关于嵌入式学习——嵌入式硬件3

一、概念

• UART ：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter 通用异步收发器，硬件通信的形式
• 51有两个串口（1个串口被用于ISP下载程序，1个串口被用于和主机之间的通信）
• 串口通信有两个数据传输线 （TXD）发送信号线/（RXD）接收信号线

二、通信方式

1.单工：

• 发送方和接收方是固定的，数据只能从发送方发给接收方
• 通过一根信号线进行数据传输，数据传输的方向呈现单一性

2半双工：（I2C）

• 通信的双方既可以作为发送方也可以作为接收方
• 数据传输通过一根信号线实现，数据的传输方向可以是双向的
• 同一时刻，数据传输方向呈现单一性（A给B发的时候，B不能给A发，B只能接收数据)

3全双工（UART）

• 通信双方既可以作为发送方也可以作为接收方
• 数据传输是通过两根信号线实现，数据传输在任意时刻都是双向的（收发可以同时进行）

三、数据传输的顺序：

Uart在传输数据时，遵循LSB优先原则**（低位先行**），先发低位数据，一个bit一个bit发

四、数据传输的形式：

串行：通过一根信号线传输数据，按照先后次序逐个bit逐个bit去发送数据

并行：同时多根信号线同时去传输数据

五、串行传输和并行传输的区别：
串行：

• 传输速率慢(只能通过一根线逐个bit去传输)
• 硬件成本低，实现简单
• 传输距离远，抗干扰性好（RS485 差分）

并行：

• 传输速率快（可以通过多根线同时传输多个bit）
• 硬件成本高，实现复杂
• 传输距离近，抗干扰性差（30米以内 距离增加后多根信号新存在信号偏移，会电磁波干扰，会造成误差和干扰）

六、串口通信时序：

1.串口通信时，空闲状态为高电平

2.当由高电平变为低电平（发送一个低电平信号），代表发送了一个起始位 ，准备开始通信

3.发送数据（通常是8bit，遵循先发数据低位LSB原则）

4.再发送一个bit的校验位

tip:

校验：
奇偶校验（串口）
累加和校验
CRC校验（Modbus协议）

七、奇偶校验：

问题：无法检测偶数个bit出错

• 奇校验：校验位为1，若数据位中1的个数加上校验位中的1，保持1的个数为奇数个，则代表校验通过
• 偶校验：校验位为0，若数据位中1的个数加上校验位中的0，保持1的个数为偶数个，则代表校验通过

八、串口通信参数（波特率、数据位、停止位、校验位）：

波特率：bps（bit per second），每秒钟传输bit的数量，常见的波特率：2400，4800，9600，115200

数据位：8位串口传输通常8bit数据位传输

停止位：1，1bit停止位

校验位：

• None，N，无校验
• Even，E，偶校验
• Odd，O，奇校验

ex：

9600, 8, N, 1

2400,8,E,1

115200, 8, 0, 1

九、同步通信和异步通信

UART、I2C、SPI？同步？异步？

I2C（SCL：时钟线，SDA：数据线）

SPI（SCLK时钟线）

UART（无时钟线）

同步： 通信的双方有一根共享的时钟线 来约定通信的频率（同步发送数据/接收数据）
**异步：**通信双方没有时钟线进行同步，如Uart：可以通过设置波特率来实现同步（发：2400bps收：2400bps）

十、串口相关寄存器：

(1）SCON/PCON串口控制寄存器:

• PCON寄存器 中的bit6置0代表通过SCON寄存器中SMO和SM1两位指定串口工作方式：
• 将SCON寄存器中的bit6和bit7清0
• 将SCON寄存器中的SM1 bit6置1，SM0bit7清0，代表串口工作8位UART模式
• 将SCON寄存器中REN bit4置1，代表允许串口接收数据
• SCON寄存器中bit1 T1位，代表串口8位数据发送完毕硬件自动置1，但需要软件清0**（查询）**
• SCON寄存器bit0 R1位，代表串口8位数据接收完毕硬件自动置1，但需要软件清0**（查询）**
• PCON寄存器bit7位置1，代表波特率加倍

（2）串口数据缓冲寄存器SBUF：无需配置，数据传入即可：

有2个互相独立的接收、发送缓冲器，可以同时发送和接收数据。发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入，因而两个缓冲器可以共用一个地址码（99H）。两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器SBUF。

