蓝桥杯-单片机基础8——上下位机的串口通信设置（附小蜜蜂课程代码）

听风吹雨archie2024-03-27 13:08

蓝桥杯单片机组备赛指南请查看这篇文章：戳此跳转蓝桥杯备赛指南文章

本文章针对蓝桥杯-单片机组比赛开发板所写，代码可直接在比赛开发板上使用。

型号：国信天长4T开发板（绿板），芯片：IAP15F2K61S2

（使用国信天长蓝板也可以完美兼容，与绿板几乎无差别）

1. 代码目的

代码一：通过矩阵键盘输入数字，并在数码管上显示，当按下S16时确认发送数字到上位机

，上位机发送数据，单片机接收之后进行平方运算并返回。

代码二：开机初始化，自动关闭蜂鸣器和继电器，并发送初始化信息到上位机，上位机发送亮灯指令，单片机接收运行指令并进行反馈上位机。指令格式：a模式前四位，b模式后四位，1开灯，0关灯，c模式提示系统正在运行

2. 通信基础知识

大分类如下图：

相关名词解释如下：

并行通信：数据的每一位同时发送，且每个位都占有一根传输线；

串行通信：数据可以一位接一位地按照顺序，只经过一根传输线传输；（又分为SPI、IIC、UART等）

单工通信：数据只能单向传输，且只由固定的主机传向从机，不可交换；

半双工通信：数据在某时刻可以从一方发送，另外一方接收，但不能同时发送和接收；（RS485）

全双工通信：在同一时刻，两个设备之间可以同时进行发送和接收数据。

同步通信：双方有一根数据线、一根时钟线，采用相同的时钟信号进行数据交换的驱动；

异步通信：双方只有一根数据线，采用特定的帧格式约定通信的规范；

比赛采用异步串行通信的方式。

3. 串口通信基本原理

3.1 什么是上下位机的通信

一般来说，我们认为比赛用开发板就是下位机，我们的电脑就是上位机。由于采用异步串行通信方式，因此我们既可以从上位机向下位机发送数据，又可以在上位机接收下位机传来的数据，从未实现通信的效果。

近年来的省体考串口通信不多，但往年偶尔考过。考题倾向于某种控制系统，即我们用电脑向单片机发送某种数据，单片机就产生对应的响应，并且单片机向电脑传回相关的数据，以此对串口编程进行考察。在了解串口通信的简单原理之后，可以将小蜜蜂老师的代码段背下来，比赛时直接使用。

3.2 上下位机的通信设置

对于上位机，我们需要打开烧录软件STC-ISP，并点击串口助手，如下图：

红色框标注的部分为，需要我们留意并设置正确的部位。

3.3 通信的相关寄存器

在进行串行通信时，为了保证传输的实时性，我们采用中断的方式进行。设置定时计数器1，当产生一次溢出中断时，单片机就接收或发送一次数据。因此我们依旧会用到定时/计数器中断相关的寄存器。

下面简要介绍IE、IP、TMOD、TCON、THx寄存器：详细教程请戳此查看， 重点介绍SCON、SBUF、AUXR寄存器

两级中断允许控制：IE（interrupt enable）

|----|---|-----|----|-----|-----|-----|-----|
| EA | - | ET2 | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |

IE中各位的功能如下：

EA---中断总开关控制位，EA=1，所有的中断请求开放。

ES---串行口中断允许位。

ET1---定时器/计数器T1溢出中断允许位。

EX1---外部中断1中断允许位。

ET0---定时器/计数器T0的溢出中断允许位。

EX0---外部中断0中断允许位。

两级优先级控制：IP(interrupt priority)

|---|---|-----|----|-----|-----|-----|-----|
| - | - | PT2 | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |

中断优先级寄存器IP各位含义：

PS---串行口中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PT1---T1中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PX1---外部中断1中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PT0---T0中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

PX0---外部中断0中断优先级控制位，1---高级；0---低级。

该寄存器允许位寻址，本题中采用默认优先级，因此不用管这个寄存器。

特殊功能寄存器：TCON（timer controller）

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|-----|
| TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |

