单片机外设-串口（UART）详情

通信性能使用通信速率来表示，通常以比特率（Bitrate）来表示。

比特率是每秒钟传输二进制的位数，单位是：位/秒（bps）。
如：
每秒钟传送 240 个字符，而每个字符格式包含 10 位(1 个起始位、1 个停止位、 8 个数据位)，这时的比特率为：
10 位×240 个/秒 = 2400 bps

五：串口通信介绍（UART）

串口通信是指外设和计算机之间的数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种通信方式，鼠疫串行通信方式。

串口是一种接口标准，规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。

（1）接口标准

RS-232C 接口规定使用25 针连接器，简称 DB25

RS-232C 接口规定还有使用一种9 针的非标准连接器接口，简称 DB9

串口通信大多使用 DB9接口。

接头有分公头和母头区别

①公头

有针的叫公头

②母头

有差孔的叫母头

（2）DB9、DB25 管脚定义：

串口通信通常只使用：2/3/5 三个管脚，即 TXD、RXD、SGND。

RS-232C 是使用正负电压来表示逻辑状态

单片机是采用TTL以高低电平来表示逻辑状态

实现单片机与计算机串口通信需要使用 TTL与 RS-232电平转换，通常使用电平转换芯片MAX232

电平信号：
TTL 电平信号用的最多，这是因为数据表示通常采用二进制，+5V 等价于逻
辑 1，0V 等价于逻辑 0，这被称为 TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。

串口通信时，需要让 TXD与RXD 交叉连接

（3）通信协议

RS232 通信协议遵循96-N-8-1 格式

96

通信波特率为 9600，串口通信中通常使用的是异步串口通信，即没有时钟线，所以两个设备要通信，必须要保持一致的波特率。

N

表示的是无校验位，由于串口通信相对更容易受到外部干扰导致传输数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。
校验方法有奇校验 (odd)、偶校验(even)、0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校(noparity)

8

表示的是数据位数为 8 位，其数据格式在前面介绍异步通信中已讲过。
当然数据位数还可以为 5、6、7 位长度

1

表示的是 1 位停止位，串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到停止信号结束。
数据包的起始信号由一个逻辑 0 的数据位表示，而数据包的停止信号可由 0.5、1、1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示，只要双方约定一致即可。

（4）串口内部结构

串口管脚 TXD、RXD

SBUF 是数据缓存区、发送数据，接收数据都是在SBUF

先把数据存放到SBUF，在由寄存器控制它发送出去

串口通信是一个异步通信，他有一个波特率

波特率是如何产生的？

他是由TH1、TL1产生的，

TH1、TL1 是有定时计数器1的功能

配置TH1、TL1 的方式2 自动重载的工作方式

SMOD 来配置它的倍频

如果设置倍频，要将上面TH1、TL1 除以 2 传输接收和发送控制器

如果你要发送数据或者接收数据，发送控制器和接收控制器 RI 或者 TI会置1 ，发送串口中断去判断请求

（5）串口相关寄存器

串口控制寄存器 SCON

SM0、SM1 是工作方式选择位

SM2：多机通信控制位，主要用于方式 2 和方式 3

当 SM2=1 时，可以利用收到的 RB8 来控制是否激活 RI（RB8＝0 时不激活 RI，收到的信息丢弃；
RB8＝1 时，收到的数据进入 SBUF，并激活 RI，进而在中断服务中将数据从 SBUF 读走）。
当 SM2=0 时，不论收到的 RB8 为 0 和 1，均可以使收到的数据进入 SBUF，并激活 RI （即此时 RB8 不具有控制 RI 激活的功能）。
通过控制 SM2，可以实现多机通信。

REN：

允许串行接收位。由软件置 REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置 REN=0，则禁止接收。

TB8

在方式 2 或方式 3 中，是发送数据的第 9 位，可以用软件规定其作用。
可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。
在方式 0 和方式 1 中，该位未用到。

RB8

在方式 2 或方式 3 中，是接收到数据的第 9 位，作为奇偶校验位或地
址帧/数据帧的标志位。在方式 1 时，若 SM2=0，则 RB8 是接收到的停止位。

TI

发送中断标志位。在方式 0 时，当串行发送第 8 位数据结束时，或在其
它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使 TI 置 1，向 CPU 发中断申请。
在中断服务程序中，必须用软件将其清 0，取消此中断申请。

RI

接收中断标志位。在方式 0 时，当串行接收第 8 位数据结束时，或在其
它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使 RI 置 1，向 CPU 发中断申请。
也必须在中断服务程序中，用软件将其清 0，取消此中断申请。

电源控制寄存器 PCON

SMOD：波特率倍增位。在串口方式 1、方式 2、方式 3 时，波特率与 SMOD 有
关，当 SMOD=1 时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。

