单片机外设-串口（UART）详情
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学习UART要先认识一些基础知识
一：什么是串行、并行通信？
（1）串行通信
串行通信概念：
串行通信的特点：
（2）并行通信
并行通信概念：
并行通信特点：
二：什么是异步通信、同步通信？
（1）异步通信
编辑
异步通信概念：
异步通信特点：
（2）同步通信
同步通信概念：
1、外同步
2、自同步
同步通信特点：
三：什么是单工、半双工、全双工通信？
单工通信
半双工通信
全双工通信
四：如何衡量 通信性能标准？
通信速率
五：串口通信介绍（UART）
（1）接口标准
①公头
编辑
②母头
（2）DB9、DB25 管脚定义：
（3）通信协议
96
N
8
1
（4）串口内部结构
（5）串口相关寄存器
串口控制寄存器 SCON
SM0、SM1 是工作方式选择位
编辑
SM2：多机通信控制位，主要用于方式 2 和方式 3
REN：
TB8
RB8
TI
RI
电源控制寄存器 PCON
（6）串口工作方式
方式0：
方式1：
方式2 和 方式3：
（7）串口的使用方式
如何计算波特率？
串口的初始化流程使用
串口初始化程序步骤
基于51单片机 RS-232 电路图
程序设计
学习UART要先认识一些基础知识
（1）串行、并行
（2）异步、同步
（3）单工、半双工、全双工
一：什么是串行、并行通信？
（1）串行通信
串行通信概念：
串行通信是一种通信的执行方式，它使用一根数据线，将数据进行一位一位传输，他有固定的长度
数据一字节有7个比特位，常用于计算机与计算机和外设的通信。
串行通信的特点：
（1）传输线少，长距离传送时成本低，因为只有一根数据线；
（2）数据的传送控制比并行通信复杂。
（2）并行通信
并行通信概念：
并行通信他是指一种通信的执行方式，他采用多条数据线同时进行传送，通常8位、16位、32位一起传输。
并行通信特点：
（1）并行通信，他控制简单，传输速度快；
（2）传输线较多，较长的传输距离成本较高，抗干扰能力较差；
二：什么是异步通信、同步通信？
（1）异步通信
异步通信概念：
异步通信他是指一种通信方式，通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发生和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。
异步通信使用 数据帧为单位进行传输，字符与字符之间的间隙是任意的，每个字符中的各位是固定时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍关系，同一字符内的各位之间距离为“位间隔”的整数倍。
异步通信特点：
（1）不要求收发方时钟一致，实现容易
（2）设备开销小，每个字符要加2~2位用于起止位，传输效率不高
（2）同步通信
同步通信概念：
同步通信是一种通信方式，他需要建立发送方时钟对接收方时钟直接控制，使双方通信达到完全同步；传输数据的位间隔均为“位间隔”的整数倍。同时传送的字符间不留间隔，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。
实现同步两种方法：
1、外同步
外同步的方法是，发送端发送数据之前先发送同步时钟信号，接收方用这一同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，以此来达到收发双方位同步的目的
2、自同步
自同步法：接收方利用包含有同步信号的特殊编码（如曼彻斯特编码）从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率，达到同步目的。
同步通信特点：
（1）可以实现高速度、大容量的数据传送。
（2）要求发生时钟和接收时钟保持严格同步，同时硬件复杂。
三：什么是单工、半双工、全双工通信？
单工通信
单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输
半双工通信
半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行
全双工通信
全双工是指数据可以同时进行双向传输
四：如何衡量 通信性能标准？
通信速率
通信性能 使用通信速率来表示，通常以比特率（Bitrate）来表示。
比特率是每秒钟 传输二进制的位数，单位是：位/秒（bps）。
如：每秒钟传送 240 个字符，而每个字符格式包含 10 位(1 个起始位、1 个停止位、 8 个数据位)，这时的比特率为：10 位×240 个/秒 = 2400 bps
五：串口通信介绍（UART）
串口通信是指外设和计算机之间的数据信号线、地线等按位进行传输数据的一种通信方式，鼠疫串行通信方式。
