【51单片机】串口与LED点阵屏（学习笔记）

一、串口

1、串口的概述

串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。

单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。

51单片机内部自带UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器），可实现单片机的串口通信。

2、硬件电路

简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）

TXD与RXD要交叉连接

当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线

当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

3、电平标准

电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种

1. TTL电平：+5V表示1，0V表示0
2. RS232电平：-3_{-15V表示1，+3}+15V表示0
3. RS485电平：两线压差+2_{+6V表示1，-2}-6V表示0（差分信号）

4、常见通信接口

5、相关术语

全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据

半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线

单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输

异步：通信双方各自约定通信速率

同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率

总线：连接各个设备的数据传输线路

6、51单片机的UART

STC89C52有1个UART

STC89C52的UART有四种工作模式：

1. 模式0：同步移位寄存器
2. 模式1：8位UART，波特率可变（常用）
3. 模式2：9位UART，波特率固定
4. 模式3：9位UART，波特率可变

7、串口参数及时序图

波特率：串口通信的速率（发送和接收各数据位的间隔时间）

检验位：用于数据验证

停止位：用于数据帧间隔

8、串口模式图

SBUF：串口数据缓存寄存器，物理上是两个独立的寄存器，但占用相同的地址。写操作时，写入的是发送寄存器，读操作时，读出的是接收寄存器

9、串口相关寄存器

数据显示模式

1. HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示
2. 文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示

二、串口的使用

uart.c

#include 

/**
  * @brief  串口初始化，[email protected]
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void UART_Init() {
	SCON=0x40;
	PCON |= 0x80;
	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式
	TL1 = 0xF3;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF3;		//设定定时器重装值
	ET1 = 0;		//禁止定时器1中断
	TR1 = 1;		//启动定时器1
}

/**
  * @brief  串口发送一个字节数据
  * @param  Byte 要发送的一个字节数据
  * @retval 无
  */
void UART_SendByte(unsigned char Byte) {
	SBUF=Byte;
	while(TI==0);
	TI=0;
}

main.c

#include 
#include "Delay.h"
#include "UART.h"

unsigned char Sec;

void main() {
	UART_Init();			//串口初始化
	while(1) {
		UART_SendByte(Sec);	//串口发送一个字节
		Sec++;				//Sec自增
		Delay(1000);		//延时1秒
	}
}

三、LED点阵屏

1、LED点阵屏介绍

LED点阵屏由若干个独立的LED组成，LED以矩阵的形式排列，以灯珠亮灭来显示文字、图片、视频等

LED点阵屏与数码管一样，有共阴和共阳两种接法，不同的接法对应的电路结构不同

LED点阵屏需要进行逐行或逐列扫描，才能使所有LED同时显示

2、74HC595

74HC595是串行输入并行输出的移位寄存器，可用3根线输入串行数据，8根线输出并行数据，多片级联后，可输出16位、24位、32位等，常用于IO口扩展。

3、开发板引脚对应关系

4、C的sfr、sbit

sfr（special function register）：特殊功能寄存器声明
例：sfr P0 = 0x80;
声明P0口寄存器，物理地址为0x80

sbit（special bit）：特殊位声明
例：sbit P0_1 = 0x81; 或 sbit P0_1 = P0^1;
声明P0寄存器的第1位

可位寻址/不可位寻址：

在单片机系统中，操作任意寄存器或者某一位的数据时，必须给出其物理地址，又因为一个寄存器里有8位，所以位的数量是寄存器数量的8倍，单片机无法对所有位进行编码，故每8个寄存器中，只有一个是可以位寻址的。

对不可位寻址的寄存器，若要只操作其中一位而不影响其它位时，可用“&=”、“|=”、“^=”的方法进行位操作

四、LED点阵屏的使用

1、LED点阵屏显示笑脸

#include 
#include "Delay.h"

sbit RCK=P3^5;		//RCLK
sbit SCK=P3^6;		//SRCLK
sbit SER=P3^4;		//SER

#define MATRIX_LED_PORT		P0

/**
  * @brief  74HC595写入一个字节
  * @param  Byte 要写入的字节
  * @retval 无
  */
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SER=Byte&(0x80>>i);
		SCK=1;
		SCK=0;
	}
	RCK=1;
	RCK=0;
}

/**
  * @brief  LED点阵屏显示一列数据
  * @param  Column 要选择的列，范围：0~7，0在最左边
  * @param  Data 选择列显示的数据，高位在上，1为亮，0为灭
  * @retval 无
  */
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	MATRIX_LED_PORT=~(0x80>>Column);
	Delay(1);
	MATRIX_LED_PORT=0xFF;
}

void main()
{
	SCK=0;
	RCK=0;
	while(1)
	{
		MatrixLED_ShowColumn(0,0x3C);
		MatrixLED_ShowColumn(1,0x42);
		MatrixLED_ShowColumn(2,0xA9);
		MatrixLED_ShowColumn(3,0x85);
		MatrixLED_ShowColumn(4,0x85);
		MatrixLED_ShowColumn(5,0xA9);
		MatrixLED_ShowColumn(6,0x42);
		MatrixLED_ShowColumn(7,0x3C);
	}
}

2、LED点阵屏显示动画

MatrixLED.c

#include 
#include "Delay.h"

sbit RCK=P3^5;		//RCLK
sbit SCK=P3^6;		//SRCLK
sbit SER=P3^4;		//SER

#define MATRIX_LED_PORT		P0

/**
  * @brief  74HC595写入一个字节
  * @param  Byte 要写入的字节
  * @retval 无
  */
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SER=Byte&(0x80>>i);
		SCK=1;
		SCK=0;
	}
	RCK=1;
	RCK=0;
}

/**
  * @brief  点阵屏初始化
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void MatrixLED_Init()
{
	SCK=0;
	RCK=0;
}

/**
  * @brief  LED点阵屏显示一列数据
  * @param  Column 要选择的列，范围：0~7，0在最左边
  * @param  Data 选择列显示的数据，高位在上，1为亮，0为灭
  * @retval 无
  */
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	MATRIX_LED_PORT=~(0x80>>Column);
	Delay(1);
	MATRIX_LED_PORT=0xFF;
}

main.c

#include 
#include "Delay.h"
#include "MatrixLED.h"

//动画数据
unsigned char code Animation[]={
	0x3C,0x42,0xA9,0x85,0x85,0xA9,0x42,0x3C,
	0x3C,0x42,0xA1,0x85,0x85,0xA1,0x42,0x3C,
	0x3C,0x42,0xA5,0x89,0x89,0xA5,0x42,0x3C,
};

void main()
{
	unsigned char i,Offset=0,Count=0;
	MatrixLED_Init();
	while(1)
	{
		for(i=0;i<8;i++)	//循环8次，显示8列数据
		{
			MatrixLED_ShowColumn(i,Animation[i+Offset]);
		}
		Count++;			//计次延时
		if(Count>15)
		{
			Count=0;
			Offset+=8;		//偏移+8，切换下一帧画面
			if(Offset>16)
			{
				Offset=0;
			}
		}
	}
}