UART串口通信的基本應(yīng)用

通信的三種基本類型

常用的通信從傳輸方向上可以分為單工通信、半雙工通信、全雙工通信三類。

單工通信就是指只允許一方向另外一方傳送信息，而另一方不能回傳信息。比如電視遙控器、收音機(jī)廣播等，都是單工通信技術(shù)。

半雙工通信是指數(shù)據(jù)可以在雙方之間相互傳播，但是同一時(shí)刻只能其中一方發(fā)給另外一方，比如我們的對(duì)講機(jī)就是典型的半雙工。

全雙工通信就發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進(jìn)行，就如同我們的電話一樣，我們說話的同時(shí)也可以聽到對(duì)方的聲音。

UART 模塊介紹

IO 口模擬串口通信，讓大家了解了串口通信的本質(zhì)，但是我們的單片機(jī)程序卻需要不停的檢測(cè)掃描單片機(jī) IO 口收到的數(shù)據(jù)，大量占用了單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。這時(shí)候就會(huì)有聰明人想了，其實(shí)我們并不是很關(guān)心通信的過程，我們只需要一個(gè)通信的結(jié)果，最終得到接收到的數(shù)據(jù)就行了。這樣我們可以在單片機(jī)內(nèi)部做一個(gè)硬件模塊，讓它自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，接收完了，通知我們一下就可以了，我們的 51 單片機(jī)內(nèi)部就存在這樣一個(gè) UART 模塊，要正確使用它，當(dāng)然還得先把對(duì)應(yīng)的特殊功能寄存器配置好。

51 單片機(jī)的 UART 串口的結(jié)構(gòu)由串行口控制寄存器 SCON、發(fā)送和接收電路三部分構(gòu)成，先來了解一下串口控制寄存器 SCON。如表 11-1 表 11-2 所示。

表 11-1 SCON——串行控制寄存器的位分配

表 11-2 SCON——串行控制寄存器的位描述

前邊學(xué)了那么多寄存器的配置，相信 SCON 這個(gè)地方，對(duì)于大多數(shù)同學(xué)來說已經(jīng)不是難點(diǎn)了，應(yīng)該能看懂并且可以自己配置了。對(duì)于串口的四種模式，模式 1 是最常用的，就是我們前邊提到的 1 位起始位，8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位。下面我們就詳細(xì)介紹模式 1 的工作細(xì)節(jié)和使用方法，至于其它 3 種模式與此也是大同小異，真正遇到需要使用的時(shí)候大家再去查閱相關(guān)資料就行了。

在我們使用 IO 口模擬串口通信的時(shí)候，串口的波特率是使用定時(shí)器 T0 的中斷體現(xiàn)出來的。在硬件串口模塊中，有一個(gè)專門的波特率發(fā)生器用來控制發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的速度。對(duì)于STC89C52 單片機(jī)來講，這個(gè)波特率發(fā)生器只能由定時(shí)器 T1 或定時(shí)器 T2 產(chǎn)生，而不能由定時(shí)器 T0 產(chǎn)生，這和我們模擬的通信是完全不同的概念。

如果用定時(shí)器 2，需要配置額外的寄存器，默認(rèn)是使用定時(shí)器 1 的，我們本章內(nèi)容主要就使用定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器來講解，方式 1 下的波特率發(fā)生器必須使用定時(shí)器 T1 的模式 2，也就是自動(dòng)重裝載模式，定時(shí)器的重載值計(jì)算公式為：

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率

和波特率有關(guān)的還有一個(gè)寄存器，是一個(gè)電源管理寄存器 PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果寫 PCON |= 0x80 以后，計(jì)算公式就成了：

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率

公式中數(shù)字的含義這里解釋一下，256 是 8 位定時(shí)器的溢出值，也就是 TL1 的溢出值，晶振值在我們的開發(fā)板上就是 11059200，12 是說 1 個(gè)機(jī)器周期等于 12 個(gè)時(shí)鐘周期，值得關(guān)注的是這個(gè) 16，我們來重點(diǎn)說明。在 IO 口模擬串口通信接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，采集的是這一位數(shù)據(jù)的中間位置，而實(shí)際上串口模塊比我們模擬的要復(fù)雜和精確一些。他采取的方式是把一位信號(hào)采集 16 次，其中第 7、8、9 次取出來，這三次中其中兩次如果是高電平，那么就認(rèn)定這一位數(shù)據(jù)是 1，如果兩次是低電平，那么就認(rèn)定這一位是 0，這樣一旦受到意外干擾讀錯(cuò)一次數(shù)據(jù)，也依然可以保證最終數(shù)據(jù)的正確性。

了解了串口采集模式，在這里要給大家留一個(gè)思考題?！熬д裰?12/2/16/波特率”這個(gè)地方計(jì)算的時(shí)候，出現(xiàn)不能除盡，或者出現(xiàn)小數(shù)怎么辦，允許出現(xiàn)多大的偏差？把這部分理解了，也就理解了我們的晶振為何使用 11.0592M 了。

