51單片機串口通信及通信實例

1、51單片機串口通信及通信實例串口通信（SerialCommunicaTlons ）的概念非常簡單，串口按位（bit ）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte） 的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時 用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠實現(xiàn)遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設備線總長不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。典型地，串口用于 ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成，分別是地線、發(fā)送、接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù) 據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但不是必 須的

2、。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和 奇偶校驗。對于兩個進行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。圖2串行通信a，波特率：這是一個衡量符號傳輸速率的參數(shù)指的是信號被調制以后在單位時間內(nèi)的變化，即單位時間內(nèi)載波參 數(shù)變化的次數(shù)，如每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含10位（1個起始位，1個停止位，8個數(shù)據(jù)位），這時的 波特率為 240Bd，比特率為 10位*240個/秒=2400bps。一般 調制速率大于波特率，比如曼徹斯特編碼）。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些 值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很 近的儀器間的通信，典型

3、的例子就是GPIB設備的通信。b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當計 算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)往往不會是8位的，標準的值是6、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比 如，標準的 ASCII碼是0127 （7位）。擴展的ASCII碼是 0255 （8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標準ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用 7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括 開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術語 包”指任何通信的情況。c,停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1,1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設 備有其自己的時鐘，很

4、可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了小小 的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y束，并且提供 計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不 同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可 以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位 后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏 輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位 為1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù) 據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。

5、這樣使得接收設備能 夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或 者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。RS232概述在我們電腦上，一般都會有一個9針的串行接口，這個串行接口叫做RS232接口，它和UART通信有關聯(lián)，但是由于現(xiàn)在筆記本電腦不帶9針串口，所以和單片機通信越來越趨于使用USB虛擬串口。九針串口分工頭和母頭公頭上5下4,上5從左到右為12345;下4從左到 右為6.789;母頭上5下4, 上 5從左到右為 5.4.3.2.1； 下 4從左到右為 9.8.7.6；RS232接口一共有9個引腳，分別定義是：1、載波檢 測DCD ； 2、接收數(shù)據(jù) RXD ； 3、發(fā)送數(shù)據(jù)TXD ； 4

6、、數(shù)據(jù)終端準備好DTR ； 5、信號地線SG； 6、數(shù)據(jù)準備好DSR ； 7、請求發(fā)送RTS; &清除發(fā)送CTS ; 9、振鈴提示RI。我 們要讓這個串口和我們單片機進行通信，我們只需要關心其 中的2腳RXD、3腳TXD和5腳GND即可雖然這三個引腳的名字和我們單片機上的串口名字一 樣，但是卻不能直接和單片機對連通信，這是為什么呢？隨 著我們了解的內(nèi)容越來越多，我們得慢慢知道，不是所有的 電路都是5V代表高電平而0V代表低電平的。對于 RS232 標準來說，它是個反邏輯，也叫做負邏輯。為何叫負邏輯？ 它的TXD和RXD的電壓，-3V-15V電壓代表是1, +3 +15V電壓代表是0。低

7、電平代表的是1,而高電平代表的是 0,所以稱之為負邏輯。因此電腦的9針RS232串口是不能和單片機直接連接的，需要用一個電平轉換芯片MAX232來完成這個芯片就可以實現(xiàn)把標準RS232串口電平轉換成我們單片機能夠識別和承受的 UART0V/5V電平。從這里大家 似乎慢慢有點明白了， 其實RS232串口和UART串口，它們 的協(xié)議類型是一樣的，只是電平標準不同而已，而MAX232這個芯片起到的就是中間人的作用，它把UART電平轉換成RS232電平，也把RS232電平轉換成 UART電平，從而實現(xiàn) 標準RS232接口和單片機 UART之間的通信連接。USB轉串口通信隨著技術的發(fā)展，工業(yè)上還有RS2

