串行口通信（一）

前言

人類生存于世，少不了溝通。溝通使人類互相認(rèn)知，傳遞信息，提升生活品質(zhì)。但然單片機(jī)也需要，不然單單一個(gè)機(jī)器，無法構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，發(fā)揮更大的力量。只有單片機(jī)與外圍設(shè)備傳遞信息，互相反饋才會(huì)有一個(gè)完美的系統(tǒng)。串行口通信就被發(fā)明出來，下面來了解串行口通信（uart）。

幾個(gè)概念

為了能更好理解串行口通信，在介紹它之前，先來看看幾個(gè)概念，補(bǔ)充知識(shí)，方便深入明白u(yù)art工作原理。

通信方式

通信方式
通信方式有兩種，分別是并行通信和串行通信。
并行通信：并行是指多比特?cái)?shù)據(jù)同時(shí)通過并行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制，因?yàn)殚L度增加，干擾就會(huì)增加，數(shù)據(jù)也就容易出錯(cuò)。
串行通信：串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。
拿汽車通道來說，并行通信就是多車道，多輛車一起行駛，而串行通信就是單車道，只能一輛一輛車通過。

串行通信制式

串行通信制式
串行通信制式有單工通信，半雙工通信，雙工通信三種。
單工通信：單工通信信道是單向信道，發(fā)送端和接收端的身份是固定的，發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息，數(shù)據(jù)信號(hào)僅從一端傳送到另一端，即信息流是單方向的。
半雙工通信：半雙工數(shù)據(jù)傳輸指數(shù)據(jù)可以在一個(gè)信號(hào)載體的兩個(gè)方向上傳輸，但是不能同時(shí)傳輸。例如，在一個(gè)局域網(wǎng)上使用具有半雙工傳輸?shù)募夹g(shù)，一個(gè)工作站可以在線上發(fā)送數(shù)據(jù)，然后立即在線上接收數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自數(shù)據(jù)剛剛傳輸?shù)姆较颉Ｏ袢p工傳輸一樣，半雙工包含一個(gè)雙向線路（線路可以在兩個(gè)方向上傳遞數(shù)據(jù)）。
雙工通信：雙工通信是指在同一時(shí)刻信息可以進(jìn)行雙向傳輸，和打電話一樣，說的同時(shí)也能聽，邊說邊聽。這種發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別在兩個(gè)不同的頻率上（兩個(gè)頻率差有一定要求）能同時(shí)進(jìn)行工作的雙工機(jī)也稱為異頻雙工機(jī)。
三種通信制式很容易理解，對(duì)照上圖看，單工通信不就是單方面通信，只能發(fā)出指令或接收指令。半雙工通信就是能接收又能發(fā)送，但是不能同時(shí)進(jìn)行。雙工就最厲害，可以同時(shí)發(fā)送和接收指令。

串行通信分類

串行通信有兩種，一位異步串行通信，二為同步串行通信。
異步串行通信：異步串行通信是指通信雙方以一個(gè)字符（包括特定附加位）作為數(shù)據(jù)傳輸單位且發(fā)送方傳送字符的間隔時(shí)間不一定，具有不規(guī)則數(shù)據(jù)段傳送特性的串行數(shù)據(jù)傳輸。
同步串行通信：所謂同步通信是指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相位始終保持一致（同步），這就保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一致的定時(shí)關(guān)系。
兩種串行通信不同就只有時(shí)間，在發(fā)送字符時(shí)，異步可以是不同時(shí)間間隔發(fā)送，但同步只能以固定的時(shí)間間隔發(fā)送。

波特率

波特率：波特率表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，是衡量數(shù)據(jù)傳送速率的指標(biāo)，它用單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示。
相互通信的甲乙雙方必須具有相同的波特率，不然無法成功完成串行通信。

概述

52單片機(jī)具有一個(gè)全雙工串行通信口。一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最佳振蕩頻率為6M—12M。管腳RXD( P3.0),TXD(P3.1)與串口通信有關(guān)。波特率可以設(shè)置。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖
串行口通信與三個(gè)寄存器有關(guān)，分別是:

