51单片机串口通信

一、硬件结构

1.1 串口硬件结构

有两个物理上独立的接受、发送缓冲器SBUF，占用了同一个地址99H。
在软件编写时，发送、接受都使用SBUF。
内部使用T1定时器来控制波特率。

1.2 串口控制寄存器

1.2.1 SCON寄存器

SCON寄存器是一个特殊功能寄存器，用来设定串行口的工作方式、接受/发送控制以及设置状态标志。

• SM0和SM1为工作模式选择位，共4种方式，通常使用方式1
  

• SM2 多机通信控制位，主要用于方式2和方式3
  📌当接收机的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，进而在中断服务函数中将数据从SBUF中读走

  📌当SM2=0时，不论收到的RB8为0还是1，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活RI，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，通常SM2=0。
  在方式0时，SM2必须为0。
  在方式1，如果SM2=1，则之后接收到有效停止位时，RI才置1。

• 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。
  通常REN=1。

• TB8在方式2/3中，是发送数据的第9位
  可以用软件规定其作用：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0/1中，未使用。

• RB8在方式2/3中，是接收数据的第9位
  可以用作奇偶校验位或者地址帧/数据帧的标志位。
  在方式1中，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中，当串行发送第8位数据结束时，或在其他方式，串行发送停止位开始时，由内部硬件使TI置1，向CPU发送中断请求。
  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，当串行接收第8位数据时，或在其他方式，串行接收到停止位的中间时，由内部硬件使RI置1，向CPU发送中断请求。
  在中断服务程序中，必须用软件将其清0，取消此中断申请。
  使用方式1时，SCON寄存器的配置
  低4位, TB8、RB8、TI、RI在设置模式时，都设置为0
  
  SCON设置为0x50

1.2.2 PCON寄存器

其中只有一位SMOD与串行口工作有关。

SMOD(PCON7)波特率倍增位。
在串口方式1、2、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

二、波特率计算

在串行通信中，收发双方发送或接收数据的速率要有约定。
通过软件可将单片机串口编程为4种工作模式。

• 方式0、2的波特率固定
• 方式1、3的波特率可变，由定时器T1来决定。

当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动重装载的8位定时器模式，即方式2。
TCON的TR1=1，以启动定时器。
串口工作在方式1的波特率计算公式：
$$Baud=2^{SMOD}/(32\times T1的定时时间)$$

三、程序编写

3.1 步骤

串口工作之前，应对其进行初始化工作，主要是设置产生波特率的定时器1，串口控制和中断控制。

1. 确定T1的工作方式(编程TMOD寄存器)
2. 计算T1的初值，重载TH1、TL1
3. 启动T1(编程TCON中的TR1位)
4. 确定串口控制(编程SCON寄存器)
5. 串口在中断方式工作时，要进行中断设置(编程IE寄存器，IP寄存器用来设置优先级，一般不用改变)
6. 打开串口中断以及总中断

3.2 示例程序

示例程序分为3个文件：uart.c、uart.h和main.c
uart.c文件

#include "uart.h"

//串口初始化 
//晶振11.0592MHz
//设置的波特率为9600
void Uart_Init(){  
    //设置T1定时器
    TMOD=0x20;  //定时器工作在方式2
    //定时器初值
    TH1=0xfa;
    TL1=0xfa;  //自动重装载
    //SMOD是在PCON寄存器中，且不能使用位操作   
    PCON=0x80;  //1000 0000  倍频
    //打开定时器 
    TR1=1;
    //设置串行口控制 SCON
    SCON=0x50;
    
    //打开中断
    ES=1;  //打开串口中断
    EA=1;  //打开总中断
}
// 说明
// 设置的波特率为9600，其中的倍频，并不是将9600翻倍变为9600*2
// 而是在波特率为9600的情况下，改变了定时器T1的初值。


//中断服务函数
//接收到的数据在SBUF这个寄存器中，SBUF是系统自定义好的，一个字节。
void Uart_IRQ() interrupt 4 {
    u8 rData;   
    rData=SBUF;  
    //RI清零等待下一次接收，取消中断申请，置1的过程是硬件自动完成的
    RI=0;  
    
    //将数据返回给发送方
    //通过发送缓冲器 SBUF
    SBUF=rData;
    //发送完成后 TI会被硬件置1
    while(!TI);  //等待数据发送完成
    TI=0;  //软件清零，等待下一次发送
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42

对于串口通信，是一个字节一个字节的发送和接收，每发送/接收一个字节就会进入中断，处理这个字节。
51单片机中的发送/接收缓冲器都是SBUF，但是两者是有做隔离的(系统会自动区分)。

uart.h文件

#ifndef _UART_H_
#define _UART_H_

#include 
void Uart_Init(void);

#endif
1
2
3
4
5
6
7

main.c文件

#include 
#include "uart.h"

void main(){
    Uart_Init();
    while(1);
}
1
2
3
4
5
6
7