1、實驗七UART串口通信一、實驗?zāi)康?. 能夠理解UART串口通信的根本原理和通信過程。2. 學(xué)會通過配置存放器，實現(xiàn)串口通信的根本操作過程。二、實驗內(nèi)容通過對單片機編程來實現(xiàn)UART串口通信的根本過程，通過串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機，并在數(shù)碼管上顯示出來。三、實驗參考原理3.1 串行通信的初步認識通信按照根本類型可以分為并行通信和串行通信。并行通信時數(shù)據(jù)的各個位同時傳送，可以實現(xiàn)字節(jié)為單位通信，但是因為通信線多占用資源多，本錢高。比如我們前邊用到的 P0 = Oxfe; 次給P0的8個10 口分別賦值，同時進展信號輸出，類似于有8個車道同時可以過去8輛車一樣，這種形式就是并行的，我們習(xí)慣上還

2、稱 PO、P1、P2和P3為51單片機的4組并行總線。而串行通信，就如同一條車道，一次只能一輛車過去，如果一個0xfe這樣一個字節(jié)的數(shù)據(jù)要傳輸過去的話，假設(shè)低位在前高位在后，那發(fā)送方式就是0-1-1-1-1-1-1-1-1，位一位的發(fā)送出去的，要發(fā)送 8次才能發(fā)送完一個字節(jié)。在STC89C52上，有兩個引腳，是專門用來做 UART串口通信的，一個是一個是，還分 別有另外的名字叫做 RXD和TXD,這兩個引腳是專門用來進展 UART通信的，如果我們兩個 單片機進展UART串口通信的話，那根本的演示圖如圖 3-1所示。單片till (5V)單片機2(5V)TXDLRXDRXDTXDGNDGND圖3

3、-1單片機之間UART通信示意圖圖中，GND表示單片機系統(tǒng)電源的參考地，TXD是串行發(fā)送引腳，RXD是串行接收引腳。兩個單片機之間要通信，首先電源基準得一樣，所以我們要把兩個單片機的GND相互連起來，然后單片機1的TXD引腳接到單片機2的RXD引腳上，即此路為單片機 1發(fā)送而單片 機2接收的通道，單片機 1的RXD引腳接到單片機2的TXD引腳上，即此路為單片機 2發(fā) 送而單片機2接收的通道。這個示意圖就表現(xiàn)了兩個單片機各自收發(fā)信息的過程。當(dāng)單片機1想給單片機2發(fā)送數(shù)據(jù)時，比如發(fā)送一個0xE4這個數(shù)據(jù)，用二進制形式表示就是0b11100100，在UART通信過程中，是低位先發(fā)，高位后發(fā)的原如此，

4、那么就讓 TXD首先拉低電平，持續(xù)一段時間，發(fā)送一位0,然后繼續(xù)拉低，再持續(xù)一段時間，又發(fā)送了一位0，然后拉高電平，持續(xù)一段時間，發(fā)了一位1一直到把8位二進制數(shù)字0b11100100全部發(fā)送完畢。這里就牽扯到了一個問題，就是持續(xù)的這“一段時間"到底是 多久？從這里引入我們通信中的另外重要概念一一波特率，也叫做比特率。波特率就是發(fā)送一位二進制數(shù)據(jù)的速率，習(xí)慣上用baud表示，即我們發(fā)送一位數(shù)據(jù)的持續(xù)時間=1/baud。在通信之前，單片機1和單片機2首先都要明確的約定好他們之間的通 信波特率，必須保持一致，收發(fā)雙方才能正常實現(xiàn)通信，這一點大家一定要記清楚。約定好速度后，我們還要考慮第二個