串口是一种接口标准，规定了接口的电气标准，没有规定接口插件电缆以及使用的协议。
（1）接口标准
RS-232C 接口规定还有使用一种9 针的非标准连接器接口，简称 DB9
串口通信大多使用 DB9接口。
接头有分 公头和母头 区别
①公头
有针的叫公头
②母头
有差孔的叫母头
（2）DB9、DB25 管脚定义：
串口通信通常只使用：2/3/5 三个管脚，即 TXD、RXD、SGND。
RS-232C 是使用正负电压来表示逻辑状态
单片机是采用TTL以高低电平来表示逻辑状态
实现单片机与计算机串口通信需要使用 TTL与 RS-232电平转换，通常使用电平转换芯片MAX232
电平信号：
串口通信时，需要让 TXD与RXD 交叉连接
（3）通信协议
RS232 通信协议 遵循96-N-8-1 格式
96
通信波特率为 9600，串口通信中通常使用的是异步串口通信，即没有时钟线，所以两个设备要通信，必须要保持一致的波特率。
N
表示的是 无校验位 ，由于串口通信相对更容易受到外部干扰导致传输 数据出现偏差，可以在传输过程加上校验位来解决这个问题。校验方法有奇校验 (odd)、偶校验(even)、0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校(noparity)
8
表示的是数据位数为 8 位 ，其数据格式在前面介绍异步通信中已讲过。当然数据位数还可以为 5、6、7 位长度
1
表示的是 1 位停止位 ，串口通讯的一个数据包从起始信号开始，直到 停止信号结束。数据包的起始信号由一个逻辑 0 的数据位表示，而数据包的停止信号可由 0.5、1、1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示，只要双方约定一致即可。
（4）串口内部结构
串口管脚 TXD、RXD
SBUF 是 数据缓存区、发送数据，接收数据都是在SBUF
先把数据存放到SBUF，在由寄存器控制它发送出去
串口通信是一个异步通信，他有一个波特率
波特率是如何产生的？
他是由TH1、TL1产生的，
TH1、TL1 是有定时计数器1的功能
配置TH1、TL1 的方式2 自动重载的工作方式
SMOD 来配置它的倍频
如果设置倍频，要将上面TH1、TL1 除以 2 传输接收 和发送控制器
如果你要发送数据 或者 接收数据，发送控制器和接收控制器 RI 或者 TI会置1 ，发送串口中断去判断请求
（5）串口相关寄存器
串口控制寄存器 SCON
SM0、SM1 是工作方式选择位
SM2：多机通信控制位，主要用于方式 2 和方式 3
当 SM2=1 时，可以利用收到 的 RB8 来控制是否激活 RI（RB8＝0 时不激活 RI，收到的信息丢弃；RB8＝1 时，收到的数据进入 SBUF，并激活 RI，进而在中断服务中将数据从 SBUF 读走）。当 SM2=0 时，不论收到的 RB8 为 0 和 1，均可以使收到的数据进入 SBUF，并激活 RI （即此时 RB8 不具有控制 RI 激活的功能）。通过控制 SM2，可以实现多机通信。
REN：
允许串行接收位。由软件置 REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置 REN=0，则禁止接收。
TB8
在方式 2 或方式 3 中，是发送数据的第 9 位，可以用软件规定其作用。可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。在方式 0 和方式 1 中，该位未用到。
RB8
在方式 2 或方式 3 中，是接收到数据的第 9 位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。在方式 1 时，若 SM2=0，则 RB8 是接收到的停止位。
TI
发送中断标志位。在方式 0 时，当串行发送第 8 位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使 TI 置 1，向 CPU 发中断申请。在中断服务程序中，必须用软件将其清 0，取消此中断申请。
RI
接收中断标志位。在方式 0 时，当串行接收第 8 位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使 RI 置 1，向 CPU 发中断申请。也必须在中断服务程序中，用软件将其清 0，取消此中断申请。
电源控制寄存器 PCON
SMOD：波特率倍增位。在串口方式 1、方式 2、方式 3 时，波特率与 SMOD 有关，当 SMOD=1 时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。
（6）串口工作方式
方式0：
