第5章-單片機(jī)串口通信

第5章單片機(jī)的串口通信

5.1單片機(jī)串行口通信知識1.并口通信和串口通信（數(shù)據(jù)通信的兩種常用形式）并行傳送特點：傳送速度快，但因需要多根傳輸線，故一般只在近距離（3米、5米、7米）通信中使用。否則，相互干擾大，無法快速傳送（1）并口方式——數(shù)據(jù)的各位同時發(fā)送或同時接收。一、串口工作原理（2）串行方式——數(shù)據(jù)的各位依次逐位發(fā)送或接收。串行傳送特點：傳輸速度慢，但因只需較少傳輸線，抗干擾強(qiáng)，故適合于遠(yuǎn)距離通信。RXD（P3.0）和TXD（P3.1）用于串行信號或時鐘信號的傳入或傳出。計算機(jī)串行接口按照傳輸數(shù)據(jù)流向，串行通信具有3種傳輸形式：在單工制式下，通信線的一端為發(fā)送器（TXD），一端為接收器（RXD），數(shù)據(jù)只能按照一個固定的方向傳送。在半雙工制式下，系統(tǒng)由一個TXD和一個RXD組成，但不能同時在兩個方向上傳送，收發(fā)開關(guān)由軟件方式切換。在全雙工制式下，通信系統(tǒng)每端都有TXD和RXD，可以同時發(fā)送和接收，即數(shù)據(jù)可以在兩個方向上同時傳送。實際應(yīng)用中，盡管多數(shù)串行通信接口電路具有全雙工功能，但仍以半雙工為主（簡單實用）。2.同步通信同步傳輸方式中發(fā)送方和接收方的時鐘是統(tǒng)一的、字符與字符間的傳輸是同步無間隔的。

——以字符為單位組成字符幀進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳送。3.異步通信一幀數(shù)據(jù)由起始位、數(shù)據(jù)位、[可編程位]和停止位構(gòu)成異步傳輸方式并不要求發(fā)送方和接收方的時鐘完全一樣，字符與字符間的傳輸是異步的。起始位：位于數(shù)據(jù)幀開頭，占1位，始終為低電平，用于向接收設(shè)備表示發(fā)送端開始發(fā)送1幀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位：要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，可以是字符或數(shù)據(jù)，一般為5～8位，由低位到高位依次傳送?？删幊涛唬何挥跀?shù)據(jù)位之后，占1位，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的校驗，或傳送多機(jī)串行通信的聯(lián)絡(luò)信息。停止位：位于數(shù)據(jù)位末尾，占1位，始終為高電平，用于向接收端表示1幀數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢。異步通信特點：對收發(fā)雙方的時鐘精度要求較低（收發(fā)雙方不同步時，能依靠在每幀開始時的不斷對齊，自行糾正偏差）；傳送速度較低（每個字節(jié)都要建立一次同步）。波特率：每秒發(fā)送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，即bps(bitpersecond)(位/秒)4.波特率國際推薦波特率：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特等。串行通信的收發(fā)雙方必須采用相同的波特率。在串行通信的數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳送的，數(shù)據(jù)傳輸速率用波特率指標(biāo)衡量。5.串行數(shù)據(jù)緩沖器，SBUF在物理上有兩個SBUF：一個用于發(fā)送，另一個用于接收。在邏輯上只有一個SBUF（99H）。可根據(jù)用法區(qū)分功能：ucharcounter;

待發(fā)送存放變量…SBUF=counter;完成一次數(shù)據(jù)發(fā)送…counter=SBUF;完成一次數(shù)據(jù)接收CPU(1)串口控制寄存器，SCON（98H）SM2、TB8、RB8主要用于多機(jī)通訊二、串行口工作方式SM0和SM1：串行工作方式定義位。通過SM0和SM1不同的取值，可定義4種串行通信工作方式。串行口工作方式SM0SM1工作方式功能說明波特率00方式0同步移位寄存器，用于I/O擴(kuò)展fosc/1201方式110位異步收發(fā)器由定時器T1溢出率控制10方式211位異步收發(fā)器fosc/32或fosc/6411方式311位異步收發(fā)器由定時器T1溢出率控制(2)電源控制寄存器，PCON（87H）SMOD可使由定時器產(chǎn)生的通信時鐘速率加倍（3）波特率的計算在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過軟件可對單片機(jī)串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。串行口的四種工作方式對應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計算公式也不相同。方式0的波特率=fosc/12方式2的波特率=（2SMOD/64）·fosc方式1的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）方式3的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時，最典型的用法是使T1工作在自動再裝入的8位定時器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動定時器）。這時溢出率取決于TH1中的計數(shù)值。

