【51con】51单片机串行通信

本节主要介绍单片机的串口工作原理，以及如何通过程序设置串口，以及如何根据给定实例与PC机通信。

一、原理介绍

51单片机内部有全双工串行接口。全双工串行fortran是什么？通常，只能接受或发送的东西称为“制造串行”(serial of manufacturing serial)。接收和发送都可以，但不能同时进行的称为半双工。可以同时接收和传输的串行端口称为全双工串行端口。串行通信是一种依次传递数据的通信方式，只要有一条传输线，就能大大降低硬件成本，优点是适合远距离通信。缺点是传输速度慢。

和以前一样，我们先来看一下与单片机串行端口相关的寄存器。

SBUF寄存器：两个物理上独立的接收、传输缓冲区，可以同时发送和接收数据，并指示对SBUF的读取和写入，以区分接收缓冲区是工作还是传输缓冲区工作。这样，您就可以控制外部两条独立的射频RXD(P3.0)、TXD(P3.1)，同时发送和接收数据，从而实现全双工。

串行端口控制寄存器SCON(请参见表1)。

表1 SCON寄存器

表中各位(从左到右从高到低)的意思如下。

SM0和SM1:串行端口工作方式控制位的定义如下表2所示。

表2串行端口工作方式控制位

其中fOSC是单片机的时钟频率。波特率是串行端口每秒发送(或接收)的位数。

SM2:多机通信控制位。这仅用于方法2和方法3的多机通信。其中发射器SM2=1(需要程序控制设置)。接收器的串行端口在方法2或3、SM2=1中工作。仅当第九数据(RB8)为1时，将接收到的前八位数据发送到SBUF，位置RI发出中断请求，导致串行接收中断。否则，接收的数据将被删除。如果SM2=0，则无论第一个数据是0还是1，都会向SBUF发送数据，并在位置RI发出中断请求。在方法0中工作时，SM2必须为零。

REN:允许串行接收位：当REN=0时，如果REN=1禁止接收，则允许接收。

TB8:在方法2、3中，TB8是发射机要发送的第九个数据。在多机通信中，表示发送的地址或数据，TB8=0是数据，TB8=1是地址。

在RB8:方法2、3中，RB8是从接收器接收的第九数据，用于识别从发射器的TB8准确接收的数据的特征。

TI:串行端口发送中断请求标志。CPU完成串行数据传输后，SBUF寄存器为空，硬件将TI设置为1，请求中止。CPU停止响应后，软件将清除TI的0。

RI:串行端口接收中断请求标志。串行端口收到一帧串行数据后，SBUF寄存器已满，硬件将RI设置为1，请求中止。CPU响应中断后，使用软件将RI清理为零。

电源控制寄存器PCON(请参见表3)。

表3 PCON寄存器

表中各位(从左到右从高到低)的意思如下。

SMOD:传输速率加倍位。SMOD=1，串行端口在1、2、3上工作时，传输速率增加一倍。SMOD=0，传输速率不变。

GF1、GF0:通用标志位。

PD(PCON.1):电源关闭模式位。如果PD=1，则进入断电模式。

IDL(PCON.0):待机模式位。如果IDL=1，则进入待机模式。

另外，与串行端口相关的寄存器有与前一句叙述的计时器相关的寄存器和中断寄存器。计时器寄存器用于设置波特率。允许中断寄存器IE中的ES位也用作串行I/O允许中断位。如果Es=1，则允许串行I/O中断。如果Es=0，则禁止串行I/O中断。中断优先级寄存器IP中的PS位用作串行I/O中断优先级控制位。如果PS=1，则设置为高优先级。如果PS=0，则设置为低优先级。

计算波特率：了解串口相关寄存器后，可以得出关于通信传输速率的一些结论。

方法0和方法2的传输速度是固定的。

在方法0中，传输速率固定为时钟频率的1/12，即fOSC/12。

在方法2中，传输速率取决于PCON的SMOD值。

即波特率为：

当SMOD=0 时，波特率为fosc/64 ；当SMOD=1 时，波特率为fosc/32。

② 方式1 和方式3 的波特率可变，由定时器1 的溢出率决定。

当定时器T1 用作波特率发生器时，通常选用定时初值自动重装的工作方式2（ 注意：不要把定时器的工作方式与串行口的工作方式搞混淆了）。其计数结构为8 位，假定计数初值为Count，单片机的机器周期为T，则定时时间为（256 ?Count）×T 。从而在1s内发生溢出的次数（即溢出率）可由公式（1）所示：

