第一百二十七节： 单片机串口接收数据的机制。
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【127.1 单片机串口接收数据的底层时序。】
上一节“单线的肢体接触通信”其实是为本节打基础的，通信线只用了一根“数据”线，没有用到“时钟”线，属于异步通信方式，还分析时序中的“1个开始位，8个数据位，1个停止位”等细节内容，这些时序其实就是本节单片机串口通信的底层时序，一模一样。继续上一节的内容（很有必要重新温习一次上一节的异步通信原理），继续沿用甲乙双方靠各自“心跳”的节拍来异步通信的例子，本节单片机串口接收数据是代表乙方，我把乙方串口接收数据的过程翻译成C语言，代码如下：
sbit USART_RX=P3^0; //用来接收串口数据的数据线
unsigned char Gu8ReceiveData=0; //串口接收到的8位数据
unsigned char i; //连续接收8位数据的循环变量
void main()
{
Gu8ReceiveData=0;
while(1)
{
USART_RX=1; //51单片机的规则，每次读取数据前都执行一条“置1”指令
Delay(); //乙的心跳间隔时间，待机时，每一个节拍监控一次数据线的状态
if(0==USART_RX) //如果监控到甲发送的“开始位0”，从下一个节拍开始连续接收8位数据
{
for(i=0;i<8;i++) //连续循环接收8个“数据位”
{
USART_RX=1; //51单片机的规则，每次读取数据前都执行一条“置1”指令
Delay(); //乙的心跳间隔时间，每个节拍判断读取一位数据
if(1==USART_RX) //判断读取数据线上的状态
{
Gu8ReceiveData=Gu8ReceiveData | 0x80;
}
else
{
Gu8ReceiveData=Gu8ReceiveData & 0x7F;
}
Gu8ReceiveData=Gu8ReceiveData>>1; //右移一位，为即将接收下一位做准备
}
Delay(); //乙的心跳间隔时间，这里额外增加一个节拍，作为“停止位”的开销。
}
}
}
【127.2 单片机内置的“硬件串口模块”。】
很显然，上面【127.1】分享的时序代码会占用单片机大量的时间，单片机每接收一个字节的数据都会被束缚一次手脚，耽误了其它大事，怎么办？为了把单片机从底层繁琐的时序中解放出来，单片机内置了很多“硬货”，俗称“硬件资源”，“硬件串口模块”便是其中之一。何谓“硬件”，单片机内置的“硬件”可以看作是另外一个独立运行的“核”，这个“核”可以看作是另外一个CPU，可以独立工作，相当于单片机主人在某个领域的一个专用助手。单片机只需要跟这个“核”通信发指令就可以，具体的执行过程由这个“核”独立去完成，这个“核”完成工作之后再把处理结果反馈给单片机。那么，单片机是如何跟这些内置“硬件资源”通信呢?其实它们的通信接口是“寄存器”，不管是单片机给“硬件资源”发送指令，还是单片机从“硬件资源”里读取所需要的结果数据，都是通过“寄存器”来完成。
【127.3 单片机与硬件串口通信的接口“寄存器”。】
硬件串口的寄存器主要涉及：串口的方式选择，波特率，允许串口接收数据，中断的优先级，中断的允许，等等。比如，51单片机的串口是兼容很多种方式的，可以同步通信，也可以异步通信，异步通信还可以兼容10位（1开始位、8数据位、1停止），11位（1开始位、8数据位、1校验位、1停止），等等，这些就是多选题，我们要在某个特定的寄存器里面做出选择。波特率，是用来衡量通信的速度，比如波特率是9600，就意味着1秒钟能收发9600个二进制的位数据，也就是1秒钟能产生9600个时钟节拍，波特率越高通信的速度越快，这些也需要我们往相关的寄存器填入相应的数据，来告知“硬件串口”以哪种波特率进行通信。
那么，对于初学者，寄存器如何配置呢？主要有这些思路：查看芯片手册（datasheet），产看C编译器的手册，查看芯片相关的C语言的头文件(比如51单片机的REG.H)，在网上参考别人已经配置好的代码，或者购买相关芯片的学习板时所配套的程序例程。