8、32串口通信的大量使用，但是商業(yè)技術的應用上，已經(jīng) 慢慢的使用USB轉UART技術取代了 RS232串口，絕大多 數(shù)筆記本電腦已經(jīng)沒有串口這個東西了，那我們要實現(xiàn)單片 機和電腦之間的通信該怎么辦呢？們只需要在電路上添加一個USB轉串口芯片，就可以成功實現(xiàn)USB通信協(xié)議和標準 UART串行通信協(xié)議的轉換， 在我們的開發(fā)板上，我們使用的是CH340T這個芯片我們需要用跳線帽把中間和下邊的針短接在一起。右側的CH340T這個電路很簡單，把電源、晶振接好后， 6腳和 7腳的DP和DM分別接USB 口的2個數(shù)據(jù)引腳上去，3腳 和4腳通過跳線接到了我們單片機的 TXD和RXD上去。CH340T的電路里3腳

9、位置加了個4148的二極管，是一個小技巧。因為STC89C52這個單片機下載程序時需要冷啟動，就是先點下載后上電，上電瞬間單片機會先檢測需要不 需要下載程序。雖然單片機的VCC是由開關來控制，但是由于CH340T的3腳是輸出引腳，如果沒有此二極管，開關 后級單片機在斷電的情況下，CH340T的3腳和單片機的P3.0（即RXD）引腳連在一起，有電流會通過這個引腳流入后級 電路并且給后級的電容充電，造成后級有一定幅度的電壓， 這個電壓值雖然只有兩三伏左右，但是可能會影響到正常的 冷啟動。加了二極管后，一方面不影響通信，另外一個方面 還可以消除這種不良影響。這個地方可以暫時作為了解，大 家如果自己做

10、這類電路，可以參考一下。10 口模擬UART串口通信 UART串口波特率， 常用的值是 300、600、1200、2400、4800、9600、14400、 19200、28800、38400、57600、115200 等速率。IO 口模擬 UART串行通信程序是一個簡單的演示程序，我們使用串口 調試助手下發(fā)一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加 1后，再自動返回。串口調試助手，這里我們直接使用 STC-ISP軟件自帶的 串口調試助手，先把串口調試助手的使用給大家說一下，如 圖11-6所示。第一步要選擇串口助手菜單，第二步選擇十六進制顯示，第三步選擇十六進制發(fā)送，第四步選擇COM 口，這個COM 口要和自己電腦設備

11、管理器里的那個COM 口一致，波特率按我們程序設定好的選擇，我們程序中讓一個數(shù) 據(jù)位持續(xù)時間是 1/9600秒，那這個地方選擇波特率就是選9600，校驗位選N，數(shù)據(jù)位8,停止位1。串口調試助手的實質就是利用電腦上的UART通信接口，發(fā)送數(shù)據(jù)給我們的單片機，也可以把我們的單片機發(fā)送 的數(shù)據(jù)接收到這個調試助手界面上。因為初次接觸通信方面的技術，所以我把后面的10模擬串口通信程序進行一下解釋，大家可以邊看我的解釋邊看 程序，把底層原理先徹底弄懂。變量定義部分就不用說了，直接看 main主函數(shù)。首先 是對通信的波特率的設定，在這里我們配置的波特率是 9600，那么串口調試助手也得是 9600。配置波特

12、率的時候， 我們用的是定時器 T0的模式2。模式2中，不再是TH0代 表高8位，TL0代表低8位了，而只有TL0在進行計數(shù)，當 TL0溢出后，不僅僅會讓TF0變1,而且還會將TH0中的內(nèi) 容重新自動裝到 TL0中。這樣有一個好處，就是我們可以把 想要的定時器初值提前存在TH0中，當TL0溢出后，TH0自動把初值就重新送入 TL0 了，全自動的，不需要程序中再 給TL0重新賦值了，配置方式很簡單，大家可以自己看下程 序并且計算一下初值。波特率設置好以后，打開中斷，然后等待接收串口調試 助手下發(fā)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)的時候，首先要進行低電平檢測 while( PIN_RXD)，若沒有低電平則說明沒有數(shù)據(jù)