5、問題，數(shù)據(jù)什么時候是起始，什么時候是完畢呢？ 不管是提前接收還是延遲接收，數(shù)據(jù)都會接收錯誤。在UART串行通信的時候，一個字節(jié)是8位，規(guī)定當(dāng)沒有通信信號發(fā)生時，通信線路保持高電平，當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)一位0表示起始位，然后發(fā)送 8位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位是先低后高的順序，數(shù)據(jù)位發(fā)完后再發(fā)一位1表示停止位。這樣本來要發(fā)送一個字節(jié)8位數(shù)據(jù)，而實際上我們一共發(fā)送了10位，多出來的兩位其中一位起始位，一位停止位。而接收方呢，原本一直保持的高電平，一旦檢測到來了一位低電平，那就知道了要開始準備接收數(shù)據(jù)了，接收到8位數(shù)據(jù)位后，然后檢測到停止位，再準備下一個數(shù)據(jù)的接收了。我們圖示看一下，如圖3-2所示。，社位廳0

6、 DO DI D2D4 D5 D6 D7 1圖3-2串口數(shù)據(jù)發(fā)送示意圖圖3-2串口數(shù)據(jù)發(fā)送示意圖，實際上是一個時域示意圖，就是信號隨著時間變化的對應(yīng)關(guān)系。比如在單片機的發(fā)送引腳上，左邊的是先發(fā)生的， 右邊的是后發(fā)生的， 數(shù)據(jù)位的切換時間就是波特率分之一秒 。3.2 串行RS232通信接口了解在臺式電腦上，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(guān)聯(lián)，但是由于現(xiàn)在筆記本電腦都不帶這種9針串口了，所以和單片機通信越來越趨向于使用USB虛擬的串口和單片機通信，因此這一節(jié)的內(nèi)容作為了解內(nèi)容。先來認識一下這個標準串口，串口分為9針的和9孔的，習(xí)慣上也稱之為公頭和母頭，如

7、圖3-3所示。圖3-3 RS232通信接口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、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） ； 8、去除發(fā)送（CTS） ； 9、振鈴提示（RI）。232串口和單片機進展通信，只 需要關(guān)心其中的 2腳（RXD），3腳（TXD）和5腳（GND）。雖然這三個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直接通信，這是因為，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

8、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到-15V代表是1，3-15V之間的電壓代表是 0。低電平代表的是 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232串口是不能和單片機直接連接的，需要用一個轉(zhuǎn)換芯片MAX232來完成，如圖3-4所示。圖3-4 MAX232轉(zhuǎn)接圖這個芯片就可以實現(xiàn)把標準RS232串口電平轉(zhuǎn)換成單片機能夠識別和承受的UART 0V/5V電平標準。也就是說其實 RS232串口和UART串口，他們的協(xié)議類型是一樣， 只是電平不同而已，而MAX232這個芯片起到的就是中間人的作用，他把UART電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，也把RS23

9、2電平轉(zhuǎn)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。3.3 USB轉(zhuǎn)串口通信掌握隨著技術(shù)的開展，工業(yè)上還有RS232串口通信的大量使用，但是商業(yè)技術(shù)的應(yīng)用上，已經(jīng)慢慢的使用 USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)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如何辦呢？我們只需要在我們電路上添加一個USB轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換， 在我們的開發(fā)板上， 我們使用的是 CH340T這個芯片， 如圖3-5所示。D-D'nr-SIXL-JlLZ3R3IllvGNDa:hl

10、41433 '4、JD"6DM7ll).：uF8|吃-:CKONOS-:ACL'f-11 if J l-F 、TX> PXDN7 : VIRTSs 1 UDILTR- mDCD- 1 GKDRJr -> XI苗Rr |:xol陽PTO 12亠 diw-rxT RXD亦門ly螢FpVSBO J4二 W RX丄-Ej 56*CAKTCl：圖3-5 USB轉(zhuǎn)串口電路左側(cè)J2是一組跳線的組合，大家可以在我們板子左下角的跳線位置找到，我們是把3腳和5腳、4腳和6腳通過跳線帽短接到一起。右側(cè)的CH340T這個電路很簡單，把電源電路，晶振電路接好后，6腳和7腳的DP和D

