51单片机学习9 串口通讯

一、串口通讯简介
- UART
- STC89C51RC/RD+的串口资源
二、51单片机串口介绍
- 1. 内部结构
- 2. 寄存器
- - （1）串口控制寄存器SCON
  - （2）电源控制寄存器PCON
- 3. 计算波特率
- 4. 串口配置步骤
三、开发示例
- 1. 硬件电路
- 2. 代码实现

在这里插入图片描述

一、串口通讯简介

51单片机的串口通信是通过内置的串行通信口（UART）实现的，常用于与外部设备进行数据交换。
串口通信是一种基于串行传输的数据通信方式，通过一根数据线和一根时钟线（或不需要时钟线）进行数据传输。数据按照一定的规则和时序被发送和接收。

UART

串口通信通常使用异步串行通信协议（UART），其中数据按照一定的帧格式进行传输，包括起始位、数据位、校验位和停止位等。常见的串口通信速率（波特率）有9600、19200、38400等。

STC89C51RC/RD+的串口资源

STC89C51RC/RD+内置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。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。

二、51单片机串口介绍

1. 内部结构

在这里插入图片描述
如图所示：

TXD：接P3.1引脚
RXD：接P3.0引脚
SBUF 是缓冲区，分为发送缓冲区和接收缓冲区。
TH1和TL1是定时器1的功能，需要工作在方式2（自动重载模式），用来设置波特率；
接收数据时，数据从引脚接收，通过移位寄存器接收到 SBUF，然后控制寄存器把RI置1（接收中断），然后触发中断；
发送数据时，SBUF传到控制门，由发送控制器控制TI 触发中断；

2. 寄存器

（1）串口控制寄存器SCON

SCON 寄存器结构：

Bit:   7      6      5      4      3      2      1      0
      ┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
      │ SM0 │ SM1 │ SM2 │ REN │ TB8 │ RB8 │ TI  │ RI  │
      └────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘

SCON 寄存器各位的功能：

位7-5：SM0、SM1、SM2（串口工作模式位）：
这三位用于设置串口工作的不同模式。它们的具体含义如下：
SM0、SM1：用于设置串口工作的模式，共有四种工作模式，包括模式0、模式1、模式2和模式3。

SM1	SM0	工作模式	描述
0	0	模式0	移位寄存器，波特率固定
0	1	模式1	10位异步收发器（8位数据），波特率可变
1	0	模式2	11位异步收发器（9位数据），波特率固定
1	1	模式3	11位异步收发器（9位数据），波特率可变

SM2：用于设置串口是否工作在多机通信模式，一般工作在单机模式时，该位为0。
位4：REN（接收允许位）：该位用于控制串口的接收功能，置1时允许串口接收数据，清0时禁止串口接收数据。
位3：TB8（发送位8）：该位用于设置在串口工作在模式2或模式3时发送的数据的第9位，通常用于设置奇偶校验位。
位2：RB8（接收位8）：该位用于存储在串口接收到的数据的第9位，通常用于接收端的奇偶校验检测。
位1：TI（发送中断标志位）：该位用于指示串口发送数据的中断标志，发送完一帧数据后会被置1，需要在中断服务程序中清零。
位0：RI（接收中断标志位）：该位用于指示串口接收数据的中断标志，接收到一帧数据后会被置1，需要在中断服务程序中清零。

（2）电源控制寄存器PCON

PCON全称为Power Control Register（电源控制寄存器），它包含了一些与单片机的电源管理相关的控制位。

PCON寄存器结构：

Bit:   7      6      5      4      3      2      1      0
      ┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
      │ SMOD │ SMOD0│---- │ ---- │ ---- │ ---- │ POF0 │ POF1 │
      └────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘

PCON寄存器各位的功能：

位7：SMOD（串口波特率倍增控制位）：
- SMOD用于控制串口波特率是否加倍。置1时，串口波特率加倍；清0时，不加倍。
位6：SMOD0（串口0波特率倍增控制位）：
- 该位是SMOD的扩展位，一般在多串口通信时使用。SMOD置1时，SMOD0表示串口0的波特率是否加倍；SMOD清0时，该位无效。
  其它位与串口通讯没大关系。

3. 计算波特率

使用本文开源地址里的 51 波特率计算.exe 工具：
注意软件里设置定时器1的定时器方式，不是串口的工作方式。
SMOD：是否倍频（不是波特率加倍，只是计算初始值变化）。

在这里插入图片描述
晶振频率最好使用11.0592，这样误差比较小。

4. 串口配置步骤

通过TMOD寄存器确定定时器T1工作方式2（自动重载）；
通过SCON寄存器确定串口工作方式；
计算T1的初值，设定波特率，装载 TH1，TL1；
启动定时器T1；
开启中断；
串口初始化；

三、开发示例

1. 硬件电路

在这里插入图片描述
开发板使用USB转串口电路，同时也是下载模块的电路。

2. 代码实现

本代码效果：串口接收数据后，原样返回串口。

uart_utils.c

#include "uart_utils.h"
#include <reg52.h>

/**
* @brief 串口初始化
*/
void uart_init(u8 baud){
    // 设置计数器1的工作方式2
    TMOD = 0x20;
    // 设置定时器1的工作方式1
    SCON = 0x50; // 0b01010000 
    // 波特率倍频
    PCON = 0x80; // 0b10000000
    // 计数器初始值
    TH1 = baud;
    TL1 = baud;
    // 打开接收中断
    ES = 1; 
    // 打开总中断
    EA = 1;
    // 启动定时器1
    TR1 = 1;
}
/**
* @brief 串口发送数据
*/
void uart_send(u8 dat){
    SBUF = dat;
    while(!TI);
    TI = 0;
}
/**
* @brief 使用中断接收串口数据
*/
void uart_recv() interrupt 4{
    u8 dat;
    if(RI){
        RI = 0;
        dat = SBUF;
        uart_send(dat);
    }
}

main.c

#include <reg52.h>
#include "led_utils.h"
#include "common_utils.h"
#include "types.h"
#include "timer_utils.h"
#include "uart_utils.h"

/**
* @brief 主函数
*/
main()
{
	// 关闭所有led
	led_all_off();
	uart_init(0xfa);
	while(1)
	{
		
	}
}