51單片機串口通信

1、一、串口通信原理串口通訊對單片機而言意義重大，不但可以實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C端，而且也能實現(xiàn)計算機對單片機的控制。由于其所需電纜線少，接線簡單，所以在較遠距離傳輸中，得到了廣泛的運用。串口通信的工作原理請同學們參看教科書。以下對串口通信中一些需要同學們注意的地方作一點說明：1、波特率選擇波特率（BoudRate）就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)（bits/second）。MSC-51串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計算方法。其中，模式0和模式2波特率計算很簡單，請同學們參看教科書；模式1和模式3的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式1為例來說明串口通信波特率的選擇。在串行端口工作

2、于模式1，其波特率將由計時/計數(shù)器1來產(chǎn)生，通常設置定時器工作于模式2（自動再加模式）。在此模式下波特率計算公式為：波特率=（1+SMOD）*晶振頻率/（384*（256-TH1）其中，SMOD寄存器PCON的第7位，稱為波特率倍增位；TH1定時器的重載值。在選擇波特率的時候需要考慮兩點：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運作特點，確定通信的頻率范圍。然后考慮通信時鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時通信時鐘誤差會有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應該盡量選擇時鐘誤差最小的頻率進行通信。下面舉例說明波特率選擇過程：假設系統(tǒng)要求的通信頻率在20000bit/s以下，晶振頻率為12M

3、Hz，設置SMOD=1（即波特率倍增）。則TH1=256-62500/波特率根據(jù)波特率取值表，我們知道可以選取的波特率有：1200，2400，4800，9600，19200。列計數(shù)器重載值，通信誤差如下表：渡特率計數(shù)器垂載值TH1波特率誤差12002040.瀛24002300.16%48002430.1砒96002496.9935192002538.5135因此，在通信中，最好選用波特率為1200，2400，4800中的一個。2、通信協(xié)議的使用通信協(xié)議是通信設備在通信前的約定。單片機、計算機有了協(xié)議這種約定，通信雙方才能明白對方的意圖，以進行下一步動作。假定我們需要在PC機與單片機之間進行通信

4、，在雙方程式設計過程中，有如下約定：0 xA1:單片機讀取P0端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回PC機；0 xA2:單片機從PC機接收一段控制數(shù)據(jù)；0 xA3:單片機操作成功信息。在系統(tǒng)工作過程中，單片機接收到PC機數(shù)據(jù)信息后，便查找協(xié)議，完成相應的操作。當單片機接收到0 xA1時，讀取P0端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回PC機；當單片機接收到0 xA2時，單片機等待從PC機接收一段控制數(shù)據(jù)；當PC機接收到0 xA3時，就表明單片機操作已經(jīng)成功。3、硬件連接51單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和計算機之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如計算機的串口是RS232電平的，而

5、單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路,我們采用了專用芯片MAX232進行轉換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和計算機的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機的11腳連接，第9腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。使用MAX232串口通信電路圖(9孔串口接頭)MAX232VCCCAP-CAP*廣鼻.p知r虛口14.CAP2-CAPKRT-OUT2T3H2R

6、uQUTIRR1H2R.OOT2串口通訊的硬件電路如上圖所示為了能夠在計算機端看到單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)，我們必須借助一個WINDOWS軟件進行觀察，這里利用如下圖標的一個免費計算機串口調試軟件來觀察。串口調試助手窗口SBUF數(shù)據(jù)緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器SBUF?而不是收發(fā)各用一個寄存器。實際上SBUF包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址-99H。CPU在讀SBUF時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒

7、有及時的被響應，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H地址用關鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfrSBUF=0 x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h或at89x51.h等頭文件中已對其做了定義，只要用#include引用就可以了。SCON串行口控制寄存器通常在芯片或設備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個可以位尋

8、址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51芯片串行口的工作狀態(tài)。51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用SCON寄存器。它的各個位的具體定義如下：(MSB)(LSB)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI表8-1串行口控制寄存器SCONSM0、SM1為串行口工作模式設置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置?？幢?-2串行口工作模式設置。SM0SM1模式功能波特率000同步移位寄存器fosc/120118位UART可變1029位UARTfosc/32或fosc/641139位UART可變表8-2串行口工作模式設置在這里只說明最常用的模式1,其它的模式也就一一略過，有

