51单片机-串口通信

1.基本概念

（1）串行通信，并行通信

通信方式	数据传输方式	所需数据线数量	传输速度	传输距离	抗干扰能力	硬件成本	常见接口/应用
串行通信	数据一位一位 (bit) 依次传输	少（通常 1 根数据线 + 控制线）	相对较低（单次仅 1 bit），但可通过高速协议弥补	长距离可靠（可达数米到数十公里）	高（线少、同步机制强）	成本低（布线简单）	UART、SPI、I²C、USB、CAN、RS232、RS485
并行通信	多个位（一般 8 位或 16 位）同时在多条线上并行传输	多（一般 8/16/32 根数据线 + 控制线）	高（一次传多个 bit）	短距离（通常在 PCB 内或板间连接）	差（易受时序偏差和干扰影响）	成本高（线多、排布复杂）	内存总线、CPU 与外设总线、老式打印机并口 (LPT)

（2）单工，半双工，全双工通信

通信方式	传输方向	是否可同时双向	带宽利用率	常见接口/标准	典型应用场景	举例
单工 (Simplex)	只能单向传输	否	低（仅一方使用通道）	无特殊接口要求	信息广播、数据采集	收音机、电视广播、键盘输入
半双工 (Half Duplex)	可双向传输，但同一时刻只能一个方向	否	中等（通道可切换方向，但有等待时间）	RS485、对讲机协议	节点较多但不要求实时双向通信的总线系统	对讲机、RS485 总线、旧式无线电台
全双工 (Full Duplex)	可双向传输	是（同时收发）	高（收发通道同时利用）	RS232、UART、TCP/IP、光纤通信	实时交互、数据吞吐要求高	电话、以太网、UART 串口通信

（3）什么是串口通信

串口通信：指通过串行接口（如 UART）逐位传输数据的通信方式。

（4）串口通信的通信时序

空闲时数据线为高电平；

发送发发送一个低电平表示起始位；

发送的第一个比特是最低为(最右边);

校验位分为奇校验，偶校验和无校验。奇校验是指确保数据位加上校验位中"1"，1的总数为奇数；偶校验是指确保数据位加上校验位中"1"，1的总数为偶数；

为保证下一个字节发送前的起始位能够表现出来，校验位之后发送一个停止位1。

（5）串口通信的速率（波特率）

决定因素：

串口的时钟频率（晶振 + 分频器）。

通信双方必须设置为相同的波特率。

常见波特率 ：

9600、19200、38400、57600、115200、230400 bps 等。

（6）同步通信、异步通信

同步通信：通信双方共享同一个时钟信号，数据和时钟同步进行（如 SPI、I²C）。

异步通信：没有公共时钟，用起始位/停止位来实现同步（如 UART）。

串口通信（UART） ：属于 异步通信。

（7）TTL，RS232，RS485

标准	电平范围	逻辑定义	通信方式	传输距离	特点/应用场景
TTL	0V（低） ~ 5V/3.3V（高）	高电平=1，低电平=0	单端	< 1m	芯片之间短距离通信，常见于 MCU、模块接口（如 STM32、Arduino 的 UART）
RS232	-3V ~ -15V 表示逻辑 1；+3V ~ +15V 表示逻辑 0（与 TTL 相反）	反逻辑	点对点	≤ 15m	早期电脑串口、调制解调器，抗干扰比 TTL 强
RS485	差分信号：A、B 两根线电压差	A-B > +200mV = 1；A-B < -200mV = 0	半双工或全双工（多点总线）	≤ 1200m	抗干扰强，支持多机通信，常用于工业现场总线、485 转换器

2.代码

（1）初始化

cs 复制代码

void init_uart(void)
{
	unsigned char t;
	t = SCON;
	t &= ~(3 << 6);
	t |= (1 << 6) | (1 << 4);
	SCON = t;

	PCON |= (1 << 7);
	TCON |= (1 << 6);

	t = TMOD;
	t &= ~(0xFFFF);
	t |= (1 << 5);
	t |= (1 << 0);
	TMOD = t;
	TH1 = 204;
	TL1 = 204;
	TH0 = a >> 8;
	TL0 = a;

	IE |= (1 << 4) | (1 << 7) | (1 << 1);
	 
}

（2）发送函数

cs 复制代码

void send_char(char ch)
{
	SBUF = ch;
	while((SCON & (1 << 1)) == 0);
	SCON &= ~(1 << 1);
}


void send_buffer(const char *p, int len)
{
	while(len--)
	{
		send_char(*p++);
	}
}

（3）串口中断服务函数

cs 复制代码

xdata char rcv_buffer[64] = {0};
int pos = 0;

void uart_handler(void) interrupt 4
{
	if((SCON & (1 << 0)) != 0)
	{
		rcv_buffer[pos++] = SBUF;
		SCON &= ~(1 << 0);
	}
}

8051 的存储空间分为几类：

DATA：内部 RAM 的低 128 字节（0x00 ~ 0x7F），可直接寻址。

IDATA：内部 RAM 的全部 256 字节（0x00 ~ 0xFF），间接寻址。

XDATA ：外部 RAM（0x0000 ~ 0xFFFF，最大 64KB），通过 MOVX 指令访问。

CODE：程序存储器（ROM/Flash），存放程序和常量。

（4）检验大小端存储函数

cs 复制代码

void check_mcu_endianness(void)
{
    int n = 0x1234;
    unsigned char *s = (unsigned char *)&n;
    int i;
    for (i = 0; i < sizeof(n); ++i)
    {
        sprintf(buffer, "%X", s[i]);  
        send_buffer(buffer, strlen(buffer));
        send_char(' ');                 
    }
    send_char('\n');
}

（5）检测51单片机中数据类型所占用的字节

cs 复制代码

int n;
n = sizeof(int);
sprintf(buffer, "int size = %d", n);
send_buffer(buffer, strlen(buffer));

（6）通信协议解析函数

cs 复制代码

unsigned char sumOfTheArray(unsigned char *p, int len)
{
	unsigned char sum = 0;
	int i;
	for(i = 0;i < len; ++i)
	{
		sum += p[i];
	}
	return sum;
}

void timer0_handler(void)  interrupt 1
{  
	P2 ^= (1 << 1);
	TH0 = a >> 8;
	TL0 = a;
}

int *p;
int n = 0;

void parse(void)
{
	if((unsigned char)rcv_buffer[0] == 0xAA && (unsigned char)rcv_buffer[pos - 1] == 0x0D)
	{
		if((unsigned char)rcv_buffer[1] == 0x01)
		{
			if(sumOfTheArray(rcv_buffer, 5) == (unsigned char)rcv_buffer[5])
			{
				if((unsigned char)rcv_buffer[2] == 0x01)
				{					
					p = (int *)&rcv_buffer[3];
					n = *p;
					TCON &= ~(1 << 4);
				}
				else if((unsigned char)rcv_buffer[2] == 0x02)
				{
					p = (int *)&rcv_buffer[3];
					n = *p;
					
					if(200 == n)
					{
						a = HZ200;
						TCON |= (1 << 4);	
					}
					else if(400 == n)
					{
						a = HZ400;
						TCON |= (1 << 4);
					}
				}
			}
		}
	}	
}


int main(void)
{
	init_uart();
	while(1)
	{
		 if(pos != 0)
		 {
			delay(0xFFFF);
			parse();
			pos = 0;
			memset(rcv_buffer, 0, sizeof(rcv_buffer));
		 }
		 show_number(n);
	}
}