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基于江科大51单片机视频笔记——串口通信

智控硬件砖家 2025-03-22 00:01:02

简介基于江科大51单片机视频笔记——串口通信

串口介绍

串口介绍

串口就是一种传输数据用的接口，U盘，雷电接口等。就是可以和其他单片机或者外设传递数据的接口（交流接口）。

介绍陀螺仪与蓝牙串口

陀螺仪

能够测量X，Y，Z轴的角度和加速度等等，然后传递给单片机，可以通过串口来将数据传递给单片机。

蓝牙串口

可以通过相应的软件来进行传递数据，就是将手机要发送的数据传给蓝牙串口，后蓝牙串口传递给单片机。

串口简单电路

VCC：提供电压电源，驱动内部电路。

TXD：Transmit Data，发送数据线

RXD：Received Data，接受数据线

GND：电气参考点，信号传输。

不妨想一想，当设备之间需要传递一串字符数据，该怎么传输呢？电路又不能直接将字符传递过去，这就需要请出ASCII码了。我们知道，每个字母或数据都有一个对应的ASCII码。比如“a”的码为“97”，转化为二进制为“0110 0001”，这个二进制就代表“97”，这就为一个信号。

然而，如何将“0110 0001”发送出去呢？

这就需要介绍

电平标准

电压的计算就是VCC相对与GDN的电压，就是VCC-GND的电压，但GND一般为0。

而两线压差与上述差别不大，就是GND可能不一定为0.

拓展：VCC相对GND的电压是电路设计和分析中描述直流电源电压水平的一个参数，而两线压差则是描述两个不同电位点之间电压差的一个概念。

TTL电平与RS232电平的缺点：最大传输距离为13左右米。

RS485：可以传输1000米以上。

常见通信接口比较

全双工：相当于打电话，同时间双方可以同时通信（讲话），两线。

半双工：相当于对讲机，同时间双方只有一个可以通信（讲话），一线。

单工：相当于电视遥控器，无论任何时间都只能一方发送给另一方数据，一线。

异步，同步中的通信速率，可以比作讲话速度，就是双方必须保持相同的说话速度，否则可能听不懂，听不清。打个比方，甲方是1秒发一个数据，而乙方是0.5秒读一次数据，这样乙方永远读的是甲方数据的一半。

异步：就是在传递信息，通信过程前就将速度设置好（这个需要自己配置好）。

同步：就是给个时钟线，当这根线上有数据时就读取。

还有一个通俗讲解：异步就是给你个翻译本，自己翻译。同步就是我给你翻译。

51单片机中的UART

电路图

时序图

波特率：通信的速率，因为异步，所以需要自己设置。就是讲话的速度。

校验位：如图，9位数据格式中。比如发送数据“0110 0000”中的 1 有2个，为偶数，就会在发送一个“1”来表示数据位有偶数个1，这个位就叫做校验位。如果数据为“0110 0001”中的1有 3 个，为奇数个，就会在校验位发送一个“0”。

这有什么用呢？

打个比方，如果数据是：“0110 1000”，后校验位就是“0”。总的发送就为“0110 10000”。但中途有个信号异常，变为了0，比如变为了“0100 10000”，这时接受方在接受到最后的校验位时“0”，0代表这个数据1有奇数个，但此刻为偶数个，所以可以断定这个数据发送错了，可以选择不接受。

有人会问，如果突然有两个数，一个1 一个0 突变，那怎么样，这确实有可能，但概率极低，可以不计。也就是说，一般只有一个会变，因为两个都变化的概率极低。如果真的两个都变，那就只能接受了。

串口模式图

T1溢出率：它定义为定时器溢出一次所需的时间的倒数。例如，如果定时器每50秒溢出一次，则溢出率为1/50 = 20Hz。

T1控制的就是发送和接收的速率，就是一位一位读取8位数据的速率。

发送数据：先将8位的数据写入SBUF缓存寄存器中，在通过控制门发送（TXD）出去。

接收数据：将8位数据先通过移位寄存器一位一位地写入SBUF缓存寄存器中

读写操作：如果是a=SBUF，就是读操作。

如果是SBUF=a，就是写操作。

数据的接收和发送是自动执行的，就是当你写入数据到发送寄存器中时，系统自动帮你发送数据，并产生一个发送中断（transmit interrupt）。接收相同，你读数据到接收寄存器中时，系统自动帮你接收数据，并产生一个接收中断（receive interrupt）。

