【51单片机】7. 串口通信、单片机向电脑发送数据电脑发送数据点亮LED灯Demo

1. 串口的定义

• 串口成本低、易使用、通信线路简单，可实现两个设备互相通信

• 单片机串口可以使单片机与各式各样的模块相互通信，极大扩展了单片机应用范围，增强单片机系统硬件实力

• 51单片机内部自带UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器），可实现单片机串口通信

2. 硬件电路

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）

• TXD与RXD交叉连接

• 仅需单项数据传输可以只接一根通信线

• 电平标准不一致时需要加电平转换芯片

3. 电平标准

电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用电平标准包括：

• TTL电平：+5V表示1,0V表示0（单片机使用）

• RS232电平：-3_{-15V表示1，+3}+15V表示0

• RS485电平：两线压差+2_{+6V表示1，-2}-6V表示0（差分信号）

TTL&RS232只能传10多米后错误率就很高了，RS485可以达到千米级

4. 常见通信接口

• 全双工：通信双方可以在同一时刻相互传输数据

• 半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线（同一时刻只能一个人发）

• 单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输

• 异步：通信双方各自约定通信速率

• 同步：通信双方靠一根时钟线约定通信速率

如某一方1s传一个，但对方0.5s接收一个，就不能达成一致，同步就通过一根时钟线约定通信速率

异步就是双方各自计时，到时间了收/发

• 总线：链接各个设备的数据传输线路（类似一条马路将多个住户连接起来，使得住户可以相互交流）

5. 串口参数及时序图

• 波特率：串口通信速率（发送和接收各数据位间隔时间）

• 校验位：用与数据验证

• 停止位：用于数据帧间隔

9位相较而言，多出的那一位可以用于校验（奇偶校验）

6. 串口模式图

SBUF：串口数据缓存寄存器，物理上是两个独立的寄存器，但占用的是相同的地址。写操作时写入发送寄存器，读操作时读出的是接收寄存器。

进入中断逻辑后是一个或门，只要有1个满足就会触发对应的中断

7. 串行口相关寄存器

• SBUF是就是6中说的缓冲区

• SCON是串行控制器（可位寻址），配置SM0和SM1可以控制不同工作方式：

  • 方式0：SM0=0,SM1=0；同步移位串行方式：移位寄存器

  • 方式1：SM0=0,SM1=1；8位UART，波特率可变

  • 方式2：SM0=1,SM1=0；9位UART

  • 方式3：SM0=1,SM1=1；9位UART，波特率可变

  • REN：允许/禁止串行接收控制位。REN=1允许串行接收，REN=0禁止接收

  • TI：发送中断请求标志位，在方式2中，停止位开始发送由内部硬件置位，必须使用软件复位

• PCON是电源控制寄存器，里面的SMOD是波特率选择位

  • SMOD=1使通信方式1、2、3波特率加倍；SMOD=0各工作方式波特率加倍，复位时SMOD=0

  • SMOD0是帧错误检测有效控制位，SMOD0=1时，SCON中的SM0/FE用于帧错误检测；SMOD0=0时，SCON中的SM0/FE用于和SM1一起制定串口工作方式

8. 八位自动重载和十六位的区别

十六位记的数多，但每次都需要自己写的代码赋初值（参考定时器那一章的代码，每次溢出中断我们都需要重新给TH和TL赋初值），浪费时间。双八位就是将十六位分开，一个计数，另一个存放初值，每次计数完成后AR会自动将值赋给CNT，不用代码处理，比较快，但只有八位所以记的数少了。

串口通信设置八位自动重载，这样就不需要做手动设置了

9. 单片机通过串口向电脑发送数据

从波特率计算器中生成波特率设置相关的代码

接着写主代码：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"unsigned char sec = 0;void UART_Init()
{SCON = 0x40;  // 模式 -> 0 1，8位UART，波特率可变PCON = 0x80;  // SMOD置1表示波特率加倍TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1模式位TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xF4;		//设定定时初值TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值ET1 = 0;		//禁止定时器1中断TR1 = 1;		//启动定时器1
}void UART_SendByte(unsigned char byteData)
{SBUF = byteData; // 填充缓冲区SBUFwhile (TI == 0) ; // 当没有到发送的时候就while等待TI = 0; // 根据规则，手动置0（手册P235）
}void main()
{UART_Init(); // 上电初始化while(1){UART_SendByte(sec); // 自动发送sec++; // sec++Delay(1000);}
}

