单片机串口通讯详解

只看该作者 · 2019-7-30 11:15

1.通信方式分类

（1）并行通信
发送方和接收方用多根数据线连接，多位数据同时发送。传输线多，长距离传输时成本大。

（2）串行通信
单根数据线发送数据，逐位发送。长距离传送成本低，但控制相对复杂。

串行通信又可分为：异步串行通信和同步串行通信。

异步串行通信：所谓“异步”，指的是双方设备使用各自的时钟，以字符为单位传输，采用一种特殊的格式称为“帧”（如下图），且各字符之间的间隙不等。
一帧数据由起始位，数据位，校验位和停止位构成。

常态下，数据线上为高电平。起始位为低电平，也就是说，起始位出现，表示有一帧数据要传输了。

校验方式有奇偶校验、和校验和循环冗余校验三种方式。

其中“和校验”是指，对数据块求和，产生一个字节的校验数据存到数据块末尾，接收方接受数据时对数据块再求和，和末尾的校验数据比较，不一致就表示传输发生错误。

同步串行通信：双方的时钟严格一致，传送的字符数据间没有间隙，双方实现同步。

只看该作者 · 2019-7-30 11:16

2.RS232和TTL电平的转换

RS232是美国电子工业协会于1962年发布的串行通信接口标准，RS即Recomend Standard，推荐标准，232为标示号。RS232用的是负电平逻辑，-3V ~ -15V 为1，+3 ~ +15V为0。

TTL是Transistor-Transistor Logic的简写，晶体管-晶体管逻辑。工作电压5V。规定：

对于输出电路：电压大于等于（≥）2.4V为逻辑1；电压小于等于（≤）0.4V为逻辑0；
对于输入电路：电压大于等于（≥）2.0V为逻辑1；电压小于等于（≤）0.8V为逻辑0；
RS232和TTL接口不仅有工作电压的不同。RS232传输速率低，传输距离不长，采用共地传输产生共模干扰。二者之间需要通过转换芯片转换电平，如MAX232。

MAX232外围电路图：

上半部分为电源转换电路，下半部分为发送和接收部分。

注意输入输出要一一对应。从T1in输入就要从T1out输出，从R1in输入就要从R1out输出。

只看该作者 · 2019-7-30 11:18

3.波特率

波特率是衡量串行数据传输速率的指标，和比特率一个单位，即每秒传输了多少位，bit per second，bps。

波特率的计算公式：

计算定时器装入的初值：

设初值为X，那么定时器就是每计 256-X 个数溢出一次。

首先根据晶振频率计算计一个数需要的时间。

如11.0592MHz，12个时钟周期等于一个机器周期，所以计一个数需要的时间为频率11.0592MHz的倒数再乘上12，即12/11059200（s）。

那么定时器溢出一次的时间就是 12/11059200*（256-X）。作个倒数就是溢出率。

接着根据采用的波特率和选择的工作方式SMOD，代入上面相应的计算公式，就可以计算出初值X了。此时计算出的X为十进制，然后转成16进制。

常用波特率初值表：

为什么51系列单片机的晶振会用11.0592MHz这个神奇的数？

因为如果采用整数如12MHz或6MHz的话，计算出的初值就不是一个整数，导致定时出现累积误差。试来试去，用11.0592MHz能非常准确地计算出定时器的初值。只要是标准的通信速率，算出来的初值都是整的。

只看该作者 · 2019-7-30 11:19

4.通信例程

串口的初始化：

设定定时器的工作方式 TMOD = …
根据设定的波特率和晶振频率（以及SMOD），计算定时器的初值。
启动定时器 TR1 = 1；
设定串行口的工作方式 SCON = …
串行口开中断 ES = 1，打开总中断EA = 1。

串口中断程序：

从SBUF里取数据
RI清0
发送数据
判断是否发送完成；TI清0
（可通过设定标志位来把代码移动到主函数里）

下面是例程的注释，程序实现在上位机上输入字符，下位机（单片机）返回“I get ”+输入的字符。

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<p style="margin: 10px auto; padding: 0px; text-align: left; color: rgb(0, 0, 0); text-transform: none; text-indent: 0px; letter-spacing: normal; font-family: Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif; font-size: 12px; font-style: normal; font-weight: 400; word-spacing: 0px; white-space: normal; orphans: 2; widows: 2; background-color: rgb(255, 255, 255); font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"> </p>

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#include "reg51.h"

 

typedef unsigned char u8;

typedef unsigned int u16;

 

u8 flag,r,i;    //定义标志位，取数据的变量r和发送字符的变量i

 

u8 code table[] = "I get ";

 

void UsartInit()

{

    TMOD = 0x20;    //设定定时器1为工作方式2，8位自动重装

    TH1 = 0xF3;       //装入初值（波特率4800，晶振12M，加倍）

    TL1 = 0xF3;

    PCON = 0x80;     //SMOD是TCON的最高位，此处设SMOD为1，1000 0000

    TR1 = 1;        //启动定时器1

    SCON = 0x50;     //设置串口为工作方式1，允许接收位REN置1，0101 0000

    ES = 1;         //串口中断允许

    EA = 1;          //打开总中断

}

 

void main()

{

    UsartInit();       //串口初始化

    while(1)          //持续等待中断的出现

    {

        if(flag == 1)     //中断发生且中断程序跑完

        {

            ES = 0;       //把中断允许先关掉，防止下面发送数据时又申请中断

            for (i=0;i<6;i++)

            {

                SBUF = table[i];   //一位一位地发送数据

                while(!TI);        //判断是否发送完成

                TI = 0;            //TI在发送数据完成后自动置1，把TI清0

            }

            SBUF = r;   //发送最初接收的数据

            while(!TI);

            TI = 0;      //同上清0

            ES = 1;       //中断允许重新打开

            flag = 0;     //标志位清0，等待下次数据的输入

        }

     

    }    

}

 

void Usart() interrupt 4

{

    r = SBUF;      //从SBUF里取接受到的数据

    RI = 0;          //RI在接收数据完成后自动置1，把RI清0

    flag = 1;        //标志位置为1

}