（3）定时器相关配置：

1. 串口为什么需要定时器？

UART 是异步通信，没有单独的时钟线，收发双方必须事先约定一个比特时间（波特率）。

• 单片机内部通常没有"波特率发生器"专用模块，于是把定时器借过来当波特率发生器用。

• 定时器以固定频率溢出（或翻转），每溢出一次就产生一个"tick"给 UART，告诉它："该发/收 1 位数据了"。

TMOD定时器模式选择寄存器：

• 将TMOD寄存器中的高四位清0(定时器1)
• 将TMOD寄存器中的bit5置1，bit4清0，代表定时器1工作在8位自动重装载模式
• 将TCON寄存器中的bit6置1，代表允许定时器1开始计数

定时器初值的计算公式：

公式：2^8-2^smod * focs / 32 / bps / 12

其中smod表示PCON的B7,根据实际情况带入，不是0就是1(波特率是否加倍)；

focs晶振频率，我是12Mhz = 12000000hz;

bps目标波特率 我是2400bps

2^8这里的8来自定时器的工作方式，因为我使用的是8位自动重装方式，所以是8

按要求2400bps，smod=1时，该公式计算结果为：230

（4）中断寄存器相关配置：

为什么需要中断寄存器？如果没有，定时器溢出之后也不会有中断产生呀
IE中断控制寄存器：

• 将IE寄存器中的bit7 EA位 置1，代表CPU能够响应所有中断
• 将IE寄存器中的bit4 ES位 置1，代表允许串口产生中断

//串口初始化
void Uart_Init(void)
{
//串口控制寄存器配置
	PCON &= ~(1 << 6);//CON寄存器中的bit6置0 代表通过SCON寄存器中SMO和SM1两位指定串口工作方式
	
	SCON &= ~(3 << 6);//将SCON寄存器中的bit6和bit7清0
	SCON |= (1 << 6);//将SCON寄存器中的SM1bit6置1，M0bit7清0(前一步已清)，表串口工作8位UART模式
	SCON |= (1 << 4);//将SCON寄存器中RENbit4置1，代表允许串口接收数据

	PCON |= (1 << 7);//CON寄存器bit7位置1，代表波特率加倍


//定时器和中断寄存器相关配置初始化  （定时器1 8位自动重装载模式）

	//定时器1
	TMOD &= ~(0xF0 << 0);//将TMOD寄存器中的高四位清0(定时器1)
	TMOD |= (1 << 5);//TMOD寄存器中的bit5置1，bit4清0(前一步已清)，代表定时器1工作在8位自动重装载模式
	//计算起始点： 2^8-2^smod *focs / 32 / bps / 12
	Tl1 = 230;
	TH1 = 230;

	TCON |= (1 << 6);//将TCON寄存器中的bit6置1，代表允许定时器1开始计数

	//定时器中断
	IE |= (1 << 7);//总开关	  将IE寄存器中的bit7EA位置1，代表CPU能够响应所有中断
	IE |= (1 << 4);//允许定时器1产生中断  将IE寄存器中的bit4 ES位置1，代表允许串口产生中断
	return;
}

十一 、串口中断服务函数------传递字符、传递字符串、传递数组

	while (1)
	{
//		 Uart_SendChar('y');
//	     Uart_SendStr("Hello world!");

		 Uart_SendBuffer(buffer, strlen(buffer));//向串口发送数组里的内容
		 delay(0x3FFF);
	
		 }
		
	}

#include <reg51.h>

xdata char recv_buffer[32];
unsigned int pos = 0;
//串口接收服务函数
void Uart_RecvHandler(void) interrupt 4
{
	if((SCON & (1 << 0)) == 1)//成功接收到8位数据 根据SCON bit0判断是否接收到
	{
		if (pos < 32)
		{
			recv_buffer[pos++] = SBUF;//一次串口中断 接收到一个字节 存入数组 并把数组下标后移一位 
		  	recv_buffer[pos] = 0;//下一个数组下标的元素值清零
		}
	  	SCON &= ~(1 << 0);//SCON bit0 软件置0；
	}

	return ;
}

//串口初始化
void Uart_Init(void)
{
//串口控制寄存器配置
	PCON &= ~(1 << 6);//CON寄存器中的bit6置0 代表通过SCON寄存器中SMO和SM1两位指定串口工作方式
	SCON &= ~(3 << 6);//将SCON寄存器中的bit6和bit7清0
	SCON |= (1 << 6);//将SCON寄存器中的SM1bit6置1，M0bit7清0(前一步已清)，表串口工作8位UART模式
	SCON |= (1 << 4);//将SCON寄存器中RENbit4置1，代表允许串口接收数据