11、M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。3.5 UART串口通信的根本應(yīng)用3.5.1 通信的三種根本類型通信通常可以分為單工、半雙工、全雙工通信。單工就是指只允許一方向另外一方傳送信息，而另一方不能回傳信息。比如我們的電視遙控器，我們的收音機廣播等，都是單工通信技術(shù)。半雙工是指數(shù)據(jù)可以在雙方之間相互傳播，但是同一時刻只能其中一方發(fā)給另外一方， 比如我們的對講機就是典型的半雙工。全雙工通信就發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能夠承受數(shù)據(jù)，兩者同步進展，就如同我們的一樣,我們說話的同時也可以聽到對方的聲音。3.5.2 UART模 塊介紹51單片機的UART串行

12、口的結(jié)構(gòu)由串行口控制存放器SCON、發(fā)送和接收電路三局部構(gòu)成，先來了解一下串口控制存放器SCON。表3-1 SCON-串行控制存放器的位分配（地址：98H）可位尋址；復(fù)位值：0x00;復(fù)位源：任何復(fù)位位76543210符號SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI表3-2 SCON-串行控制存放器的位描述位符號描述7SM0這兩位共同決疋了串口通信的模式 0到模式3共4種模式。我們最 常用的就是模式1,也就是SM0=0, SM1=1，下邊我們重點就講 模式1，其他模式從略。6SM15SM2多機通信控制位（很少用），模式1直接清零。4REN使能串行接收。由軟件置位使能接收，軟件清零如此禁止接收3

13、TB8模式2和3中將要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)（很少用）2RB8模式2和3中接收第9位數(shù)據(jù)（很少用），模式1用來接收停止位1TI發(fā)送中斷標志位，模式1下，在數(shù)據(jù)位最后一位發(fā)送完畢，開始發(fā) 送停止位時由硬件自動置1,必須通過軟件清零。也就是說，再發(fā) 送前我們清零TI，發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送到停止位時，TI硬件置1, 方便我們CPU查詢發(fā)送完畢狀態(tài)。0RI接收中斷標志位，當(dāng)接收電路接收到停止位的中間位置時， RI由 硬件置1。也就是說，接收數(shù)據(jù)之前我們必須清零 RI，承受數(shù)據(jù)到 停止位的中間位置時，RI硬件置1,方便我們CPU查詢到接收狀 態(tài)。對于串口的四種模式，模式1是最常用的，就是前邊提到的1位起始位，8

14、位數(shù)據(jù)位和1位完畢位。在實際串口模塊中，有一個專門的波特率發(fā)生器用來控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度和讀取接收數(shù)據(jù)的速度。對于STC89C52RC單片機來講，這個波特率發(fā)生器只能由定時器1或定時器2產(chǎn)生，而不能由定時器 0產(chǎn)生，這是物理結(jié)構(gòu)決定的。如果用定時器2,需要配置額外的存放器，所以默認是使用定時器 1作為波特率發(fā)生器， 方式1下的波特率發(fā)生器必須使用定時器 1的模式2,也就是自動重裝載模式， 定時器的初 值具體的計算公式是：TH1 = TL1 = 256- 晶振值 /12/2/16/ 波特率和波特率有關(guān)的還有一個存放器，是一個電源管理存放器PCON他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果寫PCON

15、 |=0x80以后，計算公式就成了TH1 = TL1 = 256-晶振值 /12/16/ 波特率數(shù)字的含義這里解釋一下，256是8位數(shù)據(jù)的溢出值， 也就是TL1的溢出值，11059200就是我們板子上單片機的晶振，12是說1個機器周期是12個時鐘周期，值得關(guān)注的是這個16,串口模塊采取的方式是把一位信號采集16次，其中第7、8、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，我們主要了解一下他們在物理上有2個名字一樣的SBUF存放器，他們的地址

16、也都是99H，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。3.5.3 UART串 口程序一般情況下，編寫串口通信程序的根本步驟如下所示：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、 確定波特率大小，計算定時器TH1和TL1的初

