51单片机（STC8）-- 串口配置及串口重定向（printf）

STC8串口概述

由下图可知STC8H3K64S4带有4个4个串行通信接口，芯片名后两位S所带的数字即代表这款芯片带有的串口数量

STC8H 系列单片机具有 4 个全双工异步串行通信接口。每个串行口由 2 个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。每个串行口的数据缓冲器由 2 个互相独立的接收、发送缓冲器构成，可以同时发送和接收数据。
STC8 系列单片机的串口 1 有 4 种工作方式，其中两种方式的波特率是可变的，另两种是固定的，以供不同应用场合选用。串口 2/串口 3/串口 4 都只有两种工作方式，这两种方式的波特率都是可变的。用户可用软件设置不同的波特率和选择不同的工作方式。主机可通过查询或中断方式对接收/发送进行程序处理，使用十分灵活。
串口 1、串口 2、串口 3、串口 4 的通讯口均可以通过功能管脚的切换功能切换到多组端口，从而可以将一个通讯口分时复用为多个通讯口。

串口寄存器配置

串口主要寄存器以下8个，如果是配置串口1的话就只要用到SCON（串口1控制寄存器）和SBUF（串口1数据寄存器），另外串口2 - 串口4也有各自对应的寄存器名字如图

串口1控制寄存器SCON

串口1控制寄存器SCON如下

• SM0/FE：当PCON寄存器中的SMOD0位为1时，该位为帧错误检测标志位。当UART在接收过程中检测到一个无效停止位时，通过UART接收器将该位置1，必须由软件清零。当PCON寄存器中的SMOD0位为0时，该位和SM1一起指定串口1的通信工作模式，如下表所示
  
• SM2：允许模式 2 或模式 3 多机通信控制位。当串口 1 使用模式 2 或模式 3 时，如果 SM2 位为 1 且 REN位为 1，则接收机处于地址帧筛选状态。此时可以利用接收到的第 9 位（即 RB8）来筛选地址帧，若 RB8=1，说明该帧是地址帧，地址信息可以进入 SBUF，并使 RI 为 1，进而在中断服务程序中再进行地址号比较；若 RB8=0，说明该帧不是地址帧，应丢掉且保持 RI=0。在模式 2 或模式 3中，如果 SM2 位为 0 且 REN 位为 1，接收收机处于地址帧筛选被禁止状态，不论收到的 RB8 为0 或 1，均可使接收到的信息进入 SBUF，并使 RI=1，此时 RB8 通常为校验位。模式 1 和模式 0为非多机通信方式，在这两种方式时，SM2 应设置为 0。
• REN：允许/禁止串口接收控制位
  0：禁止串口接收数据
  1：允许串口接收数据
• TB8：当串口 1 使用模式 2 或模式 3 时，TB8 为要发送的第 9 位数据，按需要由软件置位或清 0。在模式 0 和模式 1 中，该位不用。
• RB8：当串口 1 使用模式 2 或模式 3 时，RB8 为接收到的第 9 位数据，一般用作校验位或者地址帧/数据帧标志位。在模式 0 和模式 1 中，该位不用。
• TI：串口 1 发送中断请求标志位。在模式 0 中，当串口发送数据第 8 位结束时，由硬件自动将 TI 置 1，向主机请求中断，响应中断后 TI 必须用软件清零。在其他模式中，则在停止位开始发送时由硬件自动将 TI 置 1，向 CPU 发请求中断，响应中断后 TI 必须用软件清零。
• RI：串口 1 接收中断请求标志位。在模式 0 中，当串口接收第 8 位数据结束时，由硬件自动将 RI 置 1，向主机请求中断，响应中断后 RI 必须用软件清零。在其他模式中，串行接收到停止位的中间时刻由硬件自动将 RI 置 1，向 CPU 发中断申请，响应中断后 RI 必须由软件清零。

综上所示，配置串口1使用模式1（可变波特率8位数据方式）时，只需要设置SM0、SM1、REN，TI和RI则是在收发响应中断后软件清零

串口1数据寄存器SBUF

串口1的数据读写都是对同个寄存器SBUF进行操作

• SBUF：串口 1 数据接收/发送缓冲区。SBUF 实际是 2 个缓冲器，读缓冲器和写缓冲器，两个操作分别对应两个不同的寄存器，1个是只写寄存器（写缓冲器），1个是只读寄存器（读缓冲器）。对SBUF进行读操作，实际是读取串口接收缓冲区，对 SBUF 进行写操作则是触发串口开始发送数据。

串口1模式 1工作方式

当软件设置 SCON 的 SM0、SM1 为“01”时，串行口 1 则以模式 1 进行工作。此模式为 8 位 UART格式，一帧信息为 10 位：1 位起始位，8 位数据位（低位在先）和 1 位停止位。波特率可变，即可根据需要进行设置波特率。TxD 为数据发送口，RxD 为数据接收口，串行口全双工接受/发送。

