• 单片机外设-串口(UART)详情


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    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

    ​编辑

    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

    五:串口通信介绍(UART)

    (1)接口标准

    ①公头

    ​编辑

    ②母头

    (2)DB9、DB25 管脚定义:

    (3)通信协议

    96

    N    

    8

    1

    (4)串口内部结构

    (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

    ​编辑

    SM2:多机通信控制位,主要用于方式 2 和方式 3

    REN:

    TB8

    RB8

    TI

    RI

    电源控制寄存器 PCON

    (6)串口工作方式

    方式0:

    方式1:

    方式2 和 方式3:

    (7)串口的使用方式

    如何计算波特率?

    串口的初始化流程使用

    串口初始化程序步骤

    基于51单片机 RS-232 电路图

    程序设计


    学习UART要先认识一些基础知识

    (1)串行、并行

    (2)异步、同步

    (3)单工、半双工、全双工

    一:什么是串行、并行通信?

    (1)串行通信

    串行通信概念:

    串行通信是一种通信的执行方式,它使用一根数据线,将数据进行一位一位传输,他有固定的长度

    数据一字节有7个比特位,常用于计算机与计算机和外设的通信。

    串行通信的特点:

    (1)传输线少,长距离传送时成本低,因为只有一根数据线;

    (2)数据的传送控制比并行通信复杂。


    (2)并行通信

    并行通信概念:

    并行通信他是指一种通信的执行方式,他采用多条数据线同时进行传送,通常8位、16位、32位一起传输。

    并行通信特点:

    (1)并行通信,他控制简单,传输速度快;

    (2)传输线较多,较长的传输距离成本较高,抗干扰能力较差;


    二:什么是异步通信、同步通信?

    (1)异步通信

    异步通信概念:

    异步通信他是指一种通信方式,通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发生和接收过程。为使双方的收发协调,要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。

    异步通信使用 数据帧为单位进行传输,字符与字符之间的间隙是任意的,每个字符中的各位是固定时间传送的,即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍关系,同一字符内的各位之间距离为“位间隔”的整数倍。

    异步通信特点:

    (1)不要求收发方时钟一致,实现容易

    (2)设备开销小,每个字符要加2~2位用于起止位,传输效率不高

    (2)同步通信

    同步通信概念:

    同步通信是一种通信方式,他需要建立发送方时钟对接收方时钟直接控制,使双方通信达到完全同步;传输数据的位间隔均为“位间隔”的整数倍。同时传送的字符间不留间隔,即保持位同步关系,也保持字符同步关系。

    实现同步两种方法:

    1、外同步

    外同步的方法是,发送端发送数据之前先发送同步时钟信号,接收方用这一同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率,以此来达到收发双方位同步的目的

    2、自同步

     自同步法:接收方利用包含有同步信号的特殊编码(如曼彻斯特编码)从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率,达到同步目的。

    同步通信特点:

    (1)可以实现高速度、大容量的数据传送。

    (2)要求发生时钟和接收时钟保持严格同步,同时硬件复杂。


    三:什么是单工、半双工、全双工通信?

    单工通信

    单工是指数据传输仅能沿一个方向,不能实现反向传输

    半双工通信

    半双工是指数据传输可以沿两个方向,但需要分时进行

    全双工通信

    全双工是指数据可以同时进行双向传输

    四:如何衡量 通信性能标准?

    通信速率

    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

    1. void uart_init(u8 baud)
    2. {
    3. TMOD|=0X20; //设置计数器工作方式 2
    4. SCON=0X50; //设置为工作方式 1
    5. PCON=0X80; //波特率加倍
    6. TH1=baud; //计数器初始值设置
    7. TL1=baud;
    8. ES=1; //打开接收中断
    9. EA=1; //打开总中断
    10. TR1=1; //打开计数器
    11. }
    12. uart_init(0XFA); //波特率为 9600

    基于51单片机 RS-232 电路图

    程序设计

    1. #include "reg52.h"
    2. typedef unsigned char u8;
    3. typedef unsigned int u16;
    4. // 只需要对特殊寄存器进行配置,就能进行通信
    5. // 串口初始化 定时1 八位自动装载 使用u8类型就可以了
    6. void uart_init(u8 band)
    7. {
    8. 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160x20
    9. 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
    10. PCON = 0x80; // 使用倍频
    11. TH1 = band; // 定时器的初值 自动装载 从TL1计数到TH1
    12. TL1 = band;
    13. ES = 1; // 串口中断打开
    14. EA = 1; // 总中断打开
    15. TR1 = 1; // 定时器打开
    16. }
    17. //void deplay_time(u16 time)
    18. //{
    19. // while(time--);
    20. //}
    21. void main()
    22. {
    23. uart_init(0xFA);
    24. while(1)
    25. {
    26. }
    27. }
    28. // 串口中断函数
    29. void uart() interrupt 4 // 串口中断4
    30. {
    31. u8 rec_data =0; // 定义一个变量来接收 SBUF的数据 ,进行初始化
    32. RI=0; // RI 清零
    33. rec_data = SBUF;// 读取SBUF 数据 ,定义一个变量来接收
    34. SBUF = rec_data;// 发送数据 需要把数据发送给SBUF,自动控制传送
    35. while(!T1); // 等T1 循环 要是为0 自动退出
    36. T1 = 0; // 在将T10
    37. }

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/m0_68021259/article/details/133129346