51单片机系列--串口通讯

青旅半醒 2022-08-30 04:24 316阅读 0赞

## 串行通信和并行通信 ##

串行通信和并行通信都是一种通信传输方式，都适用于计算机与计算机、计算机与单片机之间的数据通信，在传输中存在相互转换的关系。但是两者在使用上还是有着不同的:

1.  一次传输的传输量不同  
    并行通信传送八路信号，一次并行传送传送完整的一个字节信息。串行通信在一个方向上只能传送一路信号，一次只能传送一个二进制位，传送一个字节信息时，只能一位一位地依次传送。
2.  传输速度不同  
    串行的传输速度慢，但是对线路的要求低一些。 并行的对线路的要求高，但是速度快。
3.  传输距离不同  
    串行线路仅使用一对信号线，线路成本低并且抗干扰能力强，因此可以用在长距离通讯上；而并行线路使用多对信号线（还不包括额外的控制线路），线路成本高并且抗干扰能力差，因此对通讯距离有非常严格的限制。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjAyMDc4OA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    **并行通信图**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjAyMDc4OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
    **串行通信图**

## 同步通信与异步通信 ##

串行通信分为**同步通信与异步通信**，区别：

1.  同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流；异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。
2.  同步通信效率高，异步通信效率较低。
3.  同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小；异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。
4.  同步通信可用于点对多点，异步通信只适用于点对点。

通俗点说，就是同步是终端A告诉终端B后，等到终端B跑过来后两个终端小伙伴一起搞事情；异步是终端A告诉终端B后，终端A就直接跑去干活了。

## 电平标准 ##

TTL电平：+5V表示1，0V表示0
    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）

## 常用通信接口 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjAyMDc4OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 传输方向 ##

1. 全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据
    2. 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
    3. 单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输	
    4. 异步：通信双方各自约定通信速率
    5. 同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率
    6. 总线：连接各个设备的数据传输线路（类似于一条马路，把路边各住户连接起来，使住户可以相互交流）

## 知识点细分 ##

\*\*波特率：\*\*单片机或计算机在串口通信时的速率。其大小为每秒传输二进制数的位数，单位为：bps。比如：每秒传输255帧数据，一帧数据是十个二进制数，则传输速率就是255x10=2550(bps)。两个终端之间进行串口通信，波特率要一致才能进行。  
**比特率**是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒（bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率为：10位×240个/秒 = 2400 bps  
\*\*检验位：\*\*用于数据验证  
\*\*停止位：\*\*用于数据帧间隔  
\*\*波特率设置：\*\*波特率是基于定时器T1工作方式2进行的，没了解过定时器的小伙伴可以看一下我写过的[51单片机系列–定时器中断][51]。  
网上给出的波特率的计算方式为：  
![在这里插入图片描述][20210719101126658.png]  
其中

1.SMOD
    属于PCON寄存器，不可位寻址，置0的时候不加倍，置1的时候波特率加倍。
    2. fosc
    fosc就是51的晶振频率，我使用的52单片机的是11.0529MHz
    3.（256-T初）
    T1的工作方式2是八位数据自动装填(八位二进制数的范围是0~255，共256个数)，初始值在开始时装入TH1和TL1，工作时只有TH1计数，当TH1溢出时把TL1中的初始值重新赋值给TH1，这样就实现了自动装填。
    (256-T初)代表着每次定时器计数的次数。

**设置方法**  
首先-设置定时器T1：工作模式寄存器TMOD设为0X20（工作方式2）；  
![在这里插入图片描述][20210719103613947.png]  
然后-计算T1的初始值并装载TH1和TL1，波特率为9600bps时TH1=0XFD、TL1=0XFD；  
最后-启动T1：编辑TCON寄存器中的TR1，使TR1=1(打开T1定时器)。通过设置PCON寄存器PCON=0X00设置SMOD=0（不加倍）。  
**如何确定串行口控制**  
SM0=0、SM1=1，和打开串行口的允许接收位:REN=1  
**打开中断**  
打开总中断和串口通信中断:EA=1、ES=1。  
**SBUF寄存器**  
单片机的内部硬件自带发送和接收数据的功能，它是通过SBUF寄存器实现的。SBUF寄存器有两个，一个是SBUF发送寄存器，另一个是SBUF接收寄存器，但两者的地址都为99H。所以在逻辑上只有一个SBUF，而在物理结构上，这又是两个完全独立的寄存器。如果CPU写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读SBUF，则读入的数据一定来自接收寄存器。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjAyMDc4OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
**TI与RI**  
TI和RI都在SCON寄存器中。  
TI是发送中断标志位，当数据发送完成后，TI由硬件置1，TI置1后向CPU提出中断申请，进入中断函数后需要软件置0(TI=0);  
RI是接收中断标志位，当数据接收完成后，RI由硬件置1，RI置1后向CPU提出中断申请，进入中断函数后需要软件置0(RI=0);

## 示例代码(串口通信闪烁灯) ##

**main.c**

#include <REGX52.H>
    #include "Delay.h"
    #include "UART.h"
    sbit led=P2^2;
    void main()
    { 
    	UART_Init();		//串口初始化
    	while(1)
    	{ 
    		
    	}
    }
    
    void UART_Routine() interrupt 4
    { 
    	if(RI==1)					//如果接收标志位为1，接收到了数据
    	{ 
    		led=~led;				//读取数据，取反后输出到LED
    		Delay(1000);
    		UART_SendByte(SBUF);	//将受到的数据发回串口
    		RI=0;					//接收标志位清0
    	}
    }

**UART.c**

#include <REGX52.H>
    
    /** * @brief 串口初始化，4800bps@12.000MHz * @param 无 * @retval 无 */
    void UART_Init()
    { 
    	SCON=0x50;
    	PCON |= 0x80;
    	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
    	TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式
    	TL1 = 0xF3;		//设定定时初值
    	TH1 = 0xF3;		//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
    	EA=1;
    	ES=1;
    }
    
    /** * @brief 串口发送一个字节数据 * @param Byte 要发送的一个字节数据 * @retval 无 */
    void UART_SendByte(unsigned char Byte)
    { 
    	SBUF=Byte;
    	while(TI==0);
    	TI=0;
    }
    
    /*串口中断函数模板 void UART_Routine() interrupt 4 { if(RI==1) { RI=0; } } */

**UART.h**

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

串口通信助手界面  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjAyMDc4OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NjAyMDc4OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

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[51]: https://blog.csdn.net/weixin_46020788/article/details/118864470
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