模式 1 的发送过程
串行通信模式发送时，数据由串行发送端 TxD 输出。当主机执行一条写 SBUF的指令就启动串行通信的发送，写“SBUF”信号还把“1”装入发送移位寄存器的第 9 位，并通知 TX控制单元开始发送。移位寄存器将数据不断右移送 TxD 端口发送，在数据的左边不断移入“0”作补充。当数据的最高位移到移位寄存器的输出位置，紧跟其后的是第 9 位“1”，在它的左边各位全为“0”，这个状态条件，使 TX 控制单元作最后一次移位输出，然后使允许发送信号“SEND”失效，完成一帧信息的发送，并置位中断请求位 TI，即 TI=1，向主机请求中断处理。

模式 1 的接收过程
当软件置位接收允许标志位 REN，即 REN=1 时，接收器便对 RxD 端口的信号
进行检测，当检测到 RxD 端口发送从“1”→“0”的下降沿跳变时就启动接收器准备接收数据，并立即复位波特率发生器的接收计数器，将 1FFH 装入移位寄存器。接收的数据从接收移位寄存器的右边移入，已装入的 1FFH 向左边移出，当起始位"0"移到移位寄存器的最左边时，使 RX 控制器作最后一次移位，完成一帧的接收。若同时满足以下两个条件：

1. RI=0；
2. SM2=0 或接收到的停止位为 1。

则接收到的数据有效，实现装载入 SBUF，停止位进入 RB8，RI 标志位被置 1，向主机请求中断，若上述两条件不能同时满足，则接收到的数据作废并丢失，无论条件满足与否，接收器重又检测 RxD 端口上的"1"→"0"的跳变，继续下一帧的接收。接收有效，在响应中断后，RI 标志位必须由软件清 0。通常情况下，串行通信工作于模式 1 时，SM2 设置为"0"。

串口1波特率计算方式

串口 1 的波特率是可变的，其波特率可由定时器 1 或者定时器 2 产生。当定时器采用 1T 模式时（12倍速），相应的波特率的速度也会相应提高 12 倍。
串口 1 模式 1 的波特率计算公式如下表所示：（SYSclk 为系统工作频率）

下面为常用频率与常用波特率所对应定时器的重载值

如果对于计算方式比较头疼的话，可以用万能的STC-ISP工具帮忙，如图写入配置参数，直接生成串口初始化代码

串口注意事项

关于串口中断请求有如下问题需要注意：（串口 1、串口 2、串口 3、串口 4 均类似，下面以串口 1为例进行说明）
8 位数据模式时，发送完成约 1/3 个停止位后产生 TI 中断请求，如下图所示：

8 位数据模式时，接收完成一半个停止位后产生 RI 中断请求，如下图所示：

串口1通信demo

//测试工作频率为 11.0592MHz
#include "stc8h.h"
#include "intrins.h"
#define FOSC 11059200UL
#define BRT (65536 - (FOSC / 115200+2) / 4)
//加 2 操作是为了让 Keil 编译器
//自动实现四舍五入运算

bit busy;
char wptr;
char rptr;
char buffer[16];

void UartIsr() interrupt 4 
{
	if (TI)
	{
		TI = 0;
		busy = 0;			// 串口发送占用标志位清零
	}
	if (RI)
	{
		RI = 0;
		buffer[wptr++] = SBUF;
		wptr &= 0x0f;
	}
}

void UartInit()
{
	SCON = 0x50;
	T2L = BRT;
	T2H = BRT >> 8;
	AUXR = 0x15;
	wptr = 0x00;
	rptr = 0x00;
	busy = 0;
}

void UartSend(char dat)
{
	while (busy);
	busy = 1;
	SBUF = dat;
}

void UartSendStr(char *p)
{
	while (*p)
	{
		UartSend(*p++);
	}
}

void main()
{
	P_SW2 |= 0x80; //使能访问 XFR
	P0M0 = 0x00;
	P0M1 = 0x00;
	P1M0 = 0x00;
	P1M1 = 0x00;
	P2M0 = 0x00;
	P2M1 = 0x00;
	P3M0 = 0x00;
	P3M1 = 0x00;
	P4M0 = 0x00;
	P4M1 = 0x00;
	P5M0 = 0x00;
	P5M1 = 0x00;
	UartInit();
	ES = 1;			// 使能串口1中断
	EA = 1;			// 使能总中断
	UartSendStr(“Uart Test !\r\n”);
	
	while (1)
	{
		if (rptr != wptr)
		{
			UartSend(buffer[rptr++]);
			rptr &= 0x0f;
		}
	}
}

上述demo的main函数中在总中断使能EA置1前ES位置1，为使能串口1中断，在IE（中断使能寄存器）寄存器中有说明

串口重定向

与32的串口重定向函数fputc函数和fgetc函数不同，51单片机串口重定向给重写的是putchar函数，然后可以使用printf函数往串口进行打印，可在串口uart.c文件中添加以下部分

#include "stdio.h"			// 串口重定向需要添加头文件stdio.h

char putchar(char c)
{
	SBUF = c;
	while(!TI);
	TI = 0;
	return c;
}

然后可在main.c或者其他文件中使用sprintf()函数和printf()函数

void main(void)
{
	Uart1_Init();
	
	while(1)
	{
		printf("Hello World");
		Delay_ms(500);
	}
}

或者

void main(void)
{
	char str[20];
	Uart1_Init();
	
	while(1)
	{
		sprintf(str,"Hello World");
		printf(str);
		Delay_ms(500);
	}
}