51单片机之串口通信详解及代码示例

一、串口介绍

串口是一种应用十分广泛的通讯接口,串口成本低、容易使用、通信线路简单,可实现两个设备的互相通信。
单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信,极大的扩展了单片机的应用范围,增强了单片机系统的硬件实力。
51单片机内部自带UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用异步收发器),可实现单片机的串口通信。
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二、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要交叉连接
当只需单向的数据传输时,可以直接一根通信线
当电平标准不一致时,需要加电平转换芯片

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  • T——transmit(发送);
  • X——exchange(交换);
  • D——data(数据);
  • R——receive(接收);

三、51单片机的UART

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STC89C52有1个UART。
STC89C52的UART有四种工作模式:

  • 模式0:同步移位寄存器;
  • 模式1:8位UART,波特率可变(常用);
  • 模式2:9位UART,波特率固定;
  • 模式3:9位UART,波特率可变;

四、相关寄存器

相关寄存器如下:
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4.1 SCON:串口控制寄存器(可位寻址)

串行控制寄存器SCON用于选择串行通信的工作方式和某些控制功能。其格式如下:
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SM0、SM1:
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  • SM2:允许方式2或方式3多机通信控制位;
  • REN:允许/禁止穿行接收控制位。
    ○ 由软件置位REN,REN=1为允许串行接收状态,可启动串行接收器RxD,开始接收信息;
    ○ 软件复位REN,即REN=0,则禁止接收;
  • TB8:在方式2或方式3,它为要发送的第9位数据,按需要由软件置位或清0;
  • RB8:在方式2或方式3,是接收到的第9位数据;
  • TI: 发送中断请求标志位。在方式0,当串行发送数据第8位结束时,由内部硬件自动置位,即TI=1,向主机请求中断,响应中断后必须用软件复位,即TI=0。在其他方式中,则在停止位开始发送时由内部硬件置位,必须用软件复位;
  • RI:接收中断请求标志位。在方式0,当串行接收到第8位结束时由内部硬件自动置位RI=1,向主机请求中断,响应中断后必须用软件复位,即RI=0。在其他方式中,串行接收到停止位的中间时刻由内部硬件置位,即RI=1(例外情况见SM2说明),必须由软件复位,即RI=0。

0100 0000

4.2 PCON:电源控制寄存器(不可位寻址)

PCON : 电源控制寄存器 (不可位寻址):
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  • SMOD:波特率选择位
    ○ 当用软件置位SMOD,即SMOD=1,则使串行通信方式1、2、3的波特率加倍;
    ○ SMOD=0,则各工作方式的波特率不加倍。复位时SMOD=0。
  • SMOD0:帧错误检测有效控制位。
    ○ 当SMOD0=1,SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE(帧错误检测)功能;
    ○ 当SMOD0=0,SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能,和SM1一起指定串行口的工作方式。复位时SMOD0=0

4.3 TMOD

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五、串口通信操作流程

5.1 发送数据流程

初始化:
• Step1:配置串口控制寄存器SCON为0x40(或0x50);
• Step2:配置电源控制寄存器PCON(计算波特率);
• Step3:配置定时器T1(串口通信只能用定时器1,只能使用8位自动重装工作模式),启动定时器T1;
• Step4:禁止定时器T1中断;

代码如下:

void UartInit()		//4800bps@11.0592MHz
{
	PCON &= 0x7F;		//波特率不倍速
	SCON = 0x40;		//8位数据,仅用于发送
	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 = 0xFA;		//设定定时初值
	TH1 = 0xFA;		//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
}

【注】:串口通信初始化代码也可以从STC-ISP中获取:
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将代码复制过来并将AURX语句删除即可。

发送数据:

//串口发送一个字节数据
void UART_SendByte(unsigned char Byte){
	SBUF=Byte;
	//检测是否完成
	while(TI==0);
	TI=0;//TI复位
}

5.2 接收数据流程

初始化:
• Step1:配置串口控制寄存器SCON为0x50;
• Step2:配置电源控制寄存器PCON(计算波特率);
• Step3:配置定时器T1(串口通信只能用定时器1,只能使用8位自动重装工作模式),启动定时器T1;
• Step4:启动总中断和串口中断;

//串口初始化
void UartInit()		//4800bps@11.0592MHz
{
	PCON &= 0x7F;		//波特率不倍速
	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
	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 = 0xFA;		//设定定时初值
	TH1 = 0xFA;		//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
	//开启中断
	EA=1;	//总中断控制
	ES=1;	//串口中断
}

接收数据:

//串口发送一个字节数据
void UART_SendByte(unsigned char Byte){
	SBUF=Byte;
	//检测是否完成
	while(TI==0);
	TI=0;//TI复位
}

中断利用的是中断4(interrupt 4):
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代码如下:

//串口中断
void UART_Routine()    interrupt 4
{
	if(RI==1){
		P1=SBUF;//显示LED
		UART_SendByte(SBUF);//将数据发回电脑
		RI=0;//复位
	}
	
}

六、波特率计算

在这里插入图片描述
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计算方式:
0xFA——>250(每隔256溢出一次,即计数6溢出一次)
11.0592MHz的晶振在12T模式下每12/11.0592=1.08506944us记一次数
(12MHz的晶振在12T模式下每1s记一次数)
每隔6*1.08506944=6.51041666us溢出一次——>溢出频率1/6.51041666us=0.1536MHz
除以16除以2(不加倍)——>0.0048MHz——>4800Hz(波特率)

七、效果演示

Demo1:单片机向电脑每隔一秒发送递增数据
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Demo2:单片机接收电脑发送数据并点亮相应LED灯并将数据返还电脑端显示
发送数据f0(1111 0000):
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当赋值为0时LED灯点亮,即点亮D1-D3:
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Demo1:单片机向电脑每隔一秒发送递增数据如果没有看懂的话,完整代码可以参考:https://download.csdn.net/download/didi_ya/85186251
Demo2:单片机接收电脑发送数据并点亮相应LED灯并将数据返还电脑端显示如果没有看懂的话,完整代码可以参考:https://download.csdn.net/download/didi_ya/85186270


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