项目目标
通过两个完整工程，掌握 51单片机串行通信的两种实现方式：
软件模拟UART —— 利用定时器+GPIO精确控制时序，模拟串口协议发送数据；
硬件UART回显系统 —— 使用51内置串口控制器，实现接收-发送闭环验证。
两者均通过 STC-ISP串口助手 验证通信结果，是嵌入式开发中串口调试的核心技能。
工程一：软件模拟UART发送字符串 “hello”
核心思想：用定时器中断实现精确位延时，通过P3.1引脚逐位模拟UART协议发送ASCII字符。
#include <reg51.h> // 引入标准51单片机寄存器定义文件
sbit UART_TXD = P3^1; // 定义P3.1引脚为UART数据发送端口，用于输出串行数据（硬件TXD引脚，兼容外部串口设备）
// 延时函数：通过双重循环结构实现基础延时，参数i控制延时长度（非精确，用于主循环节奏控制）
void delay(unsigned int i)
{
unsigned int num = i; // 将输入参数i暂存至局部变量num
int j = 0; // 外层循环计数器
for(j = 0; j < 10; j++) // 外层循环执行10次
{
num = i; // 每轮内层循环前重载初始值
while(num--); // 内层空循环，通过递减计数实现延时（粗略毫秒级）
}
}
unsigned char delay_flag = 0; // 全局延时完成标志位，由定时器中断置位（用于精确微秒级等待）
// 定时器0初始化函数：配置为模式1（16位定时器），并开启中断（用于生成精确位时间）
void timer0_init(void)
{
unsigned char mod = 0; // 临时变量，用于修改TMOD寄存器
mod = TMOD; // 读取当前TMOD值
mod &= ~(0xf << 0); // 清除定时器0的模式控制位（低4位）
mod |= (0x1 << 0); // 设置定时器0为模式1（16位定时器）
TMOD = mod; // 写回配置值
ET0 = 1; // 使能定时器0中断
EA = 1; // 开启总中断允许（全局中断开关）
}
// UART位延时函数：通过定时器0中断实现固定时间间隔（约50μs，对应600bps波特率）
void uart_delay(void)
{
unsigned char mod = 0; // 保留局部变量定义（未使用，兼容性保留）
delay_flag = 0; // 清除延时标志，准备等待中断触发
TH0 = (65536 - 760) / 256 ; // 装载定时器0高8位初值（机器周期=1μs，760周期≈760μs，实际用于600bps≈1667μs/位，此处为简化演示）
TL0 = (65536 - 760) % 256 ; // 装载定时器0低8位初值
TR0 = 1; // 启动定时器0
while(!delay_flag); // 等待中断服务程序将标志位置1（阻塞等待，实现精确延时）
}
// UART数据发送函数：支持无校验、偶校验、奇校验三种模式
// 参数说明：dat = 待发送字节，check = 0（无校验）、1（偶校验）、2（奇校验）
void uart_send(unsigned char dat, unsigned char check)
{
unsigned char i = 0; // 位计数器，用于遍历8位数据
unsigned char num = 0; // 统计数据中“1”的位数，用于校验计算
UART_TXD = 1; // 空闲状态，输出高电平（线路空闲）
UART_TXD = 0; // 发送起始位（低电平，通知接收方开始接收）
uart_delay(); // 延时，保持起始位宽度（约1位时间）
uart_delay(); // 二次延时，确保位宽稳定（增强抗干扰）
// 逐位发送数据（从bit0到bit7，低位在前，符合UART标准）
for(i = 0; i < 8; i++)
{
if(dat & (0x1 << i)) // 判断当前位是否为1（位测试）
{
UART_TXD = 1; // 发送高电平
num++; // 记录“1”的个数（用于后续校验位计算）
}
else
{
UART_TXD = 0; // 发送低电平
}
uart_delay(); // 保持当前位电平宽度（1位时间）
uart_delay(); // 二次延时，确保稳定（增强容错）
}
// 校验位发送（根据check参数选择校验方式，本工程实际使用无校验）
if(check == 1) // 偶校验模式
{
if(0 == (num % 2)) // 若“1”的个数为偶数
UART_TXD = 1; // 发送高电平作为校验位
else
UART_TXD = 0; // 发送低电平作为校验位
uart_delay(); // 校验位延时
uart_delay(); // 二次延时
}
else if(check == 2) // 奇校验模式
{
if(num % 2) // 若“1”的个数为奇数
UART_TXD = 1; // 发送高电平作为校验位
else
UART_TXD = 0; // 发送低电平作为校验位
uart_delay(); // 校验位延时
uart_delay(); // 二次延时
}
UART_TXD = 1; // 发送停止位（高电平，标志帧结束）
uart_delay(); // 停止位延时
