单片机外设-串口(UART)详情

目录

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

单片机外设-串口(UART)详情_第1张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第2张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第3张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第4张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第5张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第6张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第7张图片

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 接口规定使用25 针连接器,简称 DB25

单片机外设-串口(UART)详情_第8张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第9张图片

②母头

有差孔的叫母头

单片机外设-串口(UART)详情_第10张图片

(2)DB9、DB25 管脚定义:

单片机外设-串口(UART)详情_第11张图片

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:

TTL 电平信号用的最多,这是因为数据表示通常采用二进制,+5V 等价于逻
辑 1,0V 等价于逻辑 0,这被称为 TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统。

串口通信时,需要让 TXD与RXD 交叉连接

单片机外设-串口(UART)详情_第12张图片


(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

单片机外设-串口(UART)详情_第13张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第14张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第15张图片

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:

单片机外设-串口(UART)详情_第16张图片

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:

单片机外设-串口(UART)详情_第17张图片

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。

单片机外设-串口(UART)详情_第18张图片

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:

单片机外设-串口(UART)详情_第19张图片

方式2/3 数据位 共9位 ,增加的位是RD8/TD8

单片机外设-串口(UART)详情_第20张图片

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。

单片机外设-串口(UART)详情_第21张图片

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)]}

单片机外设-串口(UART)详情_第22张图片

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

单片机外设-串口(UART)详情_第23张图片

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
}

你可能感兴趣的:(51单片机,外设,单片机学习-通用知识,51单片机,嵌入式硬件,学习,单片机,stm32)