串口的中断系统与相关寄存器

数据手册中的寄存器讲解

SM0/FE:

SM0/FE是一个具有双重功能（就是有两个功能）寄存器位，其具体功能取决于PCON寄存器中的SMOD0位的设置。

当SMOD0=0时：
- SM0/FE（选择SM0）与SM1一起用来设置串口通信的工作模式。51单片机的串口可以工作在四种不同的模式下，这些模式通过SM0、SM1两位的组合来设置。具体来说，SM0和SM1可以组成四种状态（00、01、10、11），分别对应四种不同的串口工作模式。
当SMOD0=1时：
- SM0/FE（选择FE）用作帧错误（Frame Error）检测位。在串口通信过程中，如果出现无效的停止位，硬件会自动将SM0/FE位置“1”，表示检测到了帧错误。此时，该位必须由软件清零（就是自己写代码去清除）以恢复正常的通信状态。

SM1：

与SM0配套使用。详情看SM0/FE。

SM2：

一、SM2位的基本功能

SM2位是串行口控制寄存器SCON中的一个控制位，它主要用于控制多机通信的过程。在多机通信中，通常有一个主机和多个从机，主机需要向特定的从机发送数据，而从机需要能够识别出这些数据是发送给自己的。

二、SM2位在不同工作模式下的作用

方式0：在方式0下，SM2位必须为0，因为方式0不支持多机通信。
方式1：在方式1下，SM2位的作用相对较弱。如果SM2=1，只有接收到有效的停止位时，接收中断才会被激活。但方式1主要用于单机通信，因此SM2位的作用并不突出。
（重点）方式2和方式3：在方式2和方式3下，SM2位的作用非常重要。这两个方式支持多机通信。当SM2=1时，如果接收到的第9位数据（RB8）为0，则接收中断不会被激活，接收到的前8位数据会被丢弃。只有当接收到的第9位数据为1时，前8位数据才会被送入接收缓冲器SBUF，并置位接收中断标志位RI，产生中断请求。这意味着在多机通信中，主机可以通过设置第9位数据为1来发送地址帧，从机则根据RB8的值来判断是否是发送给自己的数据。

REN：

（R：read读数据。EN：enable使能）

REN位是一个接收允许控制位，用于控制单片机是否允许通过串口接收数据。当REN位被置1时，单片机允许通过串口接收数据；当REN位被置0时，单片机禁止通过串口接收数据。

TB8：

（T：发送。B：Bit。8：第8位）发送数据位的第8+1（因为0开始）位

TB8的功能

数据帧的第9位：在串口通信的方式2和方式3中，TB8作为要发送数据的第9位被包含在内。这意味着除了常规的8位数据位之外，还可以发送一个额外的位，即第9位。
奇偶校验位：在许多通信协议中，TB8可以用作奇偶校验位，以增加数据传输的可靠性。
多机通信中的标志位：在多机通信中，TB8可以作为发送地址帧或数据帧的标志位。例如，TB8=1可能表示发送的是地址帧，而TB8=0可能表示发送的是数据帧。这样，从机就可以根据TB8的值来判断接收到的数据是地址还是数据，从而做出相应的处理。

RB8：

RB8的功能

接收数据的第9位：在串口通信的方式2和方式3中，当单片机接收一帧数据时，会把数据帧中的第9位放到RB8中。这意味着除了常规的8位数据位之外，还可以接收一个额外的位，即第9位。
奇偶校验位或地址/数据标识位：RB8可以用作约定的奇/偶校验位，或者作为约定的地址/数据标识位。例如，在多机通信中，主机发送的地址帧的第9位可能设置为1，而从机在接收到数据后，可以根据RB8的值来判断该数据帧是地址帧还是数据帧。

TI：

TI的功能

发送完成指示：当51单片机通过串口发送完一帧数据时，硬件会自动将TI置1，表示发送操作已完成。
中断请求：TI置1后，可以向CPU申请中断，通知CPU发送操作已完成，CPU可以响应此中断来处理发送完成后的相关事务。

