外，在头文件中也要增加定义（主函数中也会使用到这些变量），使用extern关键字。

extern bit busy;
extern char wptr;
extern char rptr;
extern char buffer[16];

编写中断服务函数，中断函数的名字可以任意取，只要后面的中断号无错误即可。
增加发送函数Usart2_Send和void Usart2_SendStr(char *p)，并在头文件中声明。
在主函数中删除上节课无用内容，再调用串口初始化，demo.c中while循环内的usb串口部分可以注释掉，本节不使用。
时间部分可以留着，方便计时。
修改后的源代码如下。
demo.c中的main函数部分：

void main()					//程序开始运行的入口
{

	sys_init();				//USB功能+IO口初始化
	usb_init();				//usb库初始化

	delay_ms(500);
	Timer0_Init();			//定时器0初始化
	Usart2_Init();			//串口初始化
	IE2 = 0X01;

	EA = 1;					//CPU开放中断，打开总中断。

	Usart2_SendStr("Usart2 Test !\r\n");

	while(1)		//死循环
	{

		if( TIM_10MS_Flag==1 )									//如果10ms到了
		{
			TIM_10MS_Flag = 0;									//清空标志位
		}
		if (rptr != wptr)
		{
			Usart2_Send(buffer[rptr++]);						//字符发送
			rptr &= 0x0f;
		}

	}
}

Usart2.c：

#include "usart2.h"


#define	BRT		(65536 - (MAIN_Fosc / 115200+2)/4) 	//加2操作是为了让Keil编译器自动实现四舍五入运算

bit busy;
char wptr;
char rptr;
char buffer[16];

void Usart2_Init(void)
{
	P_SW2 = 0X80; 	//0X80=1000 0000
	S2CFG = 0X01;

	S2CON = 0X50;
	T2L = BRT;		//BRT为宏定义，
	T2H = BRT>>8;
	T2x12 = 1;
	T2R =1;

	wptr = 0x00;
	rptr = 0x00;
	busy = 0;
}

void Usart_Isr() interrupt 8
{
	if( S2TI )
	{
		S2TI = 0;
		busy = 0;
	}
	if( S2RI )
	{
		S2RI = 0;
		buffer[wptr++] = S2BUF;
		wptr &= 0X0F;
	}
}

void Usart2_Send(char dat)
{
	while(busy);
	busy = 1;
	S2BUF = dat;
}

void Usart2_SendStr(char *p)
{
	while(*p)
	{
		Usart2_Send(*p++);
	}
}

Usart2.h：

#ifndef __USART2_H
#define __USART2_H

#include "COMM/stc.h"			//调用头文件
#include "COMM/usb.h"

#define MAIN_Fosc 11059200UL	//定义为无符号长整型,避免计算溢出

//------------------------引脚定义------------------------//


//------------------------变量声明------------------------//

extern bit busy;
extern char wptr;
extern char rptr;
extern char buffer[16];

//------------------------函数声明-----------------------//
void Usart2_Init(void);
void Usart2_Send(char dat);
void Usart2_SendStr(char *p);

#endif

编译成功，下载进去看一下。注意，这里的时钟选择11.0592。使用串口线（使用usb转串口线usb-RS232），按要求接线，并选择正确的串口。
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错误排查及代码分析

下载完成后，无反应，看一下代码，在执行主函数之前就应该执行串口发送，但是串口工具里无变化，检查串口工具参数设置，
都是对的，回过头看手册，查找问题原因，先找到初始化Usart2_Init，在手册中使用高级搜索功能，查找P_SW2：
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找到定义：3.1.2 外设端口切换控制寄存器2(P_sW2)：
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使能访问XFR，EAXFR在sys_init中已经使能：EAXFR = 1; //扩展寄存器(XFR)访问使能，所以P_SW2 = 0X80; 不使用也是可以的。
查看S2_S:串口2功能脚选择位，开发板上的串口2需切换到P4.6和P4.7引脚上，S2_S位应置为1，这里可以使用或等于，在不影响最高位的情况下，设置S2_S位，即增加：P_SW2 |= 0X01;
再查找S2CFG，目录对应项跳转至：15.4.3 串口⒉配置寄存器(S2CFG)。这里设置W1为1，解释：W1:当需要使用串口2时，此位必须设置为“1”，否则可能会产生不可预期的错误。若不需使用串口
2，则不用特别设置W1。
搜索S2CON，跳转至15.4.1串口2控制寄存器(S2CON)。
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S2CON = 0X50; //0X50=01010000，设置为模式1：可变波特率8位数据方式，S2REN=1:允许串口接收数据
T2L，T2H是定时器相关设置，串口需要用到1个定时器来生成波特率，也就是作为一个基准时钟。具体设置为：首先它传入的是一个数组