T1溢出率=fosc/{12×32[256－（TH1）]}

在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率為：12MHz和11.0592MHz。所以，選用的波特率也相對固定。常用的串行口波特率以及各參數(shù)的關(guān)系如表所示。串口工作方式波特率晶振foscSMOD定時器初值TH1方式1或方式31920011.059MHz1FDH960011.059MHz0FDH480011.059MHz0FAH240011.059MHz0F4H串行口工作之前，應(yīng)對其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時器1、串行口控制和中斷控制。具體步驟如下：確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；計算T1的初值，裝載TH1、TL1；啟動T1（編程TCON中的TR1位）；確定串行口控制（編程SCON寄存器）；串行口在中斷方式工作時，要進(jìn)行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）。

5.2單片機(jī)與單片機(jī)的串口通信項目項目單片機(jī)與單片機(jī)之間交換信息，常稱為雙機(jī)通信。對于雙機(jī)通信常采用查詢方式和中斷方式設(shè)計應(yīng)用程序。中斷方式實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)提高了單片機(jī)的工作效率。動手做——畫出硬件電路圖

單片機(jī)A的P1口的P1.0和P1.7連接按鍵開關(guān)K1和K2，按鍵開關(guān)控制了P1口的輸入數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過串行口送到B單片機(jī)的P1口，控制了D1和D2二個紅色LED燈的亮暗。同樣，單片機(jī)B的P2口的P2.0和P2.3連接按鍵開關(guān)K3和K4，按鍵開關(guān)控制了P2口的輸入數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)通過串行口送到B單片機(jī)的P2口，控制了D3和D4二個紅色LED燈的亮暗。單片機(jī)與單片機(jī)的串口通信項目可以采用查詢方式和中斷方式二種。1.查詢方式串口程序設(shè)計單片機(jī)A的程序設(shè)計如下。#include<reg51.h>/*************主程序***************/voidmain(){ TMOD=0x20;//定時器1工作方式2 TL1=0xfd;TH1=0xfd;//初值，波特率9600 SCON=0xd0;PCON=0x00;//串口方式3，接收允許，發(fā)送數(shù)據(jù)

TR1=1;//開定時器1 while(1) { SBUF=P1;//將單片機(jī)A按鍵形成的P1口數(shù)據(jù)送串口

while(!TI);//等待數(shù)據(jù)送完

TI=0;//數(shù)據(jù)送完，軟件清零

while(!RI);//等待接收單片機(jī)B的數(shù)據(jù)

RI=0;//數(shù)據(jù)接收完，軟件清零

P2=SBUF;//將接收B的數(shù)據(jù)，從AP2口送出

}} 單片機(jī)B的程序設(shè)計如下。#include<reg51.h>/*************主程序***************/voidmain(){ TMOD=0x20;//定時器1工作方式2 TL1=0xfd;TH1=0xfd;//初值，波特率9600 SCON=0xd0;PCON=0x00;//設(shè)置串行口方式3：接收允許，發(fā)送數(shù)據(jù) TR1=1;//開定時器1 P1=0xff;//關(guān)閉LED while(1) { while(!RI);//串口等待接收單片機(jī)A按鍵形成的數(shù)據(jù)

RI=0;//接收完數(shù)據(jù)后，軟件清零

P1=SBUF;//將接收A數(shù)據(jù)送B的P1口輸出

SBUF=P2;//將單片機(jī)B的P2口的數(shù)據(jù)送串口

while(!TI);//等待送完數(shù)據(jù)

TI=0;//送完數(shù)據(jù)，軟件清零

}} 單片機(jī)B的程序設(shè)計如下。#include<reg51.h>/*************主程序***************/voidmain(){ TMOD=0x20;//定時器1工作方式2 TL1=0xfd;TH1=0xfd;//初值，波特率9600 SCON=0xd0;PCON=0x00;//設(shè)置串行口方式3：接收允許，發(fā)送數(shù)據(jù) TR1=1;//開定時器1 P1=0xff;//關(guān)閉LED while(1) { while(!RI);//串口等待接收單片機(jī)A按鍵形成的數(shù)據(jù)

RI=0;//接收完數(shù)據(jù)后，軟件清零

P1=SBUF;//將接收A數(shù)據(jù)送B的P1口輸出

SBUF=P2;//將單片機(jī)B的P2口的數(shù)據(jù)送串口

while(!TI);//等待送完數(shù)據(jù)