RI：

RI的功能

接收完成指示：当51单片机通过串口成功接收一帧数据时，硬件会自动将RI置1，表示接收操作已完成。
中断请求：RI置1后，可以向CPU申请中断，通知CPU接收操作已完成，CPU可以响应此中断来处理接收到的数据。

SMOD：

就是这个地方

SMOD==0时，开关向上，就是相比于/2，就是不加倍。

SMOD==1时，开关向上，就是相比于/2，就是加倍。

SMOD0：

SMOD0==0时，SM0/EF选择的就是SM0，控制串口工作方式。

SMOD0==1时，SM0/EF选择的就是EF，帧错误检测。

配置串口发送代码

根据下图配置

先配置SCON

SM0/FE（选择SM0）与SM1一起用来设置串口通信的工作模式。51单片机的串口可以工作在四种不同的模式下，这些模式通过SM0、SM1两位的组合来设置。具体来说，SM0和SM1可以组成四种状态（00、01、10、11），分别对应四种不同的串口工作模式。

配置SBUF

不需要。

配置PCON

待定。。。。

配置中断相关寄存器

Slave Address Mask是从设备地址掩码，用于在I2C通信中筛选或匹配特定的从设备地址。

发送数据端不需要配置中断，所以这里没有中断。

定时器控制波特率

还需要定时器配置代码，用于

插入小插曲，之前讲了模式1——16位定时器。

这次介绍一下模式2——8位自动重装载值模式

16位定式器就是两个8位寄存器相接，但有个缺点：进入中断后需要给寄存器赋初值，要不然就是从0开始计时。并且赋初值这个代码会浪费时间，所以定时精度会降低。

然而模式1可以避免这个问题

TL1占8位，用作计数器寄存器。
TH1同样占8位，但用作预装载寄存器。

就是CNT是8位寄存器，就是TL1，自动从装载寄存器也是8位，就是TH1，这样在CNT计数器积满中断后，自动从装载寄存器中的值直接赋予给CNT。

如果没有自动从装载寄存器，那么在CNT计数器积满中断后，CNT就会在次从0开始计时，如果我们想让他从200开始计时，就需要手动写代码给CNT赋初值。但现在不用这么麻烦，自动自动从装载寄存器就是在CNT计数器积满中断后，自动将寄存器中的值直接赋予给CNT，省去了手动赋初值的时间。

代码

可以用stc_isp来配置

按如图设置

但需要注意的是

STC89C52在stc_isp波特率发生器中只有定时器1（8位自动重装载）这个选项

定时器时钟只有12T可选

波特率误差，误差太大不能通信，如果选择11.0592就没有，但不能随便选，这需要看你单片机板上的晶振频率（频率就在晶振上写着）。

如何减少误差

波特率选择4800，选择波特率倍数。

SBUF控制发送

while(TI==0)是判断数据是否发送完成，就是防止连续发送数据出错。

就是比如不断发送数据中，如果SBUF在接收8位数据，比如0110 0001中，还没接收完成，只接收了 0001，后四位，就开始发送，这样就会出错。

后 TI=0 软件手动清零。因为之前说过

发送数据

但如果这样

系统就会出错

原因

波特率误差影响

解决方法

配置串口接收代码

配置SCON

REN位，R：接收。EN：enable使能。就是接收使能端。

配置SBUF

不需要。

配置PCON

配置中断通道相关寄存器

配置中断函数

先认识串口的中断函数

P2==~SBUF：如果SBUF接收的是0x66（0110 0110），那么P2=0110 0110，如果直接P2=SBUF（没有“~”），那么因为LED（LED属于P2寄存器调控）为低电平驱动。就会1，4，5，8位亮。这不好看。为了使LED亮代表“1”，我们“~”。

UART_SendByte()：发送数据。

RI=0：手动清零标志位。

实验现象

错误示范

就是UART_SendByte()函数不能同时在main函数与中断函数中调用。会冲突。

就是当此刻电脑发送数据给单片机，此时就会调用接收中断函数UART_Routine() interrupt 4，从而调用UART_SendByte()函数，但我们会发现，其实main（）中while循环一直在调用UART_SendByte()函数，这就引起了同时间调用UART_SendByte()函数两次的情况。