uart_delay(); // 二次延时，确保帧结束稳定（接收方采样窗口）
}
// 主程序入口
void main(void)
{
unsigned char dat = 0; // 保留变量，未使用（兼容性保留）
char buf[10] = {"hello"}; // 定义待发送字符串缓冲区（含终止符\0，共6字节）
unsigned char i = 0; // 循环索引变量
P2 = 0x55; // 初始化P2口输出模式（01010101，用于LED状态指示）
timer0_init(); // 初始化定时器0，用于位延时（波特率时基）
while(1) // 主循环：持续发送数据（无限循环）
{
for(i = 0; i < 5; i++) // 依次发送"hello"中的5个字符（跳过\0）
{
uart_send(buf, 0); // 调用发送函数，无校验模式（check=0）
}
delay(1000); // 主循环延时，控制发送节奏（约几毫秒，防止发送过快）
P2 = ~P2; // 翻转P2口电平，指示程序运行状态（LED闪烁）
}
}
// 定时器0中断服务函数（中断号1）
void timer0_handler(void) interrupt 1
{
delay_flag = 1; // 中断触发，置位延时完成标志（唤醒uart_delay中的while循环）
}
工程一运行理想结果
单片机通过 P3.1 引脚持续发送字符串 “hello”，串口助手接收到重复的 “hello” 数据流，并在接收缓冲区中显示为连续的 “hellohellohello…” 字符串。
📊 具体表现：
波特率：约600bps（由定时器初值760推算，实际位宽≈1667μs）；
帧结构：1起始位 + 8数据位 + 0校验位 + 1停止位 = 10位/字符；
发送内容：每轮循环发送5字节：'h' 'e' 'l' 'l' 'o'；
接收显示：串口助手显示连续 hellohellohello...（无换行符）；
状态指示：P2口LED以固定频率闪烁（每发送完一次"hello"翻转一次）；
调试验证：STC-ISP串口助手“操作成功”，接收字节数持续增长（如563字节）。
🧩 工程二：硬件UART串口回显系统（9600bps）
✅ 核心思想：使用51内置串口控制器，配置定时器1为波特率发生器，实现接收即回显功能，验证串口通路。
/*
* 功能 : STC89C5x 最小串口回显工程
* 硬件 : 11.0592 MHz 晶振 → 9600 bps（工业标准晶振，精确匹配常用波特率）
*/
#include <reg51.h>
/*------- 引脚定义 -------*/
sbit UART_TXD = P3^1; // 模拟 UART 发送脚（本工程未使用模拟发送，保留兼容性定义）
/*------- 软件延时函数 -------*/
// 粗略延时，主频 11.0592 MHz 下约 1 ms@i≈120（用于超时等待）
void delay(unsigned int i)
{
unsigned int num = i;
int j = 0;
for(j = 0; j < 10; j++)
{
num = i;
while(num--);
}
}
/*------- 定时器 0 相关 -------*/
unsigned char delay_flag = 0; // 1：表示 50 µs 到点（uart_delay 用，为软件UART预留时基）
/* 定时器 0 初始化：模式 1（16 位定时），用于产生 50 µs 基准（本工程未用于串口，为扩展预留） */
void timer0_init(void)
{
unsigned char mod = 0;
mod = TMOD; // 读原寄存器
mod &= ~(0xf << 0); // 清 T0 位（定时器0控制位）
mod |= (0x1 << 0); // 设 T0 为模式 1（16位定时器）
TMOD = mod;
ET0 = 1; // 允许 T0 中断（使能定时器0中断）
EA = 1; // 开总中断（全局中断允许）
}
/* 阻塞 50 µs（9600 bps 一位时间≈104μs，此处760周期≈760μs，仅为示例占位） */
void uart_delay(void)
{
delay_flag = 0;
TH0 = (65536 - 760) / 256; // 760 个机器周期≈760 µs（12MHz晶振下）
TL0 = (65536 - 760) % 256;
TR0 = 1; // 启动定时器0
while(!delay_flag); // 等待中断置位（阻塞等待）
}
/*------- UART 底层收发 -------*/
// 发送 1 字节（查询 TI）—— 使用硬件串口发送寄存器SBUF
void uart_send_byte(unsigned char dat)
{
TI = 0; // 清发送标志（必须手动清除，硬件不自动清零）
SBUF = dat; // 写入发送缓冲寄存器，硬件自动添加起始位、停止位
while(!TI); // 等待发送完成标志置位（查询方式，阻塞等待）
}
// 接收 1 字节（带 2 ms 超时）—— 使用硬件串口接收寄存器SBUF
// 返回 0 成功，-1 超时（防止程序卡死在等待接收）
char uart_recv_byte(unsigned char * dat)
{
unsigned char num = 2; // 约 2 ms 超时（调用delay()约2次）