17、值，如果有需要可以使用PCON進展波特率加倍。4、 打開定時器控制存放器TR1，讓定時器跑起來。這個地方還要特別注意一下，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的中斷了。串口中斷，來看一下程序，結(jié)果如圖3-6，例如發(fā)送0x12，返回0x13#include <reg52.h>void ConfigUART(unsigned int baud);void main ()EA = 1; /打開總中斷ConfigUART(9600); / 配置波特率為 9600while(1);/*串口配置函數(shù)，baud為通信波特率*/void ConfigUART(unsigned i

18、nt baud)SCON = 0x50; /配置串口為模式 1TMOD &= 0x0F; /清零T1的控制位TMOD |= 0x20; / 配置 T1 為模式 2TH1 = 256 - (11059200/12/32)/ baud; / 計算 T1 重載值TL1 = TH1; /初值等于重載值ET1 = 0;/禁止T1中斷TR1 = 1;/ 啟動 T1ES = 1; /打開串口中斷void lnterruptUART() interrupt 4if (RI) /接收到字節(jié)RI = 0; /手動清零接收中斷標志位SBUF = SBUF + 1;/接收數(shù)據(jù)+1發(fā)回去，左邊為發(fā)送 SBUF，

19、右邊為接收 SBUFif仃I) /字節(jié)發(fā)送完畢TI = 0; /手動清零發(fā)送中斷標志位應(yīng) 5TC-ISPKShnp7/www.MCL-r/ 戎豐立斧 133228019Q球寺豐:蟻訂£ qit：4,BOIL/0l： Select MU'J 'lypt ilii 單片 U閡 MWV T艸 a Kncry I詡知麗贏彘 OTO = 1FFT引°p彳卿E Qpg F_h /打”交蘆f文件范If丙未用區(qū)譙埴00 起脂地komj慣皺;)no uluu/uEh F打采立(4前書囁:中Io IF IJ i僅伴前黑曲f:mu r»rtpyw Eim4

20、/瞬串冇口.耳就攔年眸二I Q血高層特車；1L5SOO二請荀礙戟處鋅爭躅岳愆特率-阿SUPl/Bl!'翻 申：倔"ubh 切* / JSiyjit6TZKIS1J/ 焊憎盒丘和JLA曙弟吐廣1/2輕上炸 珀1 $皿劃需愜二耗1*= 下IE瀆顒£可迪血Ffishn.o/pi.i t=與m無笑廣客于am才町應(yīng)喪也白或 內(nèi)旬風(fēng)川墮砸：廣禁止誼彳 擰 軸訴問救曲產(chǎn)燈載用戶筋程SI橢輪卿山區(qū)-曲雋 r ns ff mwp耐f酣 wm.LRi 就T舷齟而r上電豆i：鈿胡咖山厲下St廠毎墀下我祈重莊調(diào)孔已討耐虧區(qū)甘"牛尸停調(diào)I；：筆用Frafrgj- QK ri fy

21、OR er&z< tine:<T LI護 iU> t III Eficwpi OEC/站h計執(zhí)而1： 串皿孚I工輙件IXi勞字希與趙一1zrJ廣占r5廠erir3r9r旦TLIr12IF廠rrL5r產(chǎn)計佈鋼詁您收綾沖區(qū)檸+y胡曲品示 r字苻辭貢是看fell!?.竝玉丟鋰fe船Ar 、StJsi奸虹尖曲出LI耀收廿撒aSfeHtU.bSS14S!件用說閉I敗華+嘶坯丄斗：右工辻竺"T WJEFlj刊T矢圖3-5串口調(diào)試助手界面四實驗參考源程序/*單片機串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，用到了T0定時1ms刷新數(shù)碼管，串口中斷，與T1作為波特率發(fā)生器*/#i

22、n elude <reg52.h>sbit ADDR3 = P1A3;sbit ENLED = P"4;un sig ned char code LedChar = /數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表OxCO, 0xF9, 0xA4, OxBO, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1,0x86, 0x8E ；數(shù)碼管+獨立LED顯示緩沖區(qū)un sig ned char LedBuff7 = /0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF ;重載值的高字節(jié)重載值的低字節(jié)串口接

