模拟串口

1万 · 2017-2-22 14:44

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*作者:温子祺

*说明:模拟串口实验
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传统的8051系列单片机一般都配备一个串口，而STC89C52RC增强型单片机也不例外，只有一个串口可供使用，这样就出问题了，假如当前单片机系统要求二个串口或多个串口进行同时通信，8051系列单片机只有一个串口可供通信就显得十分尴尬，但是在实际的应用中，有两种方法可以选择。

方法1：使用能够支持多串口通信的单片机，不过通过更换其他单片机来代替8051系列单片机，这样就会直接导致成本的增加，优点就是编程简单，而且通信稳定可靠。

方法2：在IO资源比较充足的情况下，可以通过IO来模拟串口的通信，虽然这样会增加编程的难度，模拟串口的波特率会比真正的串口通信低一个层次，但是唯一优点就是成本上得到控制，而且通过不同的IO组合可以实现更加之多的模拟串口，在实际应用中往往会采用模拟串口的方法来实现多串口通信。

普遍使用串口通信的数据流都是1位起始位、8位数据位、1位停止位的格式的,如表1。

表1

起始位	8位数据位								停止位
0	Bit0	Bit1	Bit2	Bit3	Bit4	Bit5	Bit6	Bit7	1

要注意的是，起始位作为识别是否有数据到来，停止位标志数据已经发送完毕。起始位固定值为0，停止位固定值为1，那么为什么起始位要是0，停止位要是1呢？这个很好理解，假设停止位固定值为1，为了更加易识别数据的到来，电平的跳变最为简单也最容易识别，那么当有数据来的时候，只要在规定的时间内检测到发送过来的第一位的电平是否0值，就可以确定是否有数据到来；另外停止位为1的作用就是当没有收发数据之后引脚置为高电平起到抗干扰的作用。

在平时使用红外无线收发数据时，一般都采用模拟串口来实现的，但是有个问题要注意，波特率越高，传输距离越近；波特率越低，传输距离越远。对于这些通过模拟串口进行数据传输，波特率适宜为1200b/s来进行数据传输。
例子：在使用单片机的串口接收数据实验当中，使用串口调试助手发送16字节数据，单片机采用模拟串口的方法将接收到的数据返发到PC机。

1万 · 2017-2-22 14:45

模拟串口实验代码：

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#include "stc.h"



 #define RXD P3_0              //宏定义:接收数据的引脚

 #define TXD P3_1              //宏定义:发送数据的引脚

 #define RECEIVE_MAX_BYTES 16//宏定义:最大接收字节数



 #define TIMER_ENABLE()  {TL0=TH0;TR0=1;fTimeouts=0;}//使能T/C

 #define TIMER_DISABLE() {TR0=0;fTimeouts=0;}//禁止T/C

 #define TIMER_WAIT()    {while(!fTimeouts);fTimeouts=0;}//等待T/C超时





unsigned char fTimeouts=0;//T/C超时溢出标志位

 unsigned char RecvBuf[16];//接收数据缓冲区

 unsigned char RecvCount=0;//接收数据计数器

 



 /****************************************

*函数名称:SendByte

*输    入:byte 要发送的字节

*输    出:无

*功    能:串口发送单个字节

******************************************/

 void SendByte(unsigned char b)

{

     unsigned char i=8;

     

     TXD=0;



     TIMER_ENABLE();

     TIMER_WAIT();

     



     while(i--)

     {

        if(b&1)TXD=1;

        else    TXD=0;



        TIMER_WAIT();

        

        b>>=1;



     }



     

     TXD=1;



     TIMER_WAIT();

     TIMER_DISABLE();

}

 /****************************************

*函数名称:RecvByte

*输    入:无

*输    出:单个字节

*功    能:串口 接收单个字节

******************************************/

unsigned char RecvByte(void)

{

     unsigned char i;

     unsigned char b=0;

     

     TIMER_ENABLE();

     TIMER_WAIT();



     for(i=0;i<8;i++)

     {

         if(RXD)b|=(1<<i);



         TIMER_WAIT();

     }



     TIMER_WAIT();  //等待结束位

      TIMER_DISABLE();

