初识UART串行总线，51单片机串口通信

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);
  }