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嵌入式 - 硬件：51单片机（3）uart串口

news 2025/9/7 21:54:10

本节重点
1.UART的概念

2、单工、半双工、全双工概念

3、串行、并行概念

4、串行、并行区别

5、串口通信时序

6、奇偶校验的概念/缺点

7、串口通信参数（波特率数据位停止位校验位 2400 8 N 1）

8、同步、异步概念

9、主从应答的概念

10、主机、从机

51 单片机有8 根数据线和16 根地址线：
数据线：与 CPU 的字长一致（8 位），负责传输 8 位二进制数据，对应 P0 口（双向 8 位并行 I/O 口，可作为地址 / 数据复用线）。
地址线：16 位地址总线决定了寻址范围（最大 64KB，即0x0000~0xFFFF），其中 P0 口分时复用为低 8 位地址线，P2 口作为高 8 位地址线。

UART

UART：通用异步收发器，2个串口
（1个串口被用于ISP下载程序，1个串口被用于和主机之间的通信），RXD(接收信号线) TXD(发送信号线)

全双工、串行、异步

一、通信方式：

1. 单工

（1）发送方和接收方是固定的，数据只能从发送方发给接收方

（2）数据传输是通过一根信号线实现，数据传输的方向是固定的

2.半双工 (I2C)

（1）通信双方既可以作为发送方也可以作为接收方

（2）数据传输是通过一根信号线实现，数据传输的方向可以是双向的

（3）同一时刻，数据传输的方向呈现单一性（A给B发的时候，B不能给A发，B只能去接收数据）

3．全双工(UART)

（1）通信双方既可以作为发送方也可以作为接收方

(2）数据传输是通过两根信号线实现，数据传输在任意时刻都是双向的(收发可以同时进行)

二、数据传输的顺序：

Uart在传输数据时，遵循LSB优先原则（低位先行），先发低位数据

三、数据传输的形式：

串行：

通过一根信号线传输数据，按照先后次序逐个bit逐个bit去发送数据

并行：

同多多根信号线同时去传输数据

四、串行传输和并行传输的区别：

串行：
(1）传输速率慢（只能通过一根线逐个bit去传输）
（2）硬件成本低，实现简单
(3）传输距离远，抗干扰性好（RS485差分）

并行：
（1）传输速率快 (可以通过多根线同时传输多个bit)
（2）硬件成本高，实现复杂
（3）传输距离近，抗干扰性差（30米以内距离增加后多根信号新存在信号偏移，会电磁波干扰，会造成误差和干扰)

五、串口通信时序：

1.串口通信时，空闲状态为高电平
2.当由高电平变为低电平(发送一个低电平信号)，代表发送了一个起始位，准备开始通信
3.发送数据（通常是8bit，遵循先发数据低位LSB原则）
4.再发送一个bit的校验位（奇偶校验）
5.再发送一个bit的停止位，代表这一次串口通信结束

校验：
奇偶校验（串口）
累加和校验
CRC校验（Modbus协议）

六、奇偶校验：

问题：无法去检测偶数个bit出错的问题

奇校验：
校验位为"1，若数据位中"1的个数加上校验位中的"1"，保持1的个数为奇数个，则代表校验通过

偶校验：
校验位为"0，若数据位中"1的个数加上校验位中的"0，保持1的个数为偶数个，则代表校验通过

七、串口通信参数：

波特率：
bps（bit per second），每秒钟传输bit的数量，常见的波特率：2400，4800,9600，115200

数据位：
8，串口传输通常8bit数据位传输

停止位：
1,1bit停止位

校验位：
None，N，无校验
Even，E，偶校验
Odd，O，奇校验

9600,8, N, 1
2400,8,E，1
115200,8,0，1

八、同步通信、异步通信：

I2CUARTSPI同步？异步？(时钟线)

I2C:SCL时钟线
SPI:SCLK时钟线
UART：无时钟线异步

同步：通信的双方有一根共享的时钟线来约定通信的频率(同步发送数据/接收数据)

异步：通信双方没有时钟线进行同步，如Uart：可以通过设置波特率来实现同步（发：2400bps收：2400bps）

九、串口寄存器配置：

串口的波特率发生器依赖于定时器1(Timer1)

（1）SCON/PCON串口控制寄存器：

PCON寄存器中的bit6 置0代表通过SCON寄存器中SM0和SM1两位指定串口工作方式：

①、将SCON寄存器中的bit6和bit7清0

②、将SCON寄存器中的SM1 bit6置1，SM0 bit7清0，代表串口工作8位UART模式
③、将SCON寄存器中REN bit4置1，代表允许串口接收数据

④、SCON寄存器中bit1 TI位，代表串口8位数据发送完毕硬件自动置1，但需要软件清0（查询）

⑤、SCON寄存器bit0 RI位，代表串口8位数据接收完毕硬件自动置1，但需要软件清0（查询）

⑥、PCON寄存器SMOD bit7位置1，代表波特率加倍
256 - 2 * 12M / 32 / 2400 / 12 = 256 - 26 = 230（定时器初值）

SCON

PCON

定时器
（2）定时器寄存器相关配置：
TMOD 定时器模式选择寄存器：

①、将TMOD寄存器中的高四位清0（定时器1）

②、将TMOD寄存器中的bit5置1，bit4清0，代表定时器1工作在8位自动重装载模式
实际只有TL1在工作：TL1溢出后，再将TH1里的数，装到TL1里

③、将定时器初值写入到TL1和TH1
256 - 2 * 12M / 32 / 2400 / 12 = 256 - 26 = 230（定时器初值）
④、将TCON寄存器中的bit6置1，代表允许定时器1开始计数

TMOD

TCON

（3）中断寄存器相关配置：
IE中断控制寄存器：

①、将IE寄存器中的bit7 EA位置1，代表CPU能够响应所有中断

②、将IE寄存器中的bit4 ES位置1，代表允许串口1中断产生中断

练习--------串口初始化

SBUFER 缓冲区

练习--------发送“hello world！”

PS：*p++ 优先级

片外RAM

练习----发数组等........
当需要 “异步、实时、高效地处理串口数据”，
且避免 CPU 因 “轮询等待数据” 浪费资源时，就必须使用串口中断函数
在串行通信的方式 0中，数据格式为8 位同步移位寄存器方式（无起始位、停止位，仅传输 8 位数据）。当串行口接收到 ** 第 8 位（即一帧数据的最后一位）** 时，内部硬件会自动置位接收中断请求标志位RI=1，向 CPU 请求中断，表明一帧 8 位数据已接收完成。
而其他方式（方式 1、2、3）因数据帧包含起始位、停止位等（如方式 1 是 10 位：1 起始位 + 8 数据位 + 1 停止位），所以RI置位的时机是 “接收到停止位的中间时刻”，与方式 0 的 “纯 8 位数据帧” 逻辑不同。