TCON寄存器中与中断系统有关各标志位功能如下：

TF1---定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。

TF0---定时器/计数器T0溢出中断请求标志位似。

IE1---外部中断请求1中断请求标志位。

IE0---外部中断请求0中断请求标志位，与IE1类似。

IT1---选择外中断1请求方式。0--电平触发方式，1--跳沿触发方式。

IT0---选择外中断0请求方式。0--电平触发方式，1--跳沿触发方式。

特殊方式寄存器：TMOD（timer mode）

|------|-----|----|----|------|-----|----|----|
| GATE | C/T | M1 | M0 | GATE | C/T | M1 | M0 |
| <---- 定时器1（T1） ----> |||| <---- 定时器0（T0） ----> ||||

GATE: 用于控制定时器启动是否受外部中断源的影响

当GATE=0时，TR0或TR1等于1，可以启动T0或T1定时/计数器工作。

当GATE=1时，TR0或TR1等于1，外部中断引脚INT0/1为高电平，才启动工作。

注意：GATE=0表示控制定时器启动不受外部中断源的影响

C/T=0为定时模式，C/T=1为计数模式。

M1 M0工作方式选择位，两位一起看：

|-------|------|------------------------|
| M1 M0 | 工作方式 | 工作说明 |
| 0 0 | 方式0 | 13位定时/计数器，最大值8192 |
| 0 1 | 方式1 | 16位定时/计数器，最大值65535 |
| 1 0 | 方式2 | 8位自动重装定时/计数器，最大值255 |
| 1 1 | 方式3 | T1分成两个独立的定时/计数器，T1停止计数 |

初值寄存器：THx TLx

注意：当计算式确定之后，要把计算结果替换进赋值表达式，减少资源占用。

串口通信寄存器：SCON （Serial Control Register）

|-----|-----|-----|-----|-----|-----|----|----|
| SM0 | SM1 | SM2 | REN | TB8 | RB8 | TI | RI |

SM0、SM1用于选择工作方式：

|---------|------|---------|-----------------|
| SM0,SM1 | 工作方式 | 功能描述 | 波特率 |
| 0 0 | 方式0 | 8位移位寄存器 | Fosc/12 |
| 0 1 | 方式1 | 10位UART | 可变 |
| 1 0 | 方式2 | 11位UART | Fosc/64或Fosc/32 |
| 1 1 | 方式3 | 11位UART | 可变 |

一般我们只用方式1，因此牢记01设置就好。

SM2：多机控制位。方式0时SM2=0；方式1且SM2=1时只有接收到有效位才使RI置1；方式2或3且SM2=1且接收到第九位数据RB8=0时才使RI置1

REN：串行接收允许位。REN=1时允许接收，REN=0时禁止接收

TB8：存放发送数据的第9位。在方式2或3中存放要发送数据的第9位

RB8：存放接收数据的第9位。在方式2或3中存放要接收数据的第9位

TI：发送中断标志位。数据发送结束时，标志位会自动置1，需要通过程序将其清0

RI：接收中断标志位，数据接收结束时，标志位会自动置1，需要通过程序将其清0

该寄存器允许位选址，在实际使用中，主要是利用定时计数器1产生波特率为9600（0xfd）的中断信号，然后搭配串口进行发送或接收数据。

缓冲寄存器：SBUF （serial buffer）

在物理上，单片机内部有两个SBUF，一个叫接收SBUF，用于接收上位机发送的数据；另一个叫发送SBUF，用于将传入的数据发送到上位机。名字都叫SBUF，在编程时根据语句不同产生不同的效果。

接收数据时，形式为：变量名=SBUF；当RI=1时，单片机会产生一次中断，此时接收SBUF中存储了上位机发送的数据，通过赋值语句将内容提取到我们的变量中。

发送数据时，形式为：SBUF=变量名；让TI=1时，表示单片机发送完毕，我们将变量中的值传入SBUF，SBUF成功发送到了上位机。

辅助寄存器：AUXR

这个寄存器不需要我们进行单独设置，

如果你使用的头文件是：#include <IAP.......h>,则可以忽略掉这个步骤

如果你使用的头文件是：#include <reg52.h>,则需要添加。在代码的最开始定义：sfr AUXR = 0x8e;然后在定时计数器初始化代码中加一句：AUXR = 0x00；

4. 串口通信相关函数

4.1 串口初始化函数

编程时，主要是先设置定时计数器产生对应的波特率，然后设置SCON寄存器确定串口工作方式，然后将辅助寄存器赋值为0x00，最后正常打开IE、TCON等寄存器的相关位。

