STC89C52串口通信详解

目录

前言

一.通信基本原理

1.1串行通信与并行通信

1.2同步通信和异步通信

1.2.1异步通信

1.2.2同步通信

1.3单工、半双工与全双工通信

1.4通信速率

二.串口通信简介

2.1接口标准

2.2串口内部结构

2.3串口相关寄存器

三.串口工作方式

四.波特率计算

五.串口初始化步骤

六.实验程序

前言

详细图解，同步和异步通信原理，单片机串口，通信速率计算，串口寄存器与工作方式

一.通信基本原理

1.1串行通信与并行通信

串行通信：是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输。

串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。

并行通信：通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。

并行通信的特点：控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难，抗干扰能力差。

1.2同步通信和异步通信

1.2.1异步通信

异步通信：发送和接收设备的时钟尽可能一致。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。

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。

1.2.2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。如下图所示

1.3单工、半双工与全双工通信

1.4通信速率

波特率和比特率是衡量通信传输速率的两个不同的参数，它们之间有着明确的区别。具体如下：

波特率：指的是每秒钟传送的信号变化次数，也称为传码率，单位是波特（Baud）。波特率决定了信息传输的速度和可靠性。在电子通信领域，波特即调制速率，指的是有效数据信号调制载波的速率，即单位时间内载波调制状态变化的次数。
比特率：表示的是每秒钟传输的二进制的位数，单位为bit/s。比特率是每秒钟传送的比特数量，又称为传信率。

此外，在某些情况下，如果每个信号符号只编码1比特的数据，那么比特率和波特率是相等的。例如，基础的二进制通信，其中每个信号变化（例如从高到低或从低到高）都表示一个比特。而在高阶调制中，如QPSK、16-QAM等，一个信号符号可能代表2比特、4比特或更多，这时比特率会大于波特率。这种情况比较少见，但在某些冗余编码或特定的编码方法中，可能需要多个信号变化来表示一个比特，从而导致比特率小于波特率。

衡量通信性能的一个非常重要的参数就是通信速率，通常以比特率(Bitrate)来表示。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

在后面会遇到一个“波特率”的概念，它表示每秒钟传输了多少个码元。而码元是通信信号调制的概念，通信中常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的信号称为码元。如常见的通信传输中，用 0V 表示数字 0，5V 表示数字 1，那么一个码元可以表示两种状态 0 和 1，所以一个码元等于一个二进制比特位，此时波特率的大小与比特率一致；如果在通信传输中，有 0V、 2V、 4V 以及 6V 分别表示二进制数 00、 01、 10、 11，那么每个码元可以表示四种状态，即两个二进制比特位，所以码元数是二进制比特位数的一半，这个时候的波特率为比特率的一半。由于很多常见的通信中一个码元都是表示两种状态，所以我们常常直接以波特率来表示比特率。

二.串口通信简介

串口通信(Serial Communication)，是指外设和计算机间通过数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种通信方式，属于串行通信方式。串口是一种接口标准，它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。

2.1接口标准

串口通信的接口标准有很多，有 RS-232C、 RS-232、 RS-422A、 RS-485 等。常用的是 RS-232 和 RS-485。RS-232 其实是 RS-232C 的改进，原理是一样的。这里我们就以 RS-232C 接口进行讲解

RS-232C 是 EIA（美国电子工业协会）1969 年修订 RS-232C 标准。RS-232C 定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口标准。

RS-232C 接口规定使用 25 针连接器，简称 DB25，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义，如下图所示

2.2串口内部结构

TXD 和 RXD 为单片机 IO 口，TXD 对应的是 P3.1 管脚，RXD 对应的是 P3.0 管脚。

2.3串口相关寄存器

SM0 和 SM1为工作方式选择位：

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

三.串口工作方式

以上有4种工作模式，接下来使用方式1接下介绍

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

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

四.波特率计算

要计算STC89C52单片机的波特率，

可以采用以下公式： 波特率 = 定时器时钟频率 / (12 * (计数器初值 + 1))。

具体步骤如下：

确定晶振频率：需要知道STC89C52单片机使用的晶振频率。这是计算波特率的起点，因为定时器的时钟频率通常基于晶振频率。
计算定时器时钟频率：定时器时钟频率通常是晶振频率的1/12。例如，如果晶振频率是11.0592MHz，那么定时器时钟频率为921.6kHz。
设置SMOD位：SMOD是串口模式选择位，它会影响波特率的计算。SMOD位为0时，波特率误差较大；SMOD位为1时，波特率误差较小。这个设置在串口控制寄存器SCON中。
计算计数器初值：计数器初值是根据所需波特率和定时器时钟频率来计算的。计算公式为：计数器初值 = 65536 - (定时器时钟频率 / (12 * 波特率))。
设置定时器：根据计算出的计数器初值设置定时器1（TH1和TL1）。定时器1将被用作波特率发生器。
考虑波特率加倍：如果使用了波特率加倍功能，计算方法会有所不同。在这种情况下，公式变为：TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12/16/波特率。
编写初始化代码：根据上述设置，编写串口初始化代码，包括设置SCON、TMOD和TH1、TL1的值。

以下列出了几种方式下波特率的计算公式：

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）

其中 T1 溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}

或者直接使用普中的软件进行波特率计算，这样更快

五.串口初始化步骤

我们使用定时器寄存器和串口寄存器

六.实验程序

我们通过串口助手输入两个16位的数字可实现控制P2端的LED灯的亮灭

例如：FE

#include "reg52.h"

typedef unsigned int u16;	//对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;

#define LED P2


/*******************************************************************************
* 函 数 名       : uart_init
* 函数功能		 : 串口通信中断配置函数，通过设置TH和TL即可确定定时时间
* 输    入       : baud：波特率对应的TH、TL装载值
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
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		
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能		 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void main()
{	
	uart_init(0XFA);//波特率为9600

	while(1)
	{			
							
	}		
}

void uart() interrupt 4 //串口通信中断函数
{
	u8 rec_data;

	RI = 0;			//清除接收中断标志位
	rec_data=SBUF;	//存储接收到的数据
	LED = rec_data;  //通过串口传入的数据，控制连接P2端的LED灯亮灭
	SBUF=rec_data;	//将接收到的数据放入到发送寄存器
	while(!TI);		//等待发送数据完成
	
	TI=0;			//清除发送完成标志位				
}