TI=0;//送完數(shù)據(jù)，軟件清零

}} 2.中斷方式串口程序設(shè)計單片機(jī)A的程序設(shè)計如下。#include<reg51.h>/*************主程序***************/voidmain(){ TMOD=0x20;//定時器1工作方式2 TL1=0xfd;TH1=0xfd;//初值，波特率9600 SCON=0xd0;PCON=0x00;//設(shè)置串行口方式3：接收允許，發(fā)送數(shù)據(jù)

ES=1;//允許串口

EA=1;//允許中斷

TR1=1;//開定時器1 while(1) { SBUF=P1;//將A按鍵形成的P1口數(shù)據(jù)送串口

while(!TI);//等待數(shù)據(jù)送完

TI=0;//數(shù)據(jù)送完，軟件清零

}} voidS_receive()interrupt4{ EA=0; RI=0;//數(shù)據(jù)接收完，軟件清零

P2=SBUF;//將接收到的B數(shù)據(jù)，從A的P2口輸出

EA=1;//開中斷}單片機(jī)B的程序設(shè)計如下。#include<reg51.h>/*************主程序***************/voidmain(){ TMOD=0x20;//定時器1工作方式2 TL1=0xfd;TH1=0xfd;//初值，波特率9600 SCON=0xd0;PCON=0x00;//設(shè)置串行口方式3：接收允許，發(fā)送數(shù)據(jù)

P1=0xff;//關(guān)閉LED ES=1;//允許串口

EA=1;//允許中斷

TR1=1;//開定時器1 while(1) { SBUF=P2;//將單片機(jī)B的P2口的數(shù)據(jù)送串口

while(!TI);//等待送完數(shù)據(jù)

TI=0;//送完數(shù)據(jù)，軟件清零

}} voidS_receive1()interrupt4{ EA=0; RI=0;//接收完數(shù)據(jù)后，軟件清零

P1=SBUF;//將接收到的A的數(shù)據(jù)送B的P1口輸出

EA=1;}仿真運(yùn)行圖

5.3單片機(jī)與PC之間的通信項目設(shè)計項目單片機(jī)與PC電腦之間的通信是串口通信，需采用RS-232C或USB串行接口，單片機(jī)與電腦的串行接口不能直接相連，需要轉(zhuǎn)換。動手做——畫出硬件電路圖

RS-232C串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及其接口

。

1.單片機(jī)串口RXD/TXD電平為TTL電路

邏輯“1”：+5V邏輯“0”：0V2.計算機(jī)RS-232C的電氣標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯，即：邏輯“0”：+5V～+15V

邏輯“1”：-5V～-15V

因此，RS-232C不能和TTL電平直接相連，否則將使TTL電路燒壞，實際應(yīng)用時必須注意。RS-232C和TTL電平之間必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，常用的電平轉(zhuǎn)換集成電路MAX232。

MAX232引腳圖。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)總線為25根，可采用標(biāo)準(zhǔn)的DB-25和DB-9的D型插頭。目前計算機(jī)上只保留了兩個DB-9插頭，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。引腳名稱功能引腳名稱功能1DCD載波檢測6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成2RXD發(fā)送數(shù)據(jù)7RTS發(fā)送請求3TXD接收數(shù)據(jù)8CTS發(fā)送清除4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備完成9RI振鈴指示5SG(GND)信號地線在簡單的RS232-C標(biāo)準(zhǔn)穿性通信中，僅連接發(fā)送數(shù)據(jù)（2）、接收數(shù)據(jù)（3）和信號地（5）三個引腳即可。實現(xiàn)TTL電平、S-232C電平轉(zhuǎn)換，常用MAX232芯片。單片機(jī)TXD（P3.1）RXD(P3.2)

與RS232串口連接硬件的器件極化電容CAP-POL232串口COMPIMMAX232仿真中的虛擬終端

電腦USB接口隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)上還有RS232串口通信的大量使用，但是商業(yè)技術(shù)的應(yīng)用上，已經(jīng)慢慢的使用USB取代了RS232串口，絕大多數(shù)筆記本電腦已經(jīng)沒有RS232串口，需要在電路上添加一個USB轉(zhuǎn)串口芯片，就可以成功實現(xiàn)USB通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)串行口通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，常使用的轉(zhuǎn)換器件是CH340芯片。CH340驅(qū)動的安裝為了CH340系列芯片能夠正常工作，需要在PC電腦上安裝CH340系列的USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動，如CH340驅(qū)動、CH341SER等，兼容Win10等操作系統(tǒng)。首先，下載CH340的USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序，下載好以后，雙擊運(yùn)行“CH341SE”應(yīng)用程序，如圖所示。