4.2 数据接收函数

使用中断的方式进行接收数据：即每收到一次数据，就产生一次优先级为4的串口中断

当产生中断时，单片机进入此函数。首先看RI是否等于1，然后手动将RI清零，最后通过赋值语句将SBUF中的数据读入我们定义的变量中。

4.3 数据发送函数

采用普通函数进行数据发送：因为当我们需要发送数据时，是由我们决定的，因此可以不写成中断函数。

当我们需要发送数据时，直接将需要发送的数据通过赋值语句写入SBUF中，单片机就会开始发送，但因为我们没有使用中断方式因此发送时间会有些长，在数据未发完之前我们需要让程序等待，等发送完数据再继续运行。因此写了一个while的空语句，直到TI不等于0时发送结束，空语句停止，此时我们再手动将TI清零。

4.4 字符串发送函数

C语言中，字符串的本质是一个字符数组，因此我们使用指针会更方便一些。

5. 小蜜蜂课程代码参考

代码一：通过矩阵键盘输入数字，并在数码管上显示，当按下S16时确认发送数字到上位机

，上位机发送数据，单片机接收之后进行平方运算并返回。

cpp 复制代码 
//使用UART通信进行单片机与上位机的通信
//通过矩阵键盘输入数字，并在数码管上显示，当按下S16时确认发送数字到上位机
//上位机发送数据，单片机接收之后进行平方运算并返回

#include < REG52.h >
#include < intrins.h >

unsigned char code SMG_duanma [18]=
			{ 0xc0 , 0xf9 , 0xa4 , 0xb0 , 0x99 , 0x92 , 0x82 , 0xf8 , 
				0x80 , 0x90 , 0x88 , 0x80 , 0xc6 , 0xc0 , 0x86 , 0x8e ,
				0xbf , 0x7f };
			
sfr P4 = 0xc0;
sfr AUXR = 0x8e;
				
sbit L1 = P3^0;
sbit L2 = P3^1;
sbit L3 = P3^2;
sbit L4 = P3^3;
sbit C1 = P4^4;
sbit C2 = P4^2;
sbit C3 = P3^5;
sbit C4 = P3^4;
				
void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;
		case 6:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;
		case 7:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;
	}
}

void Input_SMG ( unsigned char pos_SMG , unsigned char value_SMG )
{
	select_HC573 ( 6 );
	P0 = 0x01 << pos_SMG;
	select_HC573 ( 7 );
	P0 = value_SMG;
}

void Delay ( unsigned char value_delay )
{
	while ( value_delay -- )
	{
		unsigned char i = 22;
		unsigned char j = 128;
		_nop_ ();
		_nop_ ();
		do 
		{
			while ( --j );
		}while ( --i );
	}
}

unsigned char state_key = 0;
void scan_keys ( )
{
//L1
	L1 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L2 = L3 = L4 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 7;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 11;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 15;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 19;
		}
		else;
	}

//L2	
	L2 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L1 = L3 = L4 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 6;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 10;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 14;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 18;
		}
		else;
	}
	
//L3
	L3 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L2 = L1 = L4 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 5;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 9;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 13;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 17;
		}
		else;
	}
	
//L4
	L4 = 0;
	C1 = C2 = C3 = C4 = 1;
	L2 = L3 = L1 =1;
	if ( C1 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C1 == 0 )
		{
			while ( C1 == 0 );
			state_key = 4;
		}
		else;
	}
	else if ( C2 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C2 == 0 )
		{
			while ( C2 == 0 );
			state_key = 8;
		}
		else;
	}	
	else if ( C3 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C3 == 0 )
		{
			while ( C3 == 0 );
			state_key = 12;
		}
		else;
	}
	else if ( C4 == 0 )
	{
		Delay ( 3 );
		if ( C4 == 0 )
		{
			while ( C4 == 0 );
			state_key = 16;
		}
		else;
	}
}


//===================================================
void Init_Uart ()
{
	TMOD = 0x20;
	TH1 = 0xfd;
	TL1 = 0xfd;
	