13、，一旦檢 測到低電平，就進入啟動接收函數(shù)StartRXD ()。接收函數(shù) 最開始啟動半個波特率周期，初學可能這里不是很明白。大 家回頭看一下我們的圖 11-2里邊的串口數(shù)據(jù)示意圖，如果在 數(shù)據(jù)位電平變化的時候去讀取，因為時序上的誤差以及信號 穩(wěn)定性的問題很容易讀錯數(shù)據(jù)，所以我們希望在信號最穩(wěn)定 的時候去讀數(shù)據(jù)。除了信號變化的那個沿的位置外，其它位 置都很穩(wěn)定，那么我們現(xiàn)在就約定在信號中間位置去讀取電 平狀態(tài)，這樣能夠保證我們讀的一定是正確的。一旦讀到了起始信號，我們就把當前狀態(tài)設定成接收狀 態(tài)，并且打開定時器中斷，第一次是半個周期進入中斷后， 對起始位進行二次判斷一下，確認一下起始位是低電平，

14、而 不是一個干擾信號。 以后每經(jīng)過1/9600秒進入一次中斷，并 且把這個引腳的狀態(tài)讀到RxdBuf里邊。等待接收完畢之后，我們再把這個 RxdBuf加1,再通過TXD引腳發(fā)送出去，同 樣需要先發(fā)一位起始位，然后發(fā)8個數(shù)據(jù)位，再發(fā)結束位，發(fā)送完畢后，程序運行到 while（PIN_RXD），等待第二輪信 號接收的開始。uart模塊介紹 IO 口模擬串口通信，讓大家了解 了串口通信的本質，但是我們的單片機程序卻需要不停的檢 測掃描單片機10 口收到的數(shù)據(jù)，大量占用了單片機的運行 時間。這時候就會有聰明人想了，其實我們并不是很關心通 信的過程，我們只需要一個通信的結果，最終得到接收到的 數(shù)據(jù)就行了

15、。這樣我們可以在單片機內(nèi)部做一個硬件模塊，讓它自動接收數(shù)據(jù)，接收完了，通知我們一下就可以了，我們的51單片機內(nèi)部就存在這樣一個UART模塊，要正確使用它，當然還得先把對應的特殊功能寄存器配置好。51單片機的 UART串口的結構由串行口控制寄存器SCON、發(fā)送和接收電路三部分構成，先來了解一下串口控制寄存器SCON。SCON串行控制器的位分配（地址：0x98）位：符號：復位值：0 : RI : 0 ； 1 : TI : 0 ；2:RB8:0;3:TB8:0;4:REN:0;5:SM2:0;6:SM1:0;7:SM0:0;0位RI :接收中斷標志位，當接收電路接收到停止位的中間位置時，RI由硬件置

16、1,必須通過軟件清零1位TI :發(fā)送中斷標志位，當發(fā)送電路發(fā)送到停止位的中間位置時，TI由硬件置1,必須通過軟件清零。2位RB8 :模式2和3中接收到的第9位數(shù)據(jù)（很少用）， 模式1用來接收停止位。3位TB8 :模式2和3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)（很少用）。4位REN :使能串行接收。由軟件置位使能接收，軟件 清零則禁止接收。5位SM2 :多機通信控制位（極少用），模式1直接清零。6位SM1和7位SM0 :這兩位共同決定了串口通信的模式0模式3共4種模式。我們最常用的就是模式1,也就是SM0=0 , SM仁1，下 邊我們重點就講模式1,其它模式從略。對于串口的四種模式，模式1是最常用的，就是我們前

17、邊提到的1位起始位，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。下面我們 就詳細介紹模式1的工作細節(jié)和使用方法，至于其它3種模式與此也是大同小異，真正遇到需要使用的時候大家再去查 閱相關資料就行了。在我們使用10 口模擬串口通信的時候，串口的波特率 是使用定時器 TO的中斷體現(xiàn)出來的。在硬件串口模塊中， 有一個專門的波特率發(fā)生器用來控制發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的速 度。對于STC89C52單片機來講，這個波特率發(fā)生器只能由 定時器T1或定時器T2產(chǎn)生，而不能由定時器 TO產(chǎn)生，這 和我們模擬的通信是完全不同的概念。如果用定時器 2,需要配置額外的寄存器，默認是使用 定時器1的，我們本章內(nèi)容主要就使用定時器T1作為波特率發(fā)生