（6）串口工作方式

方式0：

串行口：同步移位寄存器的输入输出方式，
主要用于扩展并行输入或输出口。
数据由 RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由 TXD（P3.1）引脚输出。
发送和接收均为 8 位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为 fosc/12

方式1：

方式 1 是 10 位数据的异步通信口。
TXD 为数据发送引脚，RXD 为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如下所示。其中 1 位起始位，8 位数据位，1 位停止位，共 10 位。

用软件置 REN 为 1 时，接收器以所选择波特率的 16 倍速率采样 RXD 引脚电
平，检测到 RXD 引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入
移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。
接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当 RI=0，且 SM2=0（或接收到的停止位为 1）时，将接收到的 9 位数据的前 8 位数据装入接收 SBUF，第 9 位（停止位）进入 RB8，并置 RI=1，向 CPU 请求中断。

方式2 和方式3：

方式2/3 数据位共9位，增加的位是RD8/TD8

发送开始时，先把起始位 0 输出到 TXD 引脚，然后发送移位寄存器的输出位（D0）到 TXD 引脚。
每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由 TXD 引脚输出。
第一次移位时，停止位"1"移入输出移位寄存器的第 9 位上，以后每次移位，左边都移入 0。
当停止位移至输出位时，左边其余位全为 0，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置 TI=1，向 CPU 请求中断。

接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位 0 移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。
当 RI=0，且 SM2=0（或接收到的第 9 位数据为 1）时，接收到的数据装入接收缓冲器 SBUF 和 RB8（接收数据的第 9 位），置 RI=1，向 CPU 请求中断。
如果条件不满足，则数据丢失，且不置位 RI，继续搜索 RXD 引脚的负跳变。
主要使用的是方式0 、方式1

（7）串口的使用方式

如何计算波特率？

方式 0 的波特率 = fosc/12
方式 2 的波特率 =（2 SMOD /64）· fosc
方式 1 的波特率 =（2 SMOD /32）·（T1 溢出率）
方式 3 的波特率 =（2 SMOD /32）·（T1 溢出率）
T1 溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}

串口的初始化流程使用

①确定 T1 的工作方式（TMOD 寄存器）；

②确定串口工作方式（SCON 寄存器）；

③计算 T1 的初值（设定波特率），装载 TH1、TL1；

④启动 T1（TCON 中的 TR1 位）；

⑤如果使用中断，需开启串口中断控制位（IE 寄存）

串口初始化程序步骤

void uart_init(u8 baud) 
{ 
    TMOD|=0X20;    //设置计数器工作方式 2 
    SCON=0X50;     //设置为工作方式 1 
    PCON=0X80;     //波特率加倍 
    TH1=baud;      //计数器初始值设置 
    TL1=baud; 
    ES=1;          //打开接收中断 
    EA=1;          //打开总中断 
    TR1=1;         //打开计数器 
} 

uart_init(0XFA);    //波特率为 9600

基于51单片机 RS-232 电路图

程序设计

#include "reg52.h"

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

//  只需要对特殊寄存器进行配置，就能进行通信
// 串口初始化 定时1 八位自动装载 使用u8类型就可以了
void uart_init(u8 band)
{
        TMOD |= 0x20;        // 0x20 定时器1 工作方式2    TMOD 0010 0000   高四位T1，低四位T0 ，换算16位 0x20
        SCON = 0x50;        // 串口工作方式  设置SCON 寄存器0 1 为工作方式1,REN接收设置为1
        PCON = 0x80;        // 使用倍频
        TH1 = band;                // 定时器的初值 自动装载 从TL1计数到TH1
        TL1 = band;
        ES = 1;                        // 串口中断打开
        EA = 1;                        // 总中断打开
        TR1 = 1;                // 定时器打开
}

//void deplay_time(u16 time)
//{
//        while(time--);
//}


void main()
{
        uart_init(0xFA);
        while(1)
        {
        
        }

}

// 串口中断函数
void uart() interrupt 4   // 串口中断4
{
        u8 rec_data =0; // 定义一个变量来接收 SBUF的数据 ，进行初始化  
        RI=0;  // RI 清零
        rec_data = SBUF;// 读取SBUF 数据 ，定义一个变量来接收
        SBUF = rec_data;// 发送数据   需要把数据发送给SBUF，自动控制传送
        while(!T1);  // 等T1 循环 要是为0 自动退出
        T1 = 0;  // 在将T1 置0
}

单片机外设-串口（UART）详情

学习UART要先认识一些基础知识

一：什么是串行、并行通信？

（1）串行通信

串行通信概念：

串行通信的特点：

（2）并行通信

并行通信概念：

并行通信特点：

二：什么是异步通信、同步通信？

（1）异步通信

异步通信概念：

异步通信特点：

（2）同步通信

同步通信概念：

1、外同步

2、自同步

同步通信特点：

三：什么是单工、半双工、全双工通信？

单工通信

半双工通信

全双工通信

四：如何衡量 通信性能标准？

通信速率