本节用到的串口，是10位数据长度的异步通信，波特率9600，相关配置的代码如下：
unsigned char u8_TMOD_Temp=0;
//串口的波特率与内置的定时器1直接相关，因此配置此定时器1就等效于配置波特率。
u8_TMOD_Temp=0x20; //即将把定时器1设置为：工作方式2，初值自动重装的8位定时器。
TMOD=TMOD&0x0f; /此寄存器低4位是跟定时器0相关，高4位是跟定时器1相关。先清零定时器1。
TMOD=TMOD|u8_TMOD_Temp; //往高4位的定时器1填入0x2，低4位的定时器0保持不变。
TH1=256-(11059200L/12/32/9600); //波特率为9600。11059200代表晶振11.0592MHz，
TL1=256-(11059200L/12/32/9600); //L代表long的长类型数据。根据芯片手册提供的计算公式。
TR1=1; //开启定时器1
SM0=0;
SM1=1; //SM0与SM1的设置：选择10位异步通信，波特率根据定时器1可变
REN=1; //允许串口接收数据
//为了保证串口中断接收的数据不丢失，必须设置IP = 0x10，相当于把串口中断设置为最高优先级，
//这个时候，串口中断可以打断任何其他的中断服务函数，实现嵌套的功能，
IP =0x10; //把串口中断设置为最高优先级，必须的。
ES=1; //允许串口中断
EA=1; //允许总中断
【127.4 硬件串口的中断函数。】
硬件串口接收完一个字节的数据之后，会及时产生一个串口中断去通知单片机接收数据。单片机在串口中断函数里直接读取“串口专用缓存寄存器”SBUF的数据，就可以直接获得一个完整的8位宽度的数据，省去了繁琐的驱动时序底层。
串口的中断函数跟定时器的中断函数很类似，只不过中断号不一样而已，比如我们前面章节用的定时器0的中断号是“1”，而本节串口的中断号是“4”。这些其实是C编译器定的游戏规则，我们只要根据它提供的数据手册遵守它的游戏规则就好了。串口中断函数里还有一个地方要注意，硬件串口“接收完一个字节”的数据后产生一次中断，而硬件串口“发送完一个字节”的数据后也产生一次中断，这两个一“收”一“发”的中断都是共用中断号为“4”的中断函数，因此，我们必须在中断函数里通过判断寄存器的RI和TI的标志位来判断到底是“收”的中断，还是“发”的中断，并且软件上要及时把RI或者TI及时清零，避免不断进入中断的情况。参考代码如下：
unsigned char Gu8ReceiveData=0; //接收到一个字节的数据
void usart(void) interrupt 4 //串口接发的中断，中断号为4
{
if(1==RI) //接收完一个字节后引起的中断
{
RI = 0; //及时清零，避免一直无缘无故的进入中断。
Gu8ReceiveData=SBUF; //直接读取“串口专用缓存寄存器”SBUF的8位数据。
}
else //发送数据引起的中断
{
TI = 0; //及时清除发送中断的标志，避免一直无缘无故的进入中断。
//以下可以添加一个全局变量的标志位的相关代码，通知主函数已经发送完一个字节的数据了。
}
}
【127.5 上位机与单片机的串口通信例程。】
上图127.5.1 灌入式驱动8个LED
程序功能如下：
波特率9600，校验位NONE（无），数据位8，停止位1。在上位机的串口助手里，发送一个十六进制（HEX模式）的01，让单片机的一颗LED“亮”。发送一个十六进制（HEX模式）的00，让单片机的一颗LED“灭”。上位机的串口助手的使用，请参考前面第11节的相关内容，或者自己在网上查找串口助手软件的使用方法，串口助手软件网上很多，我们的使用要求不高，随便选用一家都可以。代码如下：
#include "REG52.H"
void usart(void);
sbit P0_0=P0^0; //一颗LED灯
unsigned char Gu8ReceiveData=0; //接收到一个字节的数据
void main()
{