23、收到的字節(jié)un sig ned char T0RH = 0; /T0un sig ned char T0RL = 0; /T0un sig ned char RxdByte = 0; / void Con figTimer0 (un sig ned int ms);void Con figUART( un sig ned int baud);void mai n()EA = 1;/使能總中斷ENLED = 0; / 使能38譯碼器U3,使能導(dǎo)通6個數(shù)碼管和8個獨立LEDADDR3 = 1;ConfigTimer0(1); /配置 T0 定時 1msCo nfigUART(9600); /配置波

24、特率為 9600while (1) /將接收字節(jié)在數(shù)碼管上以十六進制形式顯示出來LedBuff0 = LedCharRxdByte & 0x0F;LedBuff1 = LedCharRxdByte >> 4;/*配置并啟動TO, ms-TO定時時間*/void Con figTimerO (un sig ned int ms)un sig ned long tmp; /臨時變量tmp = 11059200 / 12;/tmp = (tmp * ms) / 1000; /tmp = 65536 - tmp; /tmp = tmp + 18;/T0RH = (unsigned

25、char)(tmp>>8); /T0RL = (un sig ned char)tmp;TMOD &= 0xF0; /TMOD |= 0x01; /TH0 = T0RH; /TL0 = T0RL;ET0 = 1;/TR0 = 1;/定時器計數(shù)頻率計算所需的計數(shù)值計算定時器重載值補償中斷響應(yīng)延時造成的誤差定時器重載值拆分為上下字節(jié)清零T0的控制位配置T0為模式1加載T0重載值使能T0中斷啟動T0/*串口配置函數(shù)，baud-通信波特率*/void Co nfigUART(u nsig ned int baud)SCON = 0x50; /配置串口為模式 1TMOD &=

26、 0x0F; / 清零 T1 的控制位計算T1重載值TMOD |= 0x20; / 配置 T1 為模式 2TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud; /TL1 =TH1; /初值等于重載值ET1 :=0; /禁止T1中斷ES =:1; /使能串口中斷TR1 :=1; /啟動T1/* LED動態(tài)掃描函數(shù)，需在定時中斷中調(diào)用*/ void LedSca n()static un sig ned char i = 0; /P0 = 0xFF;/P1 = (P1 & 0xF8) | i; /P0 = LedBuffi; /if (i < 6)/i+;else動態(tài)

27、掃描索引關(guān)閉所有段選位，顯示消隱，解決數(shù)碼管顯示鬼影問題位選索引值賦值到 P1 口低3位緩沖區(qū)中索引位置的數(shù)據(jù)送到P0 口索引遞增循環(huán)，遍歷整個緩沖區(qū)i = 0;/* T0中斷服務(wù)函數(shù)，完成 LED掃描*/ void InterruptTimer0() interrupt 1TH0 = T0RH; /重新加載重載值TL0 = T0RL;LedSca n(); /LED掃描顯示/* UART中斷服務(wù)函數(shù)*/void In terruptUART() in terrupt 4if (RI) /接收到字節(jié)RI = 0; /手動清零接收中斷標志位RxdByte = SBUF; /SBUF = RxdByte; /接收到的數(shù)據(jù)保存到接收字節(jié)變量中接收到的數(shù)據(jù)又直接發(fā)回，叫作-"echo"，用以提示用戶輸入的信息是否已正確接收if (TI) /字節(jié)發(fā)送完畢TI = 0; /手動清零發(fā)送中斷標志位五附錄在串口調(diào)試助手發(fā)送選項和接收選項處，還有個“字符格式發(fā)送'和“字符格式顯示，即ASCII 碼AmericanStandardCode for Information Interchange，即美國信息互換標準代碼可以完成這個使命：在單片機中一個字節(jié)的數(shù)據(jù)可以有02