18、器來講解，方式 1下的波特率發(fā)生器必須使用定時器 T1的模式2,也就是自動重裝載模式，定時器的重載值計算 公式為：TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 /12 /2/16 / 波特率和波特率有關的還有一個寄存器，是一個電源管理寄存 器PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果 寫PCON |= 0x80以后，計算公式就成了：TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 /12 /16 /波特率公式中數(shù)字的含義這里解釋一下，256是8位定時器的溢出值，也就是TL1的溢出值，晶振值在我們的開發(fā)板上就 是11059200，12是說1個機器周期等于12個時鐘周期，值 得關注的是這個16,

19、我們來重點說明。在 10 口模擬串口通 信接收數(shù)據(jù)的時候，采集的是這一位數(shù)據(jù)的中間位置，而實 際上串口模塊比我們模擬的要復雜和精確一些。他采取的方 式是把一位信號采集 16次，其中第7、& 9次取出來，這 三次中其中兩次如果是高電平，那么就認定這一位數(shù)據(jù)是1，如果兩次是低電平，那么就認定這一位是0，這樣一旦受到意外干擾讀錯一次數(shù)據(jù)，也依然可以保證最終數(shù)據(jù)的正確 性。串口通信的發(fā)送和接收電路在物理上有2個名字相同的SBUF寄存器，它們的地址也都是0x99，但是一個用來做發(fā)送緩沖，一個用來做接收緩沖。意思就是說，有2個房間，兩個房間的門牌號是一樣的，其中一個只出人不進人，另外 一個只進人不

20、出人，這樣的話，我們就可以實現(xiàn)UART的全雙工通信，相互之間不會產(chǎn)生干擾。但是在邏輯上呢，我們 每次只操作 SBUF，單片機會自動根據(jù)對它執(zhí)行的是讀”還是 寫”操作來選擇是接收 SBUF還是發(fā)送SBUF，后邊通過 程序，我們就會徹底了解這個問題。UART串口程序：一般情況下，我們編寫串口通信程序的基本步驟如下所示:1、配置串口為模式1。2、配置定時器T1為模式2,即自動重裝模式。3、根據(jù)波特率計算 TH1和TL1的初值，如果有需要可 以使用PCON進行波特率加倍。4、打開定時器控制寄存器 TR1，讓定時器跑起來。這里還要特別注意一下，就是在使用 T1做波特率發(fā)生器的時候，千萬不要再使能 T1的

21、中斷了。我們先來看一下由10 口模擬串口通信直接改為使用硬件UART模塊時的程序代碼，看看程序是不是簡單了很多， 因為大部分的工作硬件模塊都替我們做了。程序功能和I0口模擬的是完全一樣的。通信實例與ASCLL碼先拋開我們使用的漢字不談，那么我們常用的字符就包含了09的數(shù)字、AZ/az的字母、還有各種標點符號等。那么在單片機系統(tǒng)里面我們怎么來表示 它 們 呢？ASCII碼（AmericanStandardCodeforlnformationlnterchange ,即美國信 息互換標準代碼）可以完成這個使命：我們知道，在單片機 中一個字節(jié)的數(shù)據(jù)可以有0255共256個值，我們?nèi)∑渲械?127共1

22、28個值賦予了它另外一層涵義我們用字符格式發(fā)送一個小寫的a,返回一個十六進制的0x61 ,數(shù)碼管上顯示的也是 61, ASCII碼表里字符a對應 十進制是97,等于十六進制的 0x61 ;我們再用字符格式發(fā) 送一個數(shù)字1,返回一個十六進制的 0x31，數(shù)碼管上顯示的 也是31, ASCII表里字符1對應的十進制是 49,等于十六進 制的0x31。這下大家就該清楚了：所謂的十六進制發(fā)送和十六進制接收，都是按字節(jié)數(shù)據(jù)的真實值進行的；而字符格式 發(fā)送和字符格式接收，是按ASCII碼表中字符形式進行的，但它實際上最終傳輸?shù)倪€是一個字節(jié)數(shù)據(jù)。這個表格，當然 不需要大家去記住，理解它，用的時候過來查就行了