9、興趣的朋友可以找相關的硬件資料查看。表中的fosc代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART為(UniversalAsynchronousReceiver)的英文縮寫。SM2在模式2、模式3中為多處理機通信使能位。在模式0中要求該位為0。REM為允許接收位，REM置1時串口允許接收，置0時禁止接收。REM是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0來禁止接收，在子程序結束處加入REM=1再次打開串口接收。大家也可以用上面

10、的實際源碼加入REM=0來進行實驗。TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2和3是要發(fā)送的第9位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。RB8接收數(shù)據(jù)位8，在模式2和3是已接收數(shù)據(jù)的第9位。該位可能是奇偶位，地址數(shù)據(jù)標識位。在模式0中，RB8為保留位沒有被使用。在模式1中，當SM2=0，RB8是已接收數(shù)據(jù)的停止位。TI發(fā)送中斷標識位。在模式0，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI置位后，申請中斷，CPU響應中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入

11、到SBUF后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(如中斷打開)，這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。RI接收中斷標識位。在模式0，接收第8位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1,申請中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。但在模式1中，SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對RI置位。同樣RI也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1是傳輸10個位的，1位起始位為0,8位數(shù)據(jù)位，低位在先，1位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器1或定時器2的定時值(溢出速率)。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片只有兩個定時器，

12、定時器0和定時器1，而定時器2是89C52系列芯片才有的。波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標準9600會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節(jié)，而實際上它是指每秒可以傳送9600個二進位，而一個字節(jié)要8個二進位，如用串口模式1來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10個二進位，9600波特率用模式1傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600一10二960字節(jié)。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M的

13、晶振來計算，那么它的波特率可以達到1M。模式2的波特率是固定在fosc/64或fosc/32，具體用那一種就取決于PCON寄存器中的SMOD位，如SMOD為0,波特率為focs/64,SMOD為1,波特率為focs/32。模式1和模式3的波特率是可變的，取決于定時器1或2(52芯片)的溢出速率。那么我們怎么去計算這兩個模式的波特率設置時相關的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算。波特率=(2SMOD一32)x定時器1溢出速率上式中如設置了PCON寄存器中的SMOD位為1時就可以把波特率提升2倍。通常會使用定時器1工作在定時器工作模式2下，這時定時值中的TL1做為計數(shù)，TH1做為自動重裝值，這個

14、定時模式下，定時器溢出后，TH1的值會自動裝載到TL1,再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預，使得定時更準確。在這個定時模式2下定時器1溢出速率的計算公式如下：溢出速率=(計數(shù)速率)/(256-TH1)上式中的“計數(shù)速率與所使用的晶體振蕩器頻率有關，在51芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器TH的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M的晶振用在51芯片上，那么51的計數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢？計算一下就知道了。如我們要得到9600的波特率，晶振為11.

15、0592M和12M，定時器1為模式2,SMOD設為1,分別看看那所要求的TH1為何值。代入公式：11.0592M9600=(2一32)x(11.0592M/12)/(256-TH1)TH1=250看看是不是和上面實例中的使用的數(shù)值一樣？12M9600=(232)x(12M/12)/(256-TH1)TH1-249.49上面的計算可以看出使用12M晶體的時候計算出來的TH1不為整數(shù)，而TH1的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對

16、波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。下位機：51單片機實現(xiàn)RS232串口通信上一期，我們已經(jīng)利用增強型51實驗板學會了單片機控制步進電機轉動的方法，這一期，我們將一起來學習一下單片機如何與PC機進行通信，一起來完成一個簡單的RS232通信實例，我們不做太多的理論，從實例出發(fā)，相信能夠給大家一個比較通俗、透徹地認識，掌握了它的原理，那你就可以編出任何和PC機進行通信的程序了。前幾期，我們學習和介紹的內容都是以單機的形式，即所有的功能都是在一塊增強型51實驗板上得以實現(xiàn)。當單片機技術具體應用到工廠、企業(yè)及各類工業(yè)、民用領域中，它肯定要與外部設置作數(shù)據(jù)傳輸，其交互性也使得單片機的應用越來越廣泛，