?1.?PCON寄存器
?2.?SCON寄存器
?3.?SBUF特殊功能寄存器

寄存器

PCON電源管理寄存器

電源管理寄存器
SMOD：該位與串口通信有關(guān)。
SMOD=0; 串口方式1，2，3時(shí)，波特率正常。
SMOD=1; 串口方式1，2，3時(shí)，波特率加倍。
LVDF：低電壓檢測(cè)標(biāo)志位，同時(shí)也是低電壓檢測(cè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位
GF1,GF0:兩個(gè)通用工作標(biāo)志位，用戶可以自由使用。
PD:掉電模式設(shè)定位。
PD=0 單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)。
PD=1 單片機(jī)進(jìn)入掉電（Power Down）模式，可由外部中斷或硬件復(fù)位模式喚醒，進(jìn)入掉電模式后，外部晶振停振，CPU、定時(shí)器、串行口全部停止工作，只有外部中斷工作。在該模式下，只有硬件復(fù)位和上電能夠喚醒單片機(jī)。
IDL:空閑模式設(shè)定位。
IDL=0 單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)。
IDL=1 單片機(jī)進(jìn)入空閑（Idle）模式，除CPU不工作外，其余仍繼續(xù)工作，在空閑模式下可由任一個(gè)中斷或硬件復(fù)位喚醒。

這個(gè)寄存器只有SMOD位與串行口通信有關(guān)。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為SMOD=0。當(dāng)為用52單片機(jī)的定時(shí)器2產(chǎn)生波特率時(shí)，波特率不受SMOD影響。用定時(shí)器1產(chǎn)生波特率時(shí)，不去設(shè)置，就默認(rèn)為0，波特率正常，設(shè)置為1時(shí)，波特率加倍。

SCON串行口控制寄存器

串行口控制寄存器
SM0,SM1:共同決定串行口工作模式。
SM2：多機(jī)通信控制位。在方式0中，SM2一定要等于0。在方式1中，當(dāng)SM2為1時(shí)則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1。在方式2或3中，當(dāng)SM2為1且接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為0時(shí)，RI才置1。
REN：接收允許控制位。由軟件置位以允許接收，又由軟件清零來禁止接收。
TB8：要發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位。在方式2或3中，要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清零軟件置1或清零。例如，可約定作為奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。(很少用)
RB8：接收到的數(shù)據(jù)的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若SM2為0，RB8為接收到的停止位。在方式2或3中，RB8為到的第9位數(shù)據(jù)。（很少用）
TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。在方式0中，第8位發(fā)送結(jié)束時(shí)，由硬件置位。在其它方式的發(fā)送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一幀信息發(fā)送結(jié)束，同時(shí)也向CPU申請(qǐng)中斷。可根據(jù)需要，用軟件查詢的方法獲得數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢的信息，或用中斷的方式來發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。TI必須用軟件清零。
RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式0中，當(dāng)接收完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位。在其它方式中，在接收到停止位的中間時(shí)刻由硬件置位（例外情況見對(duì)SM2的說明）。RI表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，可用查詢的方法獲知或者用中斷的方法獲知。RI也必須用軟件清零。
串行口工作模式
由于52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)硬件模塊，讓它自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，接收完了，通知我們一下就可以了，就不需要再手動(dòng)配置TB8,RB8。只要配置好SCON，內(nèi)部就自動(dòng)幫弄好了。

SBUF特殊功能寄存器

特殊功能寄存器
SBUF是指串行口中的兩個(gè)緩沖寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存器，一個(gè)是接收寄存器，在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立的，但地址是重疊的。它們都是字節(jié)尋址的寄存器，字節(jié)地址均為99H。只要在編寫程序時(shí)，用不同指令即可操作兩個(gè)寄存器。
比如，SBUF=A；這個(gè)是指將A的數(shù)據(jù)移入發(fā)送寄存器，然后發(fā)送寄存器再把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。A=SBUF;則是指將接受寄存器中的數(shù)據(jù)賦值給A。

