51单片机入门 - 串口工作原理知识点汇总

 

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理论概念

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• 不同型号的单片机使用的串口不同，根据需求选择相应的单片机，在有些场合如果单片机如果没有需要的串行通信接口，则可以通过单片机的I/O口进行模拟。

• 全双工UART（异步串行通信接口）

  UART有两种工作状态：

1. 同步串行通信状态：速率高，硬件电路复杂，需要同时使用两条信号线，所以只能使用单工方式或半双工方式工作。
2. 异步串行通信状态：方式简单，传输速率不高，应用广泛，方便与其他通信标准进行衔接。

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异步传输工作方式：

• 传输效率较低，起始位，校验位，停止位占用的位较多

数据格式：

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同步传输工作方式：

• 双方同时使用两条通信线：

  • 一条用于产生时钟并要求发送和接受的双方必须保持完全同步（一般情况下，时钟信号由发送端提供）。
  • 另一条用于传送数据。
  • 如果需要双向数据传输，需要再多添加两条通信线（MCS-51不支持同时的双向数据同步传输，只能使用分时复用）。
• 除了用于通信外，同步方式还可以用于I/O口的扩展，与74LS164联合使用时扩展成输出口，与74LS165联合使用时扩展成输入口。
• 因为没有附加起始位和停止位，所以传输效率较高
• 一旦发现数据出错，所有的数据都需要重新传输，大量数据一次性传输时错误的概率较高。
• 远距离通信时，通过调试解调从数据流中提取同步信号，用锁相的技术使接收方得到与发送方相同的时钟信号。时钟信号线与数据线分离可以实现高效率、大容量的数据通信。

数据格式：

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使用方式

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使用的寄存器：

• 串行接口寄存器 SCON：规定了串行通信的方式和功能，可以选择通信模式/允许接收/检查状态位

  

  

• 电源控制寄存器 PCON

  

  SMOD = 0 波特率为原值；

  SMOD为1 波特率提高一倍。

  只有SMOD位对串口通信有影响

  注：该寄存器不能进行位寻址，只能整字节操作。

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工作方式：

p.s.：UART有一个接收数据缓冲区，当上一个字节未被处理时下一个字节收入缓冲区。但如果在下一个字节接收完毕时前一字节还未处理，则上一个字节会被覆盖掉。因此软件必须在下一个字节接收完毕之前处理上一个字节（当连续发送字节时也是如此）。

• 

  用途：可以用来和某些具有8位串行口的EEPROM器件通信

  原理：

  • RXD从低位开始收发数据，TXD从发送同步移位脉冲。

  • 向SBUF写入字节时开始发送数据，发送完毕后TI位置位。

    

       

  • 置位REN时，开始接收数据，接收完8位数据后RI位置位。

    

     

• 方式1：10位数据的异步通信口，波特率可变（与T1的溢出率有关）。RXD为数据接收，TXD为数据发送。

  数据帧格式：

  

  原理：

  • 软件置REN为1时，接收器选择波特率为16倍速率采样RXD引脚电平，当检测到RXD引脚输入电平发生负跳变（1->0）说明起始位有效，移入输入移位寄存器并开始接收这一帧信息的其余位。需要手动清零

    

       

  • 接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，接收到的9位数据的前8位装入接收SBUF，第9位（停止位）进入RB8并置RI=1，向CPU请求中断。RI需要手动清零

    

     

  波特率计算装入TH1的初值：

  

  p.s. SMOD=0时，K=1；SMOD=1时，K=2；

  • 

    

    

  代码示例：

  

   1 #include 
   2 main()
   3 {
   4     TMOD = 0x20;
   5     SM0 = 0;
   6     SM1 = 1;
   7     REN = 1;
   8     PCON = 0;
   9     TH1 = 0xFD; //253=256-(1*11.0592*10^6)/(384*9600)
  10     TL1 = 0xFD;
  11     TR1 = 1;
  12     P1 = SBUF;
  13     while(!RI);
  14     RI = 0;
  15     SBUF = P1;
  16     while(!TI);
  17     TI = 0;
  18 }

  

• 

  数据帧格式：起始位1位，数据9位（第9位在发送时为TB8，接收时为RB8）

     

  

  原理：

  • 发送开始时，先把起始位0输出到TXD引脚，然后发送移位寄存器的输出位D0到TXD引脚，每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位向右移一位，并由TXD引脚输出。第一次移位时，停止位"1"移入输出移位寄存器的第9位，以后每次移位左边都移 入0。当停止位移至输出位时，左边其余位全为0，当检测到这一条件时，控制电路进行最后一次移位并置TI=1，请求中断。需要手动清零

    

       

  • 接收数据时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位0移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0且SM2=0（或接收到的第9位数据为1）时，接收到的数据装入接收缓冲器SBUF和RB8（接收数据的第9位），置RI=1，向CPU请求中断。如果条件不满足，则数据丢失且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。

       

    

  代码示例：多机互联

  

   1 TMOD = 0x20;
   2 TH1 = 0xFD;
   3 TL1 = 0xFD;
   4 PCON = 0x00;
   5 TR1 = 1;
   6 SCON = 0xF8;
   7 SBUF = 0x01;
   8 while(!TI);
   9 TI = 0;
  10 P3_5 = 0;
  11 SM2 = 0;
  12 while(!RI);
  13 RI = 0;
  14 P2 = SBUF;
  15 SM2 = 1;
  16 P3_5 = 1;

  

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波特率的计算：

• 当T1用作波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作再自动重装8位定时器方式（方式2），溢出率取决于TH1中的计数值

  

• 常见波特率对照表

  

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串口通信初始化步骤：

• 确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）
• 计算T1的初值，装载TH1、TL1
• 启动T1
• 确定串行口控制（编程SCON寄存器）
• 在中断方式工作时进行中断设置（编程IE IP寄存器）