while((!RI) && num--) // RI=0表示未收到，等待或超时
{
delay(); // 1 ms 级延时（粗略延时函数）
}
if(num < 0) // 超时判断（num递减至负数）
return -1; // 超时返回错误码
*dat = SBUF; // 从接收缓冲寄存器读取数据
RI = 0; // 清接收标志（必须手动清除）
return 0; // 成功返回0
}
/*------- UART 初始化 -------*/
// 9600 bps @11.0592 MHz，8-N-1，允许接收（标准配置）
void uart_init(void)
{
unsigned char mod = 0;
mod = TMOD;
SM0 = 0; // 串口模式0：8位UART（方式1）
SM1 = 1; // 串口模式1：8位UART（方式1）
REN = 1; // 允许接收（接收使能）
PCON &= ~(1 << 7); // SMOD=0，波特率不倍速（SMOD位清零）
mod &= ~(0xf << 4); // 清 T1 位（定时器1控制位）
mod |= (0x2 << 4); // T1 模式 2（8 位自动重装，用作波特率发生器）
TMOD = mod;
TH1 = 0xfd; // 9600 bps 初值（11.0592MHz晶振下标准值）
TL1 = 0xfd; // 自动重装值 = TH1
TR1 = 1; // 启动 T1（启动波特率发生器）
}
/*------- 主函数 -------*/
void main(void)
{
unsigned char dat = 0; // 接收数据暂存变量
char ret = 0; // 接收函数返回值（0成功，-1超时）
char buf[10] = {"hello\n\r"}; // 仅占位，未使用（兼容性保留）
unsigned char i = 0; // 仅占位，未使用
P2 = 0x55; // 初始 LED 状态（01010101）
timer0_init(); // 初始化 50 µs 时基（为软件UART预留）
uart_init(); // 初始化硬件串口（核心配置）
while(1)
{
ret = uart_recv_byte(&dat); // 尝试接收1字节（带超时）
if(ret != -1) // 若接收成功（未超时）
uart_send_byte(dat); // 立即回显该字节（原样发送回去）
P2 = ~P2; // 指示系统运行（每轮循环翻转P2，LED闪烁）
}
}
/*------- 中断服务 -------*/
// 定时器 0 溢出：50 µs 到点（本工程未用于串口，为软件UART扩展预留）
void timer0_handler(void) interrupt 1
{
delay_flag = 1; // 唤醒 uart_delay（置位标志，解除阻塞）
}
工程二运行理想结果
单片机进入“回显模式”：通过串口助手发送任意字符（如 ‘A’），单片机立即原样返回该字符，实现“你说什么，我回什么”的闭环通信验证。
具体表现：
波特率：9600bps（精确匹配11.0592MHz晶振）；
帧格式：8数据位、无校验、1停止位（8-N-1）；
发送方式：查询TI标志，阻塞等待发送完成；
接收方式：查询RI标志，带2ms超时防卡死；
功能表现：
串口助手发送 “Hello!” → 单片机回显 “Hello!”；
发送 “123” → 回显 “123”；
无输入时，程序不阻塞，P2口持续闪烁；
状态指示：P2口LED持续闪烁，证明主循环正常运行；
调试意义：最小闭环系统，验证串口收发硬件功能正常。
知识体系归纳（双工程对比 + 核心概念）
核心知识点一句话总结
通过定时器中断精确控制GPIO电平翻转可软件模拟UART协议实现低速串行通信，而利用51单片机内置串口控制器配合定时器1波特率发生器可实现高效稳定的硬件UART收发，两者结合掌握串行通信底层原理与工程实践，是嵌入式开发的必备技能。
串行口通信四要素（通用）
波特率（Baud Rate） —— 每秒传输的位数（如9600bps），决定通信速度；
数据位（Data Bits） —— 每帧有效数据长度（通常8位）；
校验位（Parity Bit） —— 奇校验/偶校验/无校验，用于简单错误检测；
停止位（Stop Bit） —— 帧结束标志（通常1位）；
收发数据操作方法 —— 初始化 → 发送（uart_send）→ 接收（uart_recv）→ 处理。
最终运行效果总结
工程一（软件UART）：持续发送“hello”，串口助手显示“hellohellohello…”，P2口周期闪烁；
工程二（硬件UART回显）：发送任意字符立即原样返回，实现“你说我复读”，P2口持续闪烁；
共同点：均通过STC-ISP或通用串口助手验证，P2口LED证明程序存活，定时器中断机制确保时序精确；
教学价值：从零构建通信协议（软件）→ 使用硬件外设（硬件），完整覆盖串口通信知识体系。
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「cellurw」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/oareen/article/details/151801637
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