初识UART串行总线，51单片机串口通信

news2024/11/26 0:52:22

串口基本认知

串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的扩展接口。串行接口（Serial Interface）是指数据一位一位地顺序传送。其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。
1. 是设备间接线通信的一种方式
2. 数据一位一位地顺序传送
3. 双向通信，全双工
4. 传输速度相对较慢
关于电器标准和协议

串行接口按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。
1. RS-232
  
  也称标准串口，最常用的一种[串行通讯接口,比如我们的电脑主机的9针串口，最高速率为20kb/s。
  
  RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其传送距离最大为约15米。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
2. RS-422
  
  由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Slave），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。
  
  RS-422的最大传输距离为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比。
3. RS-485
  
  是从RS-422基础上发展而来的，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。
关于串口的电平

UART：异步串行是指UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异步接收/发送。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。
1. RS232电平
  
  逻辑1为-3~-15V的电压，逻辑0为3-15V的电压。
  
  笔记本通过RS232电平和单片机通信如下图所示：
2. TTL电平
  
  TTL是Transistor-Transistor Logic，即晶体管-晶体管逻辑的简称，它是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。TTL电平信号应用广泛，是因为其数据表示采用二进制规定：
  
  +5V等价于逻辑”1”，0V等价于逻辑”0”。
  
  数字电路中，由TTL电子元器件组成电路的电平是个电压范围，规定：
  
  输出高电平>=2.4V，输出低电平<=0.4V；
  
  输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V。
  
  笔记本电脑通过TTL电平与单片机通信：
  
  TX发送线 (端口) 3.1
  
  RX接收线 (端口) 3.0
  
  USB转TTL，使用ch340通信
  
  上官一号

串口通信

串口接线方式

RXD：数据输入引脚，数据接受；STC89系列对应P3.0口，上官一号有单独引出

TXD：数据发送引脚，数据发送；STC89系列对应P3.1口，上官一号有单独引出

接线方式：
串口编程要素
1. 输入/输出数据缓冲器都叫做SBUF, 都用99H地址码，但是是两个独立的8位寄存器。
  
  代码体现为：想要接收数据 char data = SBUF; 想要发送数据 SBUF = data;。
2. 回忆UART是异步串行接口，通信双方使用时钟不同，因为双方硬件配置不同，但是需要约定通信速度，叫做波特率。

串口相关寄存器的配置以及串口的工作模式

串口相关寄存器

**
**

STC89C51RC/RD+系列单片机的串行口设有两个控制寄存器：串行控制寄存器SCON和波特率选择特殊功能寄存器PCON。
1. PCON：电源控制寄存器
2. SCON：串行控制寄存器
3. 波特率的计算
  
  计算在方式1下，单片机工作在12T模式，晶振频率为11.0592MHz时，配置9600bps的TH1初值。
```
9600 = (2^0/32)×[11059200/12(256-TH1)]
```
  经过计算，TH1=0xFD 。

单片机向PC发送字符串

代码

#include "reg52.h"
#include "intrins.h"
sfr AUXR = 0x8E;
void Delay1000ms()		//@11.0592MHz
{
	unsigned char i, j, k
	_nop_();
	i = 8;
	j = 1;
	k = 243;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}
void UartInit(void)		//9600bps@11.0592MHz
{
	AUXR = 0x01;//提升系统EMI性能
	PCON = 0x00;//SMOD0 = 0时SCON中的SM0，和SM1一起指定串行口的工作方式
	SCON = 0x40;//串口工作方式1，且REN=0，禁止串口接收
	
	TMOD &= 0x0F;
	TMOD |= 0x20;//定时器1的工作方式8位自动重装
	
	TH1 = 0xFD;
	TL1 = 0xFD;//9600bps的TH1初值
	TR1 = 1;//启动定时器
}
void send_byte(char data_msg)
{
	SBUF = data_msg;
	while(!TI);
	TI = 0;
}
void send_str(char* data_msg)
{
	while(*data_msg != '\0'){
		send_byte(*data_msg);
		data_msg++;
	}
}
void main()
{
	UartInit();
	while(1){
		Delay1000ms();
		send_str("to be number one\r\n");
	}
}

串口中断控制led

/*
波特率9600
每隔一秒，单片机向PC发送一个字符串
PC上位机串口调试助手发送open点亮LED，发送close关闭LED
*/
#include "reg52.h"
#include "intrins.h"
#include "string.h"
#define SIZE 12
sfr AUXR = 0x8E;
sbit D5 = P3^7;
char cmd[SIZE];
void Delay1000ms()		//@11.0592MHz延时函数
{
	unsigned char i, j, k;

	_nop_();
	i = 8;
	j = 1;
	k = 243;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}
void UartInit(void)		//9600bps@11.0592MHz
{
	AUXR = 0x01;//提升系统EMI性能
	PCON = 0x00;//SMOD0 = 0时SCON中的SM0，和SM1一起指定串行口的工作方式
	SCON = 0x50;//串口工作方式1，且REN=0，允许串口接收
	
	TMOD &= 0x0F;
	TMOD |= 0x20;//定时器1的工作方式8位自动重装
	
	TH1 = 0xFD;
	TL1 = 0xFD;//9600bps的TH1初值
	TR1 = 1;//启动定时器
	
	EA = 1;//开启总中断
	ES = 1;//开启串口中断
}
void send_byte(char byte)//发送一个字符
{
	SBUF = byte;//把数据写入发送缓冲区SBUF
	while(!TI);//数据发送完的标志是TI=1，所以等待数据发送完
	TI = 0;//软件清零
}
void send_str(char* data_msg)//发送一个字符串
{
	while(*data_msg != '\0'){
		send_byte(*data_msg);
		data_msg++;
	}
}
void main()
{
	D5 = 1;//初始化led为熄灭
	UartInit();//串口初始化
	while(1){
		Delay1000ms();
		send_str("to be number one\r\n");//发送字符串 带换行：\r\n
	}
}

void uart_handler() interrupt 4  //串口中断
{
	static int i =0;//静态变量，只被初始化一次
	if(RI){
		RI = 0;
		cmd[i] = SBUF;//接收缓冲区的数据给cmd[i],串口传输数据是一位一位的传输
		i++;
		if(strstr(cmd,"open")){
			D5 = 0;
			i = 0;
			memset(cmd,'\0',SIZE);
		}
		if(strstr(cmd,"close")){
			D5 = 1;
			i = 0;
			memset(cmd,'\0',SIZE);
		}
	}
	if(TI);
}