基于51單片機的UART串口通信 - 全文

　　51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖是Intel的8004單片機，后來隨著Flash rom技術的發展，8004單片機取得了長足的進展，成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應用于工業測控系統之中。很多公司都有51系列的兼容機型推出，今后很長的一段時間內將占有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機一般不具備自編程能力。

　　UART是一種通用串行數據總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現全雙工傳輸和接收。在嵌入式設計中，UART用于主機與輔助設備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機通信包括與監控調試器和其它器件，如EEPROM通信。

　　計算機內部采用并行數據，不能直接把數據發到Modem，必須經過UART整理才能進行異步傳輸，其過程為：CPU先把準備寫入串行設備的數據放到UART的寄存器（臨時內存塊）中，再通過FIFO（First Input First Output，先入先出隊列）傳送到串行設備，若是沒有FIFO，信息將變得雜亂無章，不可能傳送到Modem。它是用于控制計算機與串行設備的芯片。有一點要注意的是，它提供了RS-232C數據終端設備接口，這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了。

　　作為接口的一部分，UART還提供以下功能：將由計算機內部傳送過來的并行數據轉換為輸出的串行數據流。將計算機外部來的串行數據轉換為字節，供計算機內部并行數據的器件使用。在輸出的串行數據流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數據流進行奇偶校驗。在輸出數據流中加入啟停標記，并從接收數據流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或鼠標發出的中斷信號（鍵盤和鼠標也是串行設備）。

　　可以處理計算機與外部串行設備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數據的緩沖區，比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理數據前在其緩沖區內存儲16字節數據，而通常的UART是8250。如果您購買一個內置的調制解調器，此調制解調器內部通常就會有16550 UART。接下來我們一起了解一下基于51單片機的UART串口通信。

　　51串行口結構

　　51單片機的UART串行通信是基于其串行口的可編程硬件結構，只要用正確的程序代碼通過初始化串行口對應寄存器的形式將其串行硬件結構初始化，再編寫符合此串行口通信的程序代碼便能夠實現串行通信，其硬件結構決定了編程機制（當然還要靠51芯片內CPU等機制）。

　　此結構具有UART（通用異步收發器）的全部功能，能同時進行數據的發送和接收，也可作為同步移位寄存器使用。此結構集成于單片機內部。

　　基于51單片機的UART串口通信

　　51串行口通信編程機制

　　決定編程機制的先決條件是51單片機的硬件結構及51芯片內部CPU的執行機制。根據串行通信口硬件結構，實現UART通信可以分為兩步：

　　（1）初始化串行通信口（ UART ）

　　配置SCON：設定串口方式（ SM0及SM1位配置4種方式）；串口是否要接收數據（REN位）

　　設定PCON寄存器的SMOD位（若非串口方式0 ）

　　若串口為方式1和方式3，則需要配置TMOD：選擇定時器1并配置其初值裝載方式（MI M0位），并設置TH1，TL0的初值以確定通信的波特率（由波特率的計算公式），然后配置TCON：開啟定時器1（ TR1 ）。

　　允許使用中斷（ ES ），開啟UART中斷（ EA ）

　　可以這些寄存器的配置含義可以查看相應的知識點：中斷配置IE寄存器、定時/計數方式配置寄存器TMOD、定時/計數控制寄存器及通信寄存器SCON寄存器筆記。

　　（2）程序實現：編寫發送/接收數據代碼及中斷服務程序

　　注：TI及RI的置位可查看SCON寄存器TI RI被置位的條件

　　［1］發送的數據需要通過程序指令“SBUF =數據;”來將數據送往串行發送緩沖寄存器中，在此條語句后，要用循環判斷SCON寄存器中的TI位是否被硬件置位1（表示發送完畢），等待發送完畢，TI置位被置為1時會進入串行中斷服務程序［由此不能在串行中斷服務程序里面將TI置0，因為從循環里面進入中斷后會返回到循環語句中來，所以要在串行中斷服務程序之外將TI置0，置0的目的是提供下一次數據發送成功的依據或進入中斷服務器程序］，需要用程序代碼將TI重新置為0；然后再由CPU控制的時序將數據從TXD（ P3.1 ）腳發出，經過連接的串口線到從設備（接收數據的設備）。

　　［2］獲取接收到數據時需要通過程序指令“存數據變量=SBUF;”將串行接收緩沖寄存器接收到的數據讀取到程序中來，當接收到數據完畢后，RI會被硬件置位1，此時也會進入串行中斷服務程序，需要用程序指令將RI重新置位0。當然接收數據是由RXD（ P3.0 ）引腳完成。

　　［3］串行中斷服務程序的中斷號為4，所以編寫串行中斷服務程序時需要有以下格式：

　　void 函數名（） interrupt 4

　　{

　　中斷服務程序內容

　　}

　　串行中斷服務函數當TI或RI被硬件置位1時才被系統調用。TI被硬件置1的情況是，當串行發送緩沖寄存器內的數據被通過TXD（ P3.1 ）發送完畢時（不同的串口方式置1條件不同）不是指將數據存入串行發送緩沖器中時TI會被置1，同理RI被置1的情況是當RXD（ P3.0 ）接收到數據將此數據按位存入串行接收緩沖寄存器內完畢時（不同串口方式置1的條件不同）不是指從串行接收緩沖寄存器讀完數據時RI會被置1。這個數據的長度和TI（ RI ）被置位1根據串行通信方式不同而不同。

　　對于用程序來實現51單片機中的串行通信還需要明確兩點（與其它部分的聯系）：

　　（1）在51單片機串行通信的方式1和方式3中，波特率由定時器1的溢出率決定。

　　（2）SBUF為特殊功能寄存器，它在程序中的兩種不同的指令形式表示不同的含義，當在程序中用寫指令“SBUF=a;”時，表示將a存入串行數據發送緩沖寄存器中；當在程序中使用讀指令“a=SBUF;”時，表示向串行數據接收緩沖寄存器讀數據并將得到數據賦值于a。接收器具有雙緩沖結構，即在從接收寄存器中前一個已經收到的字節之前，便能接收第二個字節，如果第二個字節已經接收完畢，第一個字節還沒有被讀出，則第一個字節就損失（被覆蓋）。而發送器中的數據是由CPU控制的，所以不必程序用戶擔憂。