23、。51單片機串口通信實例（字符串接收和發(fā)送）#includereg52.h/串口通信協(xié)議/*客戶端數(shù)據(jù)包格式解釋（長度恒為15）:例如：A01 fmq 01Off #A 數(shù)據(jù)包的開始標記（可以為A到Z,意味著數(shù)據(jù)包可以有26種）01-設備代號fmq_01Off_ 指令（長度恒為10）,指令的前 4個人字符是指令頭部，指令的后6個字符是指令尾部# 數(shù)據(jù)包的結束標記服務器端數(shù)據(jù)包格式解釋（長度恒為15）:例如：A02_SenT010250#A 數(shù)據(jù)包的開始標記（可以為 A到Z，意味著數(shù)據(jù)包可以有26種）02-設備代號SenT010250指令（長度恒為 10），指令的前4個人字符是指令頭部，指令的后

24、6個字符是指令尾部# 數(shù)據(jù)包的結束標記*/char buf_string 16 ; /定義數(shù)據(jù)包長度為 15個字符#define devicelD_1Bit 0' /用于串口通信時，定義本地設備ID的第1位#define devicelD_2Bit 2' /用于串口通信時，定義本地設備ID的第2位#define datapackage_headflag A'/ 用于串口通信時，定義數(shù)據(jù)包頭部的驗證標記char DataPackage_DS18B20 16=datapackage_headflag, devicelD_1Bit , devicelD_2Bit ,S , e

25、 , n , i, x, x, x, x, x, X , #' ;char HeartBeat 16 =datapackage_headflag , devicelD_1Bit , devicelD_2Bit , _ , B' e，a' t' X' ' X' ' X ' X ' X' ' X ' #' ;/ /*串口通信MCU:89C52RC 11.0592MHz11.0592MHz 0xd0 1200bps12MHz 0xcc 1200bps/11.0592MHz 0xfa 960

26、0bps0xf4 11.0592MHz 0xf3 12MHz 4800bps/均在SMOD=1的情況下（波特率倍增模式）*/串口發(fā)送函數(shù)void PutString （ unsigned char *TXStr）ES=0;while （ *TXStr ！ =0）SBUF=*TXStr;while (TI=0 );TI=0;TXSt 葉+;ES=1;串口接收函數(shù)bit ReceiveString ()char * RecStr=buf_string;char num=0;unsigned char count=0;loop :*RecStr=SBUF;count=0;RI=0;if ( num1

27、4) 數(shù)據(jù)包長度為15個字符，嘗試連續(xù)接 收15個字符num+;RecStr+;while (! RI)count+;if (count130) return 0; /接收數(shù)據(jù)等待延遲，等待時 間太久會導致CPU運算閑置，太短會出現(xiàn) 數(shù)據(jù)包被分割 默認 count=130goto loop;return 1;/定時器1用作波特率發(fā)生器void lnit_USART ()SCON=0x50; /串口方式1,使能接收TM0D|=0x20; /定時器1工作方式2(8位自動重裝初值)TMOD&二0x10;TH1=0xfa; /9600bpsTL1=0xfa;PCON|=0x80; SMOD=1

28、TR1=1;Tl=0;RI=O;PS=1; /提高串口中斷優(yōu)先級ES=1; /開啟串口中斷使能/比較指令頭部bit CompareCMD_head (char CMD_head )unsigned char CharNum;for ( CharNum=O;CharNum4;CharNum+)/指令長度為10個字符if ( ！( buf_string CharNum+4 =CMD_head:CharNum )return 0; /指令頭部匹配失敗return 1; /指令頭部匹配成功/比較指令尾部(start:從哪里開始比較，quality :比較 多少個字符，CMD_tail :要比較的字符串)bit CompareCMD_tail ( unsigned char start, unsigned charquality , char CMD_tail )unsigned char CharNum;for (CharNum=O;CharNum quality;CharNum+ )if ( !( buf_string start+CharNum =CMD_tail:CharNum )return 0;return 1;bit Deal_UART_RecData ()/處理串口接收數(shù)據(jù)包函數(shù)(成