	PCON |= (1 << 7);//CON寄存器bit7位置1，代表波特率加倍


//定时器和串口中断寄存器相关配置初始化  （定时器1 8位自动重装载模式）

	//定时器1
	TMOD &= ~(0xF0 << 0);//将TMOD寄存器中的高四位清0(定时器1)
	TMOD |= (1 << 5);//TMOD寄存器中的bit5置1，bit4清0(前一步已清)，代表定时器1工作在8位自动重装载模式
	//计算起始点： 2^8-2^smod *focs / 32 / bps / 12
	TL1 = 230;
	TH1 = 230;

	TCON |= (1 << 6);//将TCON寄存器中的bit6置1，代表允许定时器1开始计数

	IE |= (1 << 7);//总开关	  将IE寄存器中的bit7EA位置1，代表CPU能够响应所有中断
	IE |= (1 << 4);//允许串口产生中断  将IE寄存器中的bit4 ES位置1，代表允许串口产生中断
	return;
}
//向串口发送字符
void Uart_SendChar(unsigned char buff)
{
	///tip:SCON寄存器初始上电后 所有位置清零
	SBUF = buff;
	//SCON寄存器中bit1 T1位，代表串口8位数据发送完毕硬件自动置1，但需要软件清0（查询）
	while((SCON & (1 << 1)) == 0);//发送数据完毕后，硬件置1，查询是否发送
	SCON &= ~(1 << 1); //软件给此位清零
	return;
}
//向串口发送字符串
void Uart_SendStr(const char *p)
{
	while(*p)
	{
		 Uart_SendChar(*p++); //等价于*(p++)
		 //1取出当前 p 指向的值（*p）
		//2把指针 p 向后挪一个元素（p++）
	}
	return;
}
//向串口发送数组中的数据
void Uart_SendBuffer(const char *p, int lenth)
{
//	int i = 0;
//	for(i = 0; i < lenth; i++)
//	{
//		Uart_SendChar(*p);
//		p+=i;
//	}
	while(lenth--)
	{
		Uart_SendChar(*p++);
	}
	return;
}

十二、主从应答：

主机：拥有对通信绝对控制权，通信都是由主机发起

从机：无法直接发起通信，只能根据主机下发的指令完成对应操作

#include <reg51.h>
#include <string.h>
#include "uart.h"
#include "delay.h"

int main(void)
{
	xdata char buffer[32] = {0};
	
	Uart_Init();	

	while (1)
	{
//		 Uart_SendChar('y');
//	     Uart_SendStr("Hello world!");
//		 Uart_SendBuffer(buffer, strlen(buffer));
		 if(pos != 0)
		 {	 
//			 Uart_SendBuffer(recv_buffer, strlen(recv_buffer));//向串口发送数组里的内容
			 delay(0x3FFF);
			
			 if(strcmp(recv_buffer,"hello") == 0)
			 {
			  	Uart_SendStr("Hello world!");
			 }
			 if(strcmp(recv_buffer,"hi") == 0)
			 {
			 	Uart_SendStr("Hi world!");
			 }
			  pos = 0;
		 }
		
	}

	return 0;
}

十二、Modbus协议：

Modbus协议

（主机 - >从机）
起始位 地址码 功能码 数据位1 数据位2 校验码 停止位

0xAA 0x01 0x01 00 42 EE（累加和校验） 0xBB

（从机->主机）

起始位 地址码 功能码 数据位1 数据位2 校验码 停止位

0xAA 0x01 0x81 00 42 6E 0xBB

**累加和校验：**前五个之和等于校验码

功能码：bit7：数据流向位 0"表示从主机流向从机 / 1表示从从机流向主机

bit0： 1：控制LED灯

2：控制数码管(动态显示)

3：控制 蜂鸣器(频率)

4:：温度采集

总结重点：

一、主机发送指令，从机解析主机发送的指令并获得功能码，根据功能码完成对外设的控制，并回复应答给主机

（01 --- LED控制 02 --- 数码管控制 03 --- 蜂鸣器控制）

二、

1.UART的概念

2、单工、半双工、全双工概念

3、串行、并行概念

4、串行、并行区别

5、 串口通信时序

6、奇偶校验的概念/缺点

7、串口通信参数（波特率 数据位 停止位 校验位 2400 8 N 1）

8、同步、异步概念

9、主从应答的概念

10、主机、从机