51单片机学习9 串口通讯
一、串口通讯简介
51单片机的串口通信是通过内置的串行通信口（UART）实现的，常用于与外部设备进行数据交换。
串口通信是一种基于串行传输的数据通信方式，通过一根数据线和一根时钟线（或不需要时钟线）进行数据传输。数据按照一定的规则和时序被发送和接收。
UART
串口通信通常使用异步串行通信协议（UART），其中数据按照一定的帧格式进行传输，包括起始位、数据位、校验位和停止位等。常见的串口通信速率（波特率）有9600、19200、38400等。
STC89C51RC/RD+的串口资源
STC89C51RC/RD+内置2个互相独立的接收、发送缓冲器，可以同时发送和接收数据。 两个缓冲器可以共用一个地址码 99H。
两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器SBUF。
二、51单片机串口介绍
1. 内部结构
如图所示：
- TXD：接P3.1引脚
- RXD：接P3.0引脚
- SBUF 是缓冲区，分为发送缓冲区和接收缓冲区。
- TH1和TL1是定时器1的功能，需要工作在方式2（自动重载模式），用来设置波特率；
- 接收数据时，数据从引脚接收，通过移位寄存器接收到 SBUF，然后控制寄存器把RI置1（接收中断），然后触发中断；
- 发送数据时，SBUF传到控制门，由发送控制器控制TI 触发中断；
2. 寄存器
（1）串口控制寄存器SCON
SCON 寄存器结构：
Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ SM0 │ SM1 │ SM2 │ REN │ TB8 │ RB8 │ TI │ RI │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
SCON 寄存器各位的功能：
- 位7-5：SM0、SM1、SM2（串口工作模式位）：
- 这三位用于设置串口工作的不同模式。它们的具体含义如下：
- SM0、SM1：用于设置串口工作的模式，共有四种工作模式，包括模式0、模式1、模式2和模式3。
| SM1 | SM0 | 工作模式 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 模式0 | 移位寄存器，波特率固定 |
| 0 | 1 | 模式1 | 10位异步收发器（8位数据），波特率可变 |
| 1 | 0 | 模式2 | 11位异步收发器（9位数据），波特率固定 |
| 1 | 1 | 模式3 | 11位异步收发器（9位数据），波特率可变 |
SM2：用于设置串口是否工作在多机通信模式，一般工作在单机模式时，该位为0。
位4：REN（接收允许位）： 该位用于控制串口的接收功能，置1时允许串口接收数据，清0时禁止串口接收数据。
位3：TB8（发送位8）： 该位用于设置在串口工作在模式2或模式3时发送的数据的第9位，通常用于设置奇偶校验位。
位2：RB8（接收位8）： 该位用于存储在串口接收到的数据的第9位，通常用于接收端的奇偶校验检测。
位1：TI（发送中断标志位）： 该位用于指示串口发送数据的中断标志，发送完一帧数据后会被置1，需要在中断服务程序中清零。
位0：RI（接收中断标志位）： 该位用于指示串口接收数据的中断标志，接收到一帧数据后会被置1，需要在中断服务程序中清零。
（2）电源控制寄存器PCON
PCON全称为Power Control Register（电源控制寄存器），它包含了一些与单片机的电源管理相关的控制位。
PCON寄存器结构：
Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ SMOD │ SMOD0│---- │ ---- │ ---- │ ---- │ POF0 │ POF1 │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
PCON寄存器各位的功能：
位7：SMOD（串口波特率倍增控制位）：
- SMOD用于控制串口波特率是否加倍。置1时，串口波特率加倍；清0时，不加倍。
位6：SMOD0（串口0波特率倍增控制位）：
- 该位是SMOD的扩展位，一般在多串口通信时使用。SMOD置1时，SMOD0表示串口0的波特率是否加倍；SMOD清0时，该位无效。
其它位与串口通讯没大关系。
- 该位是SMOD的扩展位，一般在多串口通信时使用。SMOD置1时，SMOD0表示串口0的波特率是否加倍；SMOD清0时，该位无效。
3. 计算波特率
使用本文开源地址里的 51 波特率计算.exe 工具：
注意软件里设置定时器1的定时器方式，不是串口的工作方式。
SMOD：是否倍频（不是波特率加倍，只是计算初始值变化）。
晶振频率最好使用11.0592，这样误差比较小。
4. 串口配置步骤
- 通过TMOD寄存器 确定定时器T1工作方式2（自动重载） ；
- 通过SCON寄存器 确定串口工作方式 ；
- 计算T1的初值，设定波特率，装载 TH1，TL1；
- 启动定时器T1；
- 开启中断；
- 串口初始化；
三、 开发示例
1. 硬件电路
开发板使用USB转串口电路，同时也是下载模块的电路。
2. 代码实现
本代码效果： 串口接收数据后，原样返回串口。
uart_utils.c
#include "uart_utils.h"
#include <reg52.h>
/**
* @brief 串口初始化
*/
void uart_init(u8 baud){
// 设置计数器1的工作方式2
TMOD = 0x20;
// 设置定时器1的工作方式1
SCON = 0x50; // 0b01010000
// 波特率倍频
PCON = 0x80; // 0b10000000
// 计数器初始值
TH1 = baud;
TL1 = baud;
// 打开接收中断
ES = 1;
// 打开总中断
EA = 1;
// 启动定时器1
TR1 = 1;
}
/**
* @brief 串口发送数据
*/
void uart_send(u8 dat){
SBUF = dat;
while(!TI);
TI = 0;
}
/**
* @brief 使用中断接收串口数据
*/
void uart_recv() interrupt 4{
u8 dat;
if(RI){
RI = 0;
dat = SBUF;
uart_send(dat);
}
}
main.c
#include <reg52.h>
#include "led_utils.h"
#include "common_utils.h"
#include "types.h"
#include "timer_utils.h"
#include "uart_utils.h"
/**
* @brief 主函数
*/
main()
{
// 关闭所有led
led_all_off();
uart_init(0xfa);
while(1)
{
}
}
操作步骤：
- 烧录程序；
- 在电脑打开串口调试助手，连接开发板串口，点打开，如下图所示；
- 在发送区输入字符，点发送。
调试效果：
本文代码开源地址：
https://gitee.com/xundh/learn51.git