	SCON = 0x50;
	AUXR = 0x00;
	ES = 1;
	EA = 1;
	TR1 = 1;
}

//接收信息采用中断，发送消息采用查询
unsigned char ri_uart_value;
void ri_UART () interrupt 4
{
	if ( RI == 1 )
	{
		RI = 0;
		ri_uart_value = SBUF;
	}	
}

void ti_UART ( unsigned char ti_uart_value )
{
	SBUF = ti_uart_value;
	while ( TI == 0 );
	TI = 0;
}


//======================================================
unsigned char tmp_state_key = 0;
unsigned char tmp_ri_value = 0;
void Uartrunning ()
{
	
	if ( tmp_state_key != state_key )
	{
		ti_UART ( state_key );
		tmp_state_key = state_key;
	}
	else if ( ri_uart_value != tmp_ri_value )
	{
		tmp_ri_value = ri_uart_value;
		state_key = tmp_ri_value;
	}
	
}



void main ()
{
	Init_Uart ();
	while ( 1 )
	{
		Uartrunning ();		
		scan_keys ();
		Input_SMG ( 0 , SMG_duanma [state_key/10] );
		Delay ( 3 );
		Input_SMG ( 1 , SMG_duanma [state_key%10] );
		Delay ( 3 );	

	}
}

代码二：开机初始化，自动关闭蜂鸣器和继电器，并发送初始化信息到上位机，上位机发送亮灯指令，单片机接收运行指令并进行反馈上位机。指令格式：a模式前四位，b模式后四位，1开灯，0关灯，c模式提示系统正在运行

cpp 复制代码 
//建立通信，使得上位机和单片机进行数据交换，并实现上位机控制单片机灯光亮灭
//开机初始化，自动关闭蜂鸣器和继电器，并发送初始化信息到上位机
//上位机发送亮灯指令，单片机接收运行指令并进行反馈上位机。指令格式：a模式前四位，b模式后四位，1开灯，0关灯，c模式提示系统正在运行

#include < reg52.h >

sfr AUXR = 0x8e;

void select_HC573 ( unsigned char channal )
{
	switch ( channal )
	{
		case 4:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0x80;
		break;
		case 5:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xa0;
		break;
		case 6:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xc0;
		break;
		case 7:
			P2 = ( P2 & 0x1f ) | 0xe0;
		break;
	}
}

void Init_Buzz ()
{
	select_HC573 ( 5 );
	P0 = 0x00;
}


//==================================================
void Init_UART ( )
{
	TMOD = 0x20;
	TH1 = 0xfd;
	TL1 = 0xfd;
	
	SCON = 0x50;
	AUXR = 0x00;
	
	ES = 1;
	EA = 1;
	TR1 = 1;
}

unsigned char uart_value;
void Service_UART () interrupt 4
{
	if ( RI == 1 )
	{
		RI = 0;
		uart_value = SBUF;
		
	}
}

void Send_UART ( unsigned char value_uart )
{
	SBUF = value_uart;
	while ( TI == 0 );
	TI = 0;
}

void Send_String ( unsigned char *string )
{
	while ( *string != '\0' )
	{
		Send_UART ( *string ++ );
	}	
}

//========================================================

void light_led ( unsigned char value_led )
{
	select_HC573 ( 4 );
	P0 = value_led;
}

void UART_Commandrunning ( )
{
	unsigned char command,value_led;
	command = uart_value;
	
	if ( command != 0x00 )
	{
		switch ( command & 0xf0 )
		{
			case 0xa0:
				value_led = ~(( command & 0x0f ) << 4 ) ;
				light_led ( value_led );
				break;
			case 0xb0:
				value_led = ~( command & 0x0f ) ;
				light_led ( value_led );
				break;
			case 0xc0:
				Send_String ( "The system is runing ! \r\n" );
				break;
		}
		
	}
}

void main ()
{
	Init_UART ();
	Init_Buzz ();
	Send_String ( "The system is wake up \r\n" );
	
	while ( 1 )
	{
		UART_Commandrunning ();
	}
}

6. 编程思路重述

实际上对于串口通信实现上位机与单片机通信的设置有很多，但是在比赛中，我们只使用定时计数器1产生波特率，使用串口工作方式1进行通信，便已经足够。

1.设置TMOD将定时计数器1处于8位自动重装工作方式，初值寄存器值为0xfd产生9600bps的波特率，辅助寄存器赋值为0x00；

2.设置串口中断寄存器SCON，使其工作在方式1

3.正确编写接收数据函数、发送数据函数、发送字符串数据函数

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