17、我們可以利用它來傳數(shù)據(jù)，傳控制命令等等。因此，單片機與PC機的通信是我們學習單片機技術所經(jīng)歷的必要環(huán)節(jié)，由此，也使我們的學習更具趣味性。下面我們一起來完成一個用單片機從串行口接收PC機數(shù)據(jù)，并在數(shù)碼管上顯示出來的實驗。先介紹一下串口通信基本知識。目前較為常用的串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25）。最為簡單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，本文只涉及到最為基本的接法，且直接用RS232相連。串口引腳定義如圖1所示。9針串口（DB9）25針串口（DB25）針號功能說明縮寫針號功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送

18、數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準備DTR20數(shù)據(jù)終端準備DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設備準備好DSR6數(shù)據(jù)準備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL圖1DB9和DB25的常用信號腳說明我們來看一下本次實驗的電路圖，如圖2所示，即增強型51實驗板實現(xiàn)串口通信及數(shù)碼管顯示的電路部分。圖2中的4個三極管分別與4個共陽數(shù)碼管相連，是各個數(shù)碼管的使能端，分別通過單片機的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3來控制，數(shù)碼管顯示的詳細工作原理，我們已在前幾期雜志中作過介紹，有興趣的朋友可以去看一下以前幾期的內容。圖2中

19、MAX232芯片起到RS232與TTL電平轉換的作用，我們通過9芯串口與PC機相連。圖2硬件電路原理圖下面是我們完成本次實驗的源程序代碼，使用Keil編譯軟件，將其編譯生成HEX文件，然后，通過A51編程器燒入AT89S51芯片即可。#includereg51.h#includeunsignedcharcodetab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;unsignedchardat;voidInit_Com(void)TMOD=0 x20;/定時器工作方式2，初值自動裝入PCON=0 x00;/波特率不增倍S

20、CON=0 x50;/串行工作方式設定TH1=0 xFd;/定時器初值高位TL1=0 xFd;/定時器初值低位TR1=1;/啟動定時器/*函數(shù)功能:LED數(shù)碼管延時程序*/voiddelay(void)intk;for(k=0;k9600,.N,8,1|EX：O蒂曲TECh4所示。當然，我們也可停ii龍示j帀自動淆空r十天進制顯示cACTFinm-以選擇自動發(fā)送，即每隔一定的時間，由軟件自動發(fā)送發(fā)送緩沖區(qū)內的數(shù)據(jù)，時間周期可以在軟件界面中設置?，F(xiàn)在，你已經(jīng)可以自由發(fā)揮來接收PC機發(fā)過來的數(shù)據(jù)了，只要發(fā)揮你的想象力，定義好PC機和單片機兩端的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，你可以做出任何通過電腦來對單片機進行控制

21、的程序，實現(xiàn)各種各樣的數(shù)據(jù)傳輸，遠程控制功能，比如通過PC機來控制液晶顯示、控制步進電機的轉動、控制蜂鳴器奏樂等等，您也可以將本期所講的知識與前幾期所講的關聯(lián)起來，完成功能更多，更實用的具體應用實例因此，到本期的學習，我們已經(jīng)可以將單片機與PC相連，借助PC機強大而靈活的功能，就可以為我們解決各類實際生產(chǎn)及應用型問題提供了方便。這一期的內容我RS232串口通信詳解(引腳定義，電氣特性傳輸格式，接收過程，單片機晶振,RS485,RS422)-轉串口是計算機上一種非常通用的設備通信協(xié)議。串口的引腳定義：9芯信號方向來自縮寫描述1調制解調器CD載波檢測2調制解調器RXD接收數(shù)據(jù)3PCTXD發(fā)送數(shù)據(jù)4