	T2L = BRT;		//BRT为宏定义，
	T2H = BRT>>8;
	T2x12 = 1;
	T2R =1;

接下来是3个变量。如果说TI需要发送数据，发送完了以后把这个变量给他清零。发送时先检测一下busy，如果等于1，说明上次的数据还没有发完，阻塞，继续等待。
如果发送完了，先把busy置1，然后把数据写入S2BUF的位里面,之后开始发送，看一下手册15.3.6串口1模式1，模式1波特率计算公式中的时序图，和串口2同理，数据发送完之后，才会变成高电平，
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也就是执行if( S2TI )：S2T:串口2发送中断请求标志位。在模式0中，当串口发送数据第8位结束时，由硬件自动将S2TI置1，向主机请求中断，响应中断后S2TI必须用软件清零。在其他模式中，则在停止位开始发送时由硬件自动将S2TI置1，向CPU发请求中断，响应中断后S2TI必须用软件清零。满足条件后S2TI清0，这个BUSY其实是个忙碌标志位。也就是等于0的时候他才能发送数据，把数据直接写进S2BUF寄存器中就可以自动发送。S2BUF进行读操作，实际是读取串口接收缓冲区，对S2BUF进行写操作则是触发串口开始发送数据。
void Usart2_SendStr(char *p) //发送整个字符。while(*p)可以用这个判断他这个字符是否为空，这里用到了一个指针的技巧，首先传入的是一个数组或者说是地址，把里面的数不断发送出去，直到发送至最后一位。发完之后结束。这样写以后，如果想发字符串只要在双引号内写入即可。
接收到8位数值后，RI会变高，进入中断，if( S2RI )，进入后先清0，将读到的数据存入，只会把地址加1，也就是接收到的数值位数。每接收到1个就加1，接收到的最大值是0x0f=16。
接下来，demo.c中判断：if (rptr != wptr)，如果rptr不等于tptr,那就就将rptr的数值不断累加，然后直到等于这个数值。
可以看到，分析过程代码段中仅增加了1行：P_SW2 |= 0X01; //开发板上的串口2需切换到P4.6和P4.7引脚上。
重新编译，手动下载，可以看到数值显示了，需要打印的参数显示出来了，也可以再把需要的数据写进去，可以回显出来，可以试试。
这里的演示功能仅为上电显示一段文字，运行过程中发送什么文字，返回显示同样的文字。重点需要注意默认选择的引脚。写的时候一定要按照实际电路引脚去写。

总结

1.学会串口的一专业名词。
2.学会串口的配置和使用（也可以去学习一下试验箱代码，里面的代码非常全面）
总共有4个串口，例程包里4个串口都有示例代码，基本上所有用的的代码均已涵盖，示例里的初始化也写的非常详细，可以选择不一样的定时器，只有定时器2可以同时为4个串口作为波特率发生器，

课后练习：

1.串口发送字符Ax\r\n，（x表示0-7）板子点亮对应LED
2.串口发送Bxxxx\r\n，xxxx表示一个四位数，四位数码管显示这个4位数
2.串口发送Z\r\n，板子给电脑发送“Hello STC”;
3.串口发送字符Cx\r\n，（x表示0-1）板子打开/关闭蜂鸣
4.串口发送字符Dx\r\n，板子通过串口发送当前温度给电脑。
能独立做出这个实验的话，说明你已经快出师了。

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