串口通信的發(fā)送和接收電路在物理上有 2 個(gè)名字相同的 SBUF 寄存器，它們的地址也都是 0x99，但是一個(gè)用來做發(fā)送緩沖，一個(gè)用來做接收緩沖。意思就是說，有 2 個(gè)房間，兩個(gè)房間的門牌號(hào)是一樣的，其中一個(gè)只出人不進(jìn)人，另外一個(gè)只進(jìn)人不出人，這樣的話，我們就可以實(shí)現(xiàn) UART 的全雙工通信，相互之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。但是在邏輯上呢，我們每次只操作 SBUF，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)根據(jù)對(duì)它執(zhí)行的是“讀”還是“寫”操作來選擇是接收 SBUF 還是發(fā)送 SBUF，后邊通過程序，我們就會(huì)徹底了解這個(gè)問題。

UART 串口程序

一般情況下，我們編寫串口通信程序的基本步驟如下所示：

配置串口為模式 1。

配置定時(shí)器 T1 為模式 2，即自動(dòng)重裝模式。

根據(jù)波特率計(jì)算 TH1 和 TL1 的初值，如果有需要可以使用 PCON 進(jìn)行波特率加倍。

打開定時(shí)器控制寄存器 TR1，讓定時(shí)器跑起來。

這里還要特別注意一下，就是在使用 T1 做波特率發(fā)生器的時(shí)候，千萬不要再使能 T1 的中斷了。

我們先來看一下由 IO 口模擬串口通信直接改為使用硬件 UART 模塊時(shí)的程序代碼，看看程序是不是簡(jiǎn)單了很多，因?yàn)榇蟛糠值墓ぷ饔布K都替我們做了。程序功能和 IO 口模擬的是完全一樣的。

#include 《reg52.h》

void ConfigUART（unsigned int baud）;

void main（）{

ConfigUART（9600）; //配置波特率為 9600

while （1）{

while （！RI）; //等待接收完成

RI = 0; //清零接收中斷標(biāo)志位

SBUF = SBUF + 1; //接收到的數(shù)據(jù)+1 后，發(fā)送回去

while （！TI）; //等待發(fā)送完成

TI = 0; //清零發(fā)送中斷標(biāo)志位

}

}

/* 串口配置函數(shù)，baud-通信波特率 */

void ConfigUART（unsigned int baud）{

SCON = 0x50; //配置串口為模式 1

TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位

TMOD |= 0x20; //配置 T1 為模式 2

TH1 = 256 - （11059200/12/32）/baud; //計(jì)算 T1 重載值

TL1 = TH1; //初值等于重載值

ET1 = 0; //禁止 T1 中斷

TR1 = 1; //啟動(dòng) T1

}

當(dāng)然了，這個(gè)程序還是用在主循環(huán)里等待接收中斷標(biāo)志位和發(fā)送中斷標(biāo)志位的方法來編寫的，而實(shí)際工程開發(fā)中，當(dāng)然就不能這么干了，我們也只是為了用直觀的對(duì)比來告訴同學(xué)們硬件模塊可以大大簡(jiǎn)化程序代碼，那么實(shí)際使用串口的時(shí)候就用到串口中斷了，來看一下用中斷實(shí)現(xiàn)的程序。請(qǐng)注意一點(diǎn)，因?yàn)榻邮蘸桶l(fā)送觸發(fā)的是同一個(gè)串口中斷，所以在串口中斷函數(shù)中就必須先判斷是哪種中斷，然后再作出相應(yīng)的處理。

#include 《reg52.h》

void ConfigUART（unsigned int baud）;

void main（）{

EA = 1; //使能總中斷

ConfigUART（9600）; //配置波特率為 9600

while （1）;

}

/* 串口配置函數(shù)，baud-通信波特率 */

void ConfigUART（unsigned int baud）{

SCON = 0x50; //配置串口為模式 1

TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位

TMOD |= 0x20; //配置 T1 為模式 2

TH1 = 256 - （11059200/12/32）/baud; //計(jì)算 T1 重載值

TL1 = TH1; //初值等于重載值

ET1 = 0; //禁止 T1 中斷

ES = 1; //使能串口中斷

TR1 = 1; //啟動(dòng) T1

}

/* UART 中斷服務(wù)函數(shù) */

void InterruptUART（） interrupt 4{

if （RI）{ //接收到字節(jié)

RI = 0; //手動(dòng)清零接收中斷標(biāo)志位

SBUF = SBUF + 1; //接收的數(shù)據(jù)+1 后發(fā)回，左邊是發(fā)送 SBUF，右邊是接收 SBUF

}

if （TI）{ //字節(jié)發(fā)送完畢

TI = 0; //手動(dòng)清零發(fā)送中斷標(biāo)志位

}

}

大家可以試驗(yàn)一下，看看是不是和前邊用 IO 口模擬通信實(shí)現(xiàn)的效果一致，而主循環(huán)卻 完全空出來了，我們就可以隨意添加其它功能代碼進(jìn)去。