  

     return b;



}

 /****************************************

*函数名称:PrintfStr

*输    入:pstr 字符串

*输    出:无

*功    能:串口 打印字符串

******************************************/

 void PrintfStr(char * pstr)

{

      while(pstr && *pstr)

     {

           SendByte(*pstr++);

     }

}

 /****************************************

*函数名称:TimerInit

*输    入:无

*输    出:无

*功    能:T/C初始化

******************************************/

 void TimerInit(void)

{

     TMOD=0x02; 

     TR0=0;

     TF0=0;

     TH0=(256-99);

     TL0=TH0;

     ET0=1;

     EA=1;

}

 /****************************************

*函数名称:StartBitCome

*输    入:无

*输    出:0/1

*功    能:是否有起始位到达

******************************************/

unsigned char StartBitCome(void)

{

         return (RXD==0);

}

 /****************************************

*函数名称:main

*输    入:无

*输    出:无

*功    能:函数主体

******************************************/

 void main(void)

{

     unsigned char i;



     TimerInit();



     PrintfStr("Hello 8051\r\n");



     while(1)

     {

        if(StartBitCome())

        {                     

           RecvBuf[RecvCount++]=RecvByte();

           

           if(RecvCount>=RECEIVE_MAX_BYTES)

           {

              RecvCount=0;



              for(i=0;i<RECEIVE_MAX_BYTES;i++)

              {

                  SendByte(RecvBuf[i]);

              }

           }       

        }

 

     }

}

 /****************************************

*函数名称:TimerIRQ

*输    入:无

*输    出:无

*功    能:T/C0中断服务函数

******************************************/

 void Timer0IRQ(void) interrupt 1 using 0

{

     fTimeouts=1;

}

1万 · 2017-2-22 14:46

代码分析

在模拟串口实验代码中，宏的使用占用了相当的一部分。

#define RXD P3_0       //宏定义:接收数据的引脚

#define TXD P3_1       //宏定义:发送数据的引脚

#define TIMER_ENABLE()  {TL0=TH0;TR0=1;fTimeouts=0;}//使能T/C

#define TIMER_DISABLE() {TR0=0;fTimeouts=0;}//禁止T/C

#define TIMER_WAIT() {while(!fTimeouts);fTimeouts=0;}//等待T/C超时

模拟串口接收引脚为P3.0，发送引脚为P3.1。为了达到精确的定时，减少模拟串口时收发数据的累积误差，有必要通过对T/C进行频繁的使能和禁止等操作。例如宏TIMER_ENABLE为使能T/C，宏TIMER_DISABLE禁止T/C，宏TIMER_WAIT等待T/C超时。

模拟串口的工作波特率为9600b/s，在串口收发的数据流当中，每一位的时间为1/9600≈104us，

若单片机工作在12MHz频率下，使用T/C0工作在方式2，那么为了达到104us的定时时间，TH0、TL0的初值为256-104=152，在实际的模拟串口中，往往出现收发数据不正确的现象。原因就在于TH0、TL0的初值，或许很多人会疑惑，按道理来说，计算T/C0的初值是没有错的。对，是没有错，但是在SendByte和Recv的函数当中，执行每一行代码都要消耗一定的时间，这就是所谓的“累积误差”导致收发数据出现问题，因此我们必须通过实际测试得到TH0、TL0的初值，最佳值256-99=157。那么在T/C初始化TimerInit函数中，TH0、TL0的初值不能够按照常规来计算得到，实际初值在正常初值附近，可以通过实际测试得到。

模拟串口主要复杂在模拟串口发送与接收，具体实现函数在SendByte和RecvByte函数，这两个函数必须要遵循“1位起始位、8位数据位、1位停止位”的数据流。

SendByte函数用于模拟串口发送数据，以起始位“0”作为移位传输的起始标志，然后将要发送的自己从低字节到高字节移位传输，最后以停止位“1”作为移位传输的结束标志。

RecvByte函数用于模拟串口接收数据，一旦检测到起始位“0”，就立刻将接收到的每一位移位存储，最后以判断停止位“1”结束当前数据的接收。