22、PCDTR數(shù)據(jù)終端準備好5GND信號地6調制解調器DSR通訊設備準備好7PCRTS請求發(fā)送8調制解調器CTS允許發(fā)送9調制解調器RI響鈴指示器兩個串口連接時，接收數(shù)據(jù)針腳與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳相連，彼此交叉，信號地對應相接即可串口的電氣特性：RS-232串口通信最遠距離是50英尺二15mRS232可做到雙向傳輸，全雙工通訊，最高傳輸速率20kbpsRS-232C上傳送的數(shù)字量采用負邏輯，且與地對稱邏輯1:-3-15V邏輯0:+3+15V所以與單片機連接時常常需要加入電平轉換芯片：串口通信參數(shù)：o.iunJIC72V+VCC16TloiitT2oni+Rlout_=V-GND二1MAX232Ic6R2o

23、irta）波特率：RS-232-C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。b）數(shù)據(jù)位：標準的值是5、7和8位，如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0127（7位）；擴展的ASCII碼是0-255（8位）。c）停止位：用于表示單個包的最后一位，典型的值為1,1.5和2位。由于數(shù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。d）奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。對于偶

24、和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。串口通信的傳輸格式：串行通信中，線路空閑時，線路的TTL電平總是高，經(jīng)反向RS232的電平總是低。一個數(shù)據(jù)的開始RS232線路為高電平，結束時Rs232為低電平。數(shù)據(jù)總是從低位向高位一位一位的傳輸。示波器讀數(shù)時，左邊是數(shù)據(jù)的高位。例如，對于16進制數(shù)據(jù)55aaH，當采用8位數(shù)據(jù)位、1位停止位傳輸時，它在信號線上的波形如圖1（TTL電平）和圖2（RS-232電平）所示。55

25、H=01010101B，取反后10101010B，加入一個起始位1,一個停止位0,55H的數(shù)據(jù)格式為0101010101,55HaaH=10101010B，取反后01010101B，加入一個起始位1,一個停止位0,55H的數(shù)據(jù)格式為0010101011,aaH串口通信的接收過程：（異步通信：接收器和發(fā)送器有各自的時鐘；同步通信：發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制。RS232是異步通信）（1）開始通信時,信號線為空閑（邏輯1）,當檢測到由1到0的跳變時,開始對“接收時鐘”計數(shù)。（2）當計到8個時鐘時,對輸入信號進行檢測,若仍為低電平,則確認這是“起始位”,而不是干擾信號。（3）接收端檢測到起始位后

26、，隔16個接收時鐘，對輸入信號檢測一次，把對應的值作為DO位數(shù)據(jù)。若為邏輯1,作為數(shù)據(jù)位1；若為邏輯0,作為數(shù)據(jù)位0。（4）再隔16個接收時鐘，對輸入信號檢測一次，把對應的值作為D1位數(shù)據(jù)。，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。（5）檢測校驗位P（如果有的話）。（6）接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個數(shù)和校驗位后，通信接口電路希望收到停止位S（邏輯1），若此時未收到邏輯1,說明出現(xiàn)了錯誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯誤”標志。若沒有錯誤，對全部數(shù)據(jù)位進行奇偶校驗，無校驗錯時，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中送數(shù)據(jù)輸入寄存器。若校驗錯，在狀態(tài)寄存器中置奇偶錯標志。7）本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。8）當信號再次變?yōu)榈蜁r，開始進入下一幀的檢測。3IAHMIL)BlIMlJBlJARTDECEIVEDDATAstartbitDOSITJARTH6xC.CC8ClOCKCYCLES15CYCLES單片機常用110592M的的晶振，這個奇怪數(shù)字是有來歷的:波特率為9600BPS每位位寬t1=1/9600s晶振周期t2=1/11.0592/1000000S單片機機器周期t3=12*t2t1/t3=96即對于9600BPS的串口，單片機對其以96倍的速率進行采樣。如果單片機晶振用的不正確，會對串口接受產(chǎn)生誤碼。關于單片機晶振的選擇和寄存器設置詳見