串行口方式1

方式1邏輯圖
串行口為10位通用異步接口。發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)信息為10位，包括1位起始位“0”、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位“1”。發(fā)送數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)從TXD端口輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，置中斷標(biāo)志TI=1，申請(qǐng)中斷，通知CPU可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)了。接收數(shù)據(jù)：首先使REN=1（允許接收數(shù)據(jù)），串行口從RXD接收數(shù)據(jù)，當(dāng)采樣到1至0跳變時(shí)，確認(rèn)是起始位“0”，就開始接收一幀數(shù)據(jù)，當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)時(shí)，置中斷標(biāo)志RI=1，申請(qǐng)中斷，通知CPU從SBUF取走接收到的數(shù)據(jù) 。

計(jì)算波特率

方式1波特率計(jì)算
溢出速率即溢出頻率，只要算出定時(shí)器每溢出一次所需要的時(shí)間T,那溢出率就是1/T。計(jì)算在沒有波特率加倍（SMOD=0）的情況下，波特率為9600bps時(shí)怎樣賦值計(jì)數(shù)器。這里說明一下，由于波特率是需要很精確的，不然通信會(huì)出錯(cuò)。如果采用定時(shí)器工作模式1，采用人工重載，會(huì)有較大誤差，因?yàn)檫M(jìn)入中斷函數(shù)也需要時(shí)間，累積時(shí)間就會(huì)出錯(cuò)。所以這里運(yùn)用工作模式2，8位自動(dòng)重裝。計(jì)數(shù)器自動(dòng)重裝不需人工干預(yù)，減少誤差。
對(duì)照上面公式，波特率不加倍，SMOD=0,工作模式2，那n=8，波特率=9600，就可以算出x=253，十六進(jìn)制為fd。

編寫步驟

設(shè)置串行口方式
設(shè)置定時(shí)器工作模式
計(jì)數(shù)器寄存器賦值
中斷寄存器控制
啟動(dòng)定時(shí)器中斷
發(fā)送函數(shù)
接收函數(shù)

范例1

#include
unsigned?char?date;????//定義變量數(shù)據(jù)中斷
bit?flag;??//定義變量標(biāo)志
void?send?();?//聲明發(fā)送函數(shù)
void?receive?();?//聲明接收函數(shù)
void?initialize?();????//聲明初始化函數(shù)
main()
{????????
????initialize();??//調(diào)用初始化函數(shù)
????while(1)
????{
????????send();????//調(diào)用發(fā)送函數(shù)
????????receive();?//調(diào)用接收函數(shù)
????}
}
void?initialize()??//初始化函數(shù)
{
????SCON=0X50;?????//0011?0000?串行口工作模式1
????TMOD?=?0X20;????//定時(shí)器1工作模式2，8為自動(dòng)重裝
????TH1?=?0xFD;?????//設(shè)定定時(shí)初值????????波特率為9600
????TL1?=?0xFD;?????//設(shè)定定時(shí)器重裝值
????TR1?=?1;????????//啟動(dòng)定時(shí)器1
????IE=0;
}
void?send()?????????//發(fā)送函數(shù)
{
????if(flag==1)????//證明已經(jīng)接收數(shù)據(jù)
????{???
????????SBUF=date;????//將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送出去
????????while(!TI);???//等待發(fā)送中斷
????????TI=0;?????????//軟件置0
????????flag=0;???????//清零
????}

}
void?receive()???????//接收函數(shù)
{
????while(!RI);???//等待接收中斷
????date=SBUF;????//將收到的數(shù)據(jù)存進(jìn)接收緩沖寄存器
????RI=0;????????//軟件置0
????flag=1;??????//將標(biāo)志位置1
}

范例1是將接受的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)發(fā)送出去。采用查詢法，故不需要打開串口中斷，不用中斷函數(shù)。只需不斷查詢TI,RI的值，就知道數(shù)據(jù)接收發(fā)送情況。

范例2

#include
unsigned?char?date;
bit?flag;
main?()
{
????SCON=0X50;??????//初始化
????TMOD=0X20;
????TH1=0XFD;???????????????????????????????????
????TL1=0XFD;
????IE=0X90;
????TR1=1;
????while(1);
}
void?interrupt_uart()?interrupt?4?????//中斷函數(shù)
{
????if(RI==1)????????//判斷有無數(shù)據(jù)接收
????{
????????date=SBUF;?????//將寄存器的值賦給變量
????????RI=0;??????????//置0
????????flag=1;????????//標(biāo)志位置1
????}
????if(flag==1)?????????????//已接收數(shù)據(jù)
????{
????????SBUF=date;????????//將數(shù)據(jù)發(fā)出
????????while(!TI);
????????TI=0;
????????flag=0;
????}
}