Delay.c：

#include <INTRINS.H>void Delay(unsigned int ms)		//@11.0592MHz
{unsigned char i, j;while (ms){_nop_();i = 2;j = 199;do{while (--j);} while (--i);ms--;}
}

Delay.h：

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__void Delay(unsigned int ms);#endif

效果如下（见接收缓冲区数字）：

（使用串口助手时，注意要选对串口，设置相同的波特率，否则会出错）

10. 串口代码模块化

常用代码可以直接模块化

UART.c

#include <REGX52.H>/*** @brief 串口初始化* @param 无* @retval 调用后初始化串口*/
void UART_Init() // 4800bps@11.0592MHz
{SCON = 0x40;  // 模式 -> 0 1，8位UART，波特率可变，注意，这里REN置0表示的是不接受数据，REN置1后是0x50PCON = 0x80;  // SMOD置1表示波特率加倍TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1模式位TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xF4;		//设定定时初值TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值ET1 = 0;		//禁止定时器1中断TR1 = 1;		//启动定时器1
}/*** @brief 经串口发送数据* @param byteData表示发送的数据* @retval 发送数据范围0~255*/
void UART_SendByte(unsigned char byteData)
{SBUF = byteData; // 填充缓冲区SBUFwhile (TI == 0) ; // 当没有到发送的时候就while等待TI = 0; // 根据规则，手动置0（手册P235）
}

UART.h

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__void UART_Init();
void UART_SendByte(unsigned char byteData);#endif

11. 电脑向单片机发送数据控制灯亮

单片机接收数据需要中断，那么在初始化时需要将中断打开，同时REN位要置1才能接收数据，UART.c修改如下，主要是改了初始化的函数：

#include <REGX52.H>/*** @brief 串口初始化* @param 无* @retval 调用后初始化串口*/
void UART_Init() // 4800bps@11.0592MHz
{SCON = 0x50;  // 模式 -> 0 1，8位UART，波特率可变，REN=1接收数据PCON = 0x80;  // SMOD置1表示波特率加倍TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1模式位TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式TL1 = 0xF4;		//设定定时初值TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值ET1 = 0;		//禁止定时器1中断TR1 = 1;		//启动定时器1// 启用接收中断ES = 1;EA = 1;
}/*** @brief 经串口发送数据* @param byteData表示发送的数据* @retval 发送数据范围0~255*/
void UART_SendByte(unsigned char byteData)
{SBUF = byteData; // 填充缓冲区SBUFwhile (TI == 0) ; // 当没有到发送的时候就while等待TI = 0; // 根据规则，手动置0（手册P235）
}

main.c中写中断的处理

#include <REGX52.H>
#include "UART.h"
#include "Delay.h"void main()
{UART_Init();while(1){}
}void UART_Rountine(void) interrupt 4
{if (RI == 1) // 因为发送和接受触发的是同一个中断，需要把发送和接收区分开{// if 是接收中断的话P2 = ~SBUF; // 点灯UART_SendByte(SBUF); // 利用发做回复RI = 0; // 该标志位需要软件置1}	
}

取反是因为低电平点灯。

效果如下：

12. 波特率计算

根据红框部分计算：

以江科大视频的为例，他是12MHz的晶振，选择SMOD=1（波特率倍速）。

根据软件给TH1和TL1设置的初值看：

TL1 = 0xF4;		//设定定时初值
TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值

F4转10进制是243，离溢出有13，即计13μs溢出一次

则溢出率是1/13μs=13MHz=0.07692MHz

又连接到÷16：0.07692/16=0.00480769MHz=4807.69Hz（12MHz的晶振有误差）

所以这个初值就是根据这个计算方式反向算出来的

13. HEX模式与文本模式

说白了文本模式就是根据你输入的16进制内容转成ASCII码

根据11的代码及ASCII码，我们将单片机回传的结果显示为文本模式，结果如下：

从而可以传输一些非数字的内容，同理，用电脑给单片机发字符“B”，单片机也会根据对应的16进制点灯，并回传对应的16进制内容：