从而波特率的计算公式由公式（2）所示：

在实际应用时，通常是先确定波特率，后根据波特率求T1 定时初值，因此式（2）又可写为：

二、电路详解

图1 串行通信实验电路图

下面就对图1 所示电路进行详细说明。

最小系统部分（时钟电路、复位电路等）第一讲已经讲过，在此不再叙述。我们重点来了解下与计算机通信的RS-232 接口电路。可以看到，在电路图中，有TXD 和RXD 两个接收和发送指示状态灯，此外用了一个叫MAX3232 的芯片，那它是用来实现什么的呢？首先我们要知道计算机上的串口是具有RS-232 标准的串行接口，而RS-232 的标准中定义了其电气特性：高电平“1”信号电压的范围为-15V~-3V，低电平“0”

信号电压的范围为+3V~+15V。可能有些读者会问，它为什么要以这样的电气特性呢？这是因为高低电平用相反的电压表示，至少有6V 的压差，非常好的提高了数据传输的可靠性。由于单片机的管脚电平为TTL，单片机与RS-232 标准的串行口进行通信时，首先要解决的便是电平转换的问题。一般来说，可以选择一些专业的集成电路芯片，如图中的MAX3232。MAX3232 芯片内部集成了电压倍增电路，单电源供电即可完成电平转换，而且工作电压宽，3V~5.5V 间均能正常工作。其典型应用如图中所示，其外围所接的电容对传输速率有影响，在试验套件中采用的是0.1μF。

值得一提的是MAX3232 芯片拥有两对电平转换线路，图中只用了一路，因此浪费了另一路，在一些场合可以将两路并联以获得较强的驱动抗干扰能力。此外，我们有必要了解图中与计算机相连的DB-9 型RS-232的引脚结构（见图2）。

图2 DB-9连接器接口图

其各管脚定义如下（见表4）。

表4 DB-9型接口管脚定义

三、程序设计

本讲设计实例程序如下：

#include "AT89X52.h" （1）

void Init_Com（void） （ 2）

{

TMOD = 0x20; （ 3）

PCON = 0x00; （ 4）

SCON = 0x50; （ 5）

TH1 = 0xE8; （ 6）

TL1 = 0xE8; （ 7）

TR1 = 1; （ 8）

}

void main（void） （ 9）

{

unsigned char dat; （ 10）

Init_Com（）； （ 11）

while（1） （ 12）

程序详细说明：

（1）头文件包含。

（2）声明串口初始化程序。

（3）设置定时器1 工作在模式2，自动装载初值（详见第二讲）。

（4）SMOD 位清0，波特率不加倍。

（5）串行口工作在方式1，并允许接收。

（6）定时器1 高8 位赋初值。波特率为1200b/s（7）定时器1 低8 位赋初值。

（8）启动定时器。

（9）主函数。

（10）定义一个字符型变量。

（11）初始化串口。

（12）死循环。

（13）如果接收到数据。

（14）将接收到的数据赋给之前定义的变量。

（15）将接收到的值输出到P0 口。

（16）对接收标志位清0，准备再次接收。

（17）将接收到的数据又发送出去。

（18）查询是否发送完毕。

（19）对发送标志位清0。

四、调试要点与实验现象

接好硬件，通过冷启动方式将程序所生成的。hex文件下载到单片机运行后，打开串口调试助手软件，设置好波特率1200，复位单片机，然后在通过串口调试助手往单片机发送数据（见图3），可以观察到在接收窗口有发送的数据显示，此外电路板上的串行通信指示灯也会闪烁，P0 口所接到LED 灯会闪烁所接收到的数据。

图3 串口软件调试界面

另外串口调试助手软件使用时应注意的是，如果单片机开发板采用串口下载而且和串口调试助手是使用同一串口，则在打开串口软件的同时不能给单片机下载程序，如需要下载，请首先点击“关闭串口”，做发送实验的时候，注意如果选中16 进制发送的就是数字或者字母的16 进制数值，比如发送“0”，实际接收的就应该是0x00，如果不选中，默认发送的是ASCII 码值，此时发送“0”，实际接收的就应该是0x30，这点可以通过观察板子P0 口上的对应的LED 指示出来。

五、总结

本讲介绍了单片机串口通信的原理并给出了实例，通过该讲，读者可以了解和掌握51 单片机串口通信的原理与应用流程，利用串口通信，单片机可以与计算机相连，也可以单片机互联或者多个单片机相互通信组网等，在实际的工程应用中非常广泛。从学习的角度来说，熟练的利用串口将单片机系统中的相关信息显示在计算机上可以很直观方便的进行调试和开发。