與范例1如出一撤，就不詳細(xì)注釋。

總結(jié)

在串口通信中，方式1是最常用的，要認(rèn)真理解方式1。串行數(shù)據(jù)一位一位的已經(jīng)不用處理了，52單片機(jī)已經(jīng)有一個(gè)模塊處理完了。只要知道接收一個(gè)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一次接收中斷，要軟件置0.，發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一次發(fā)送中斷，也要軟件置0。自行置0，處理好數(shù)據(jù)就OK。下一篇將介紹其他三種方式，歡迎關(guān)注。

前言

幾個(gè)概念

為了能更好理解串行口通信，在介紹它之前，先來看看幾個(gè)概念，補(bǔ)充知識(shí)，方便深入明白u(yù)art工作原理。

通信方式

串行通信制式

串行通信分類

波特率

概述

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯圖
串行口通信與三個(gè)寄存器有關(guān)，分別是:

?1.?PCON寄存器
?2.?SCON寄存器
?3.?SBUF特殊功能寄存器

寄存器

PCON電源管理寄存器

SCON串行口控制寄存器

SBUF特殊功能寄存器

串行口方式1

計(jì)算波特率

編寫步驟

設(shè)置串行口方式
設(shè)置定時(shí)器工作模式
計(jì)數(shù)器寄存器賦值
中斷寄存器控制
啟動(dòng)定時(shí)器中斷
發(fā)送函數(shù)
接收函數(shù)

范例1

#include
unsigned?char?date;????//定義變量數(shù)據(jù)中斷
bit?flag;??//定義變量標(biāo)志
void?send?();?//聲明發(fā)送函數(shù)
void?receive?();?//聲明接收函數(shù)
void?initialize?();????//聲明初始化函數(shù)
main()
{????????
????initialize();??//調(diào)用初始化函數(shù)
????while(1)
????{
????????send();????//調(diào)用發(fā)送函數(shù)
????????receive();?//調(diào)用接收函數(shù)
????}
}
void?initialize()??//初始化函數(shù)
{
????SCON=0X50;?????//0011?0000?串行口工作模式1
????TMOD?=?0X20;????//定時(shí)器1工作模式2，8為自動(dòng)重裝
????TH1?=?0xFD;?????//設(shè)定定時(shí)初值????????波特率為9600
????TL1?=?0xFD;?????//設(shè)定定時(shí)器重裝值
????TR1?=?1;????????//啟動(dòng)定時(shí)器1
????IE=0;
}
void?send()?????????//發(fā)送函數(shù)
{
????if(flag==1)????//證明已經(jīng)接收數(shù)據(jù)
????{???
????????SBUF=date;????//將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送出去
????????while(!TI);???//等待發(fā)送中斷
????????TI=0;?????????//軟件置0
????????flag=0;???????//清零
????}

}
void?receive()???????//接收函數(shù)
{
????while(!RI);???//等待接收中斷
????date=SBUF;????//將收到的數(shù)據(jù)存進(jìn)接收緩沖寄存器
????RI=0;????????//軟件置0
????flag=1;??????//將標(biāo)志位置1
}

范例2

#include
unsigned?char?date;
bit?flag;
main?()
{
????SCON=0X50;??????//初始化
????TMOD=0X20;
????TH1=0XFD;???????????????????????????????????
????TL1=0XFD;
????IE=0X90;
????TR1=1;
????while(1);
}
void?interrupt_uart()?interrupt?4?????//中斷函數(shù)
{
????if(RI==1)????????//判斷有無數(shù)據(jù)接收
????{
????????date=SBUF;?????//將寄存器的值賦給變量
????????RI=0;??????????//置0
????????flag=1;????????//標(biāo)志位置1
????}
????if(flag==1)?????????????//已接收數(shù)據(jù)
????{
????????SBUF=date;????????//將數(shù)據(jù)發(fā)出
????????while(!TI);
????????TI=0;
????????flag=0;
????}
}

與范例1如出一撤，就不詳細(xì)注釋。

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