成功安裝單片機(jī)PC電腦端下載軟件的使用各個單片機(jī)的制造公司都有響應(yīng)的PC電腦端下載編程燒錄軟件。STC-ISP是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是STC公司的單片機(jī)ISP下載編程軟件，是針對STC系列單片機(jī)而設(shè)計的，可下載STC8951等系列的STC單片機(jī)，使用簡便，現(xiàn)已被廣泛使用。在下載軟件以前，先要完成單片機(jī)程序的編譯，。但對STC公司的芯片，還需要先打開STC-ISP程序中的Keil仿真設(shè)置，如圖所示。仿真設(shè)置將“STC”單片機(jī)型號添加到Keil安裝目錄中，如c:\Keil彈出STCMCU型號添加成功！按確定完成。打開Keil軟件，新建一個工程文件后，就可以通過下拉箭頭選擇STCMCUDatabase,確定后就中以選擇對應(yīng)單片機(jī)型號了，如圖所示。將USB線的一端插入電腦的USB口，另一端插入51單片機(jī)開發(fā)板的USB口，開始下載燒錄程序。燒錄程序的使用方法如下。打開的STC-ISP燒錄軟件操作界面，選擇該COM的端口號，一般，軟件會自動掃描確認(rèn)，如圖。根據(jù)開發(fā)系統(tǒng)使用的單片機(jī)芯片的型號，選擇正確的51單片機(jī)型號，如STC89C52RC，如圖所示。設(shè)置串口的波特率最高為115200最低為2400打開事先編譯好的程序.HEX可執(zhí)行文件的波特率最高為115200最低為2400先點擊“Download/下載”按鈕，下載程序然后再給開發(fā)板上電，程序燒錄成功

燒錄程序常見故障為：一直檢測單片機(jī)，可按以下步驟排查。TXD和RXD接錯了，下載器TXD接單片機(jī)RXD，RXD接單片機(jī)TXD。單片機(jī)型號選擇錯了，如果是STC89C52RC就要選后面加RC的，STC89C52就不行。單片機(jī)芯片損壞了，需要更換。需要冷啟動，就是給單片機(jī)斷一次電，有的直接按電源開關(guān)就可以了。該項目的工程中，設(shè)計了串口通信和LCD顯示二個程序。串口通信程序如下。#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharucharPCtoMCS[16]="";//電腦傳送到單片機(jī)的字符數(shù)組ucharMCStoPC[]="**receiveddatafromMCS51**";//單片機(jī)傳送給電腦的字符voidLCD_write_command(uchar);//LCD寫命令函數(shù)聲明voidLCD_write_data(uchar);//LCD寫數(shù)據(jù)函數(shù)聲明voidLCD_init();//LCD初始化函數(shù)聲明voiddelay(uchar);/*************主程序***************/voidmain(void){ unsignedchari,n; TMOD=0x20;//定時器1工作方式2 TL1=0xfd;TH1=0xfd;//初值，波特率9600 SCON=0xd0;PCON=0x00;//設(shè)置串行口方式3：接收允許，發(fā)送數(shù)據(jù)

TR1=1;//開定時器1 while(1) { i=0;

while(MCStoPC[i]!='\0')//單片機(jī)發(fā)送給電腦字符串

{ SBUF=MCStoPC[i];//發(fā)送字符

while(TI==0);//TI發(fā)送中斷標(biāo)記等待發(fā)送完成TI=1 TI=0;//軟件清0 i++;//下一個字符

} i=0;//i清0,為接收作準(zhǔn)備

while(RI==0);//等待接收完成RI=1 RI=0;//軟件清0 PCtoMCS[i]=SBUF;//啟動接收

while(PCtoMCS[i]!='#')//傳完后,應(yīng)答A機(jī)并顯示收到的字符串

{ i++; while(RI==0);//接收應(yīng)答

RI=0;//軟件清0 PCtoMCS[i]=SBUF;//一個一個接收字符

} PCtoMCS[i]='\0';//置數(shù)組結(jié)束符\0 LCD_init(); n=0;

LCD_write_command(0x80); while(PCtoMCS[n]!='\0') { LCD_write_data(PCtoMCS[n]); n++; delay(1); } }}

液晶顯示程序如下。#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharsbitLCD_RS=P2^0;//將P2.0取名為LCD_RS,控制寄存器選擇sbitLCD_E=P2^2;//將P2.2取名為LCD_E,使能端sbitLCD_RW=P2^1;//將P2.1取名為LCD_RW,控制讀寫選擇/*************延時ms**************/voiddelay(uchart){ ucharj,k;

for(j=0;j<t;j++) { for(k=0;k<255;k++){} }}/*************忙檢測函數(shù)**************/bitLCD_Busy(){ bitLCD_Busy; LCD_RS=0; LCD_RW=1; LCD_E=1; delay(1); LCD_Busy=(