串行口：同步移位寄存器的输入输出方式，
主要用于扩展并行输 入或输出口。数据由 RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由 TXD（P3.1） 引脚输出。发送和接收均为 8 位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为 fosc/12
方式1：
方式 1 是 10 位数据的异步通信口。TXD 为数据发送引脚，RXD 为数据接收引 脚，传送一帧数据的格式如下所示。其中 1 位起始位，8 位数据位，1 位停止位，共 10 位。
用软件置 REN 为 1 时，接收器以所选择波特率的 16 倍速率采样 RXD 引脚电平，检测到 RXD 引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。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，将接收到的 9 位数据的前 8 位数据装入接收 SBUF，第 9 位（停止位）进入 RB8，并置 RI=1，向 CPU 请求中 断。
方式2 和 方式3：
方式2/3 数据位 共9位 ，增加的位是RD8/TD8
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 位上， 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，检 测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置 TI=1，向 CPU 请求中断。
接收时，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。
主要使用的是 方式0 、方式1
（7）串口的使用方式
如何计算波特率？
方式 0 的波特率 = fosc/12方式 2 的波特率 =（2 SMOD /64）· fosc方式 1 的波特率 =（2 SMOD /32）·（T1 溢出率）方式 3 的波特率 =（2 SMOD /32）·（T1 溢出率）T1 溢出率 = fosc /{12×[256 －（TH1）]}
串口的初始化流程使用
①确定 T1 的工作方式（TMOD 寄存器）；
②确定串口工作方式（SCON 寄存器）；
③计算 T1 的初值（设定波特率），装载 TH1、TL1；
④启动 T1（TCON 中的 TR1 位）；
⑤如果使用中断，需开启串口中断控制位（IE 寄存）
串口初始化程序步骤
void uart_init(u8 baud)
{
TMOD|=0X20; //设置计数器工作方式 2
SCON=0X50; //设置为工作方式 1
PCON=0X80; //波特率加倍
TH1=baud; //计数器初始值设置
TL1=baud;
ES=1; //打开接收中断
EA=1; //打开总中断
TR1=1; //打开计数器
}
uart_init(0XFA); //波特率为 9600基于51单片机 RS-232 电路图
程序设计
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
// 只需要对特殊寄存器进行配置，就能进行通信
// 串口初始化 定时1 八位自动装载 使用u8类型就可以了
void uart_init(u8 band)
{
TMOD |= 0x20; // 0x20 定时器1 工作方式2 TMOD 0010 0000 高四位T1，低四位T0 ，换算16位 0x20
SCON = 0x50; // 串口工作方式 设置SCON 寄存器0 1 为工作方式1,REN接收设置为1
PCON = 0x80; // 使用倍频
TH1 = band; // 定时器的初值 自动装载 从TL1计数到TH1
TL1 = band;
ES = 1; // 串口中断打开
EA = 1; // 总中断打开
TR1 = 1; // 定时器打开
}
//void deplay_time(u16 time)
//{
// while(time--);
//}
void main()
{
uart_init(0xFA);
while(1)
{
}
}
// 串口中断函数
void uart() interrupt 4 // 串口中断4
{
u8 rec_data =0; // 定义一个变量来接收 SBUF的数据 ，进行初始化
RI=0; // RI 清零
rec_data = SBUF;// 读取SBUF 数据 ，定义一个变量来接收
SBUF = rec_data;// 发送数据 需要把数据发送给SBUF，自动控制传送
while(!T1); // 等T1 循环 要是为0 自动退出
T1 = 0; // 在将T1 置0
}