51单片机系列--串口通讯

青旅半醒 2022-08-30 04:24 411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
    并行通信图
    在这里插入图片描述
    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

  1. TTL电平：+5V表示1，0V表示0
  2. RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0
  3. 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

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传输方向

  1. 1. 全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据
  2. 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. 3. 单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输    
  4. 4. 异步：通信双方各自约定通信速率
  5. 5. 同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率
  6. 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。
网上给出的波特率的计算方式为：
在这里插入图片描述
其中

  1. 1.SMOD
  2. 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。
  3. 2. fosc
  4. fosc就是51的晶振频率，我使用的52单片机的是11.0529MHz
  5. 3.（256-T初）
  6. 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。
  7. (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
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
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

  1. #include <REGX52.H>
  2. #include "Delay.h"
  3. #include "UART.h"
  4. sbit led=P2^2;
  5. void main()
  6. { 
  7.     UART_Init();        //串口初始化
  8.     while(1)
  9.     { 
  11.     }
  12. }
  14. void UART_Routine() interrupt 4
  15. { 
  16.     if(RI==1)                    //如果接收标志位为1，接收到了数据
  17.     { 
  18.         led=~led;                //读取数据，取反后输出到LED
  19.         Delay(1000);
  20.         UART_SendByte(SBUF);    //将受到的数据发回串口
  21.         RI=0;                    //接收标志位清0
  22.     }
  23. }

UART.c

  1. #include <REGX52.H>
  3. /** * @brief 串口初始化，4800bps@12.000MHz * @param 无 * @retval 无 */
  4. void UART_Init()
  5. { 
  6.     SCON=0x50;
  7.     PCON |= 0x80;
  8.     TMOD &= 0x0F;        //设置定时器模式
  9.     TMOD |= 0x20;        //设置定时器模式
  10.     TL1 = 0xF3;        //设定定时初值
  11.     TH1 = 0xF3;        //设定定时器重装值
  12.     ET1 = 0;        //禁止定时器1中断
  13.     TR1 = 1;        //启动定时器1
  14.     EA=1;
  15.     ES=1;
  16. }
  18. /** * @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 */
  19. void UART_SendByte(unsigned char Byte)
  20. { 
  21.     SBUF=Byte;
  22.     while(TI==0);
  23.     TI=0;
  24. }
  26. /*串口中断函数模板 void UART_Routine() interrupt 4 { if(RI==1) { RI=0; } } */

UART.h

  1. #ifndef __UART_H__
  2. #define __UART_H__
  4. void UART_Init();
  5. void UART_SendByte(unsigned char Byte);
  7. #endif

串口通信助手界面
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