unsigned char u8_TMOD_Temp=0;
P0_0=1; //LED灭。1代表LED灭， 0代表亮
//串口的波特率与内置的定时器1直接相关，因此配置此定时器1就等效于配置波特率。
u8_TMOD_Temp=0x20; //即将把定时器1设置为：工作方式2，初值自动重装的8位定时器。
TMOD=TMOD&0x0f; //此寄存器低4位是跟定时器0相关，高4位是跟定时器1相关。先清零定时器1。
TMOD=TMOD|u8_TMOD_Temp; //把高4位的定时器1填入0x2，低4位的定时器0保持不变。
TH1=256-(11059200L/12/32/9600); //波特率为9600。11059200代表晶振11.0592MHz，
TL1=256-(11059200L/12/32/9600); //L代表long的长类型数据。根据芯片手册提供的计算公式。
TR1=1; //开启定时器1
SM0=0;
SM1=1; //SM0与SM1的设置：选择10位异步通信，波特率根据定时器1可变
REN=1; //允许串口接收数据
//为了保证串口中断接收的数据不丢失，必须设置IP = 0x10，相当于把串口中断设置为最高优先级，
//这个时候，串口中断可以打断任何其他的中断服务函数实现嵌套，
IP =0x10; //把串口中断设置为最高优先级，必须的。
ES=1; //允许串口中断
EA=1; //允许总中断
while(1) //主循环
{
}
}
void usart(void) interrupt 4 //串口接发的中断函数，中断号为4
{
if(1==RI) //接收完一个字节后引起的中断
{
RI = 0; //及时清零，避免一直无缘无故的进入中断。
Gu8ReceiveData=SBUF; //直接读取“串口专用缓存寄存器”SBUF的8位数据。
if(0x01==Gu8ReceiveData)
{
P0_0=0; //LED亮。1代表LED灭， 0代表亮
}
else
{
P0_0=1; //LED灭。1代表LED灭， 0代表亮
}
}
else //发送数据引起的中断
{
TI = 0; //及时清除发送中断的标志，避免一直无缘无故的进入中断。
//以下可以添加一个全局变量的标志位的相关代码，通知主函数已经发送完一个字节的数据了。
}
}
【127.6 单片机串口电路的简易分析。】
上图127.6.1 232串口电路
单片机串口对外的引脚是与IO口的“P3.1、P3.0”共用的。P3.1是串口的TX引脚，即对外发送数据的引脚。P3.0是串口的RX引脚，即接收外部数据的引脚。一旦项目中用了串口，那么这两个引脚就必须“专脚专用”，只给串口单独使用，不再做IO口。平时通信的时候，跟其它单片机或者系统进行串口通信，除了接TX和RX这两根数据线之外，必须一定把双方的负极GND也“共地”接上，否则双方建立不了同样的电压参考点，通信毕然失败。因此，串口通信最低标配是3根线：RX,TX,GND。
如果两个甲乙单片机都布在一块板子上，距离不超过半米，他们两个要进行串口通信，怎么接线？把他们的GND连起来，然后RX与TX“交叉”对接，甲的RX接到乙的TX，甲的TX接到乙的RX。这种在短距离通信的时候，不用增加任何外部辅助压差信号放大芯片，这种方式叫做“串口的TTL”接线方式。
如果两个系统串口通信的距离比较远，比如在不同的板子上，1米以上10米以下的距离，这时就不能采用原始的“串口的TTL”接线方式，因为线缆越长电阻越大，本身就要消耗一些压降，而3.3V的压降很容易就会被消耗完，通信的可靠度和抗扰能力就会降低。为了解决这个问题，可以引用232标准的接线方式，外部需接一个压差放大的芯片，把从原来3.3V的压差放大到一两倍左右，通信的距离就大大提高。具体232的细节，大家可以网上搜搜“RS232”。注意，采用232协议通信，也要注意“共地”和数据线“交叉”的两个问题，232通信的最低标配也是3根线：R,T,GND。上图SP232E就是一个压差信号放大的通信专用芯片。
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