[嵌入式]51单片机串口通信

串口通信

串口介绍

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

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通信模块互相通信。极大地扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统地硬件实力。

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。

接口及引脚定义

串口所用的接口叫做DB9，我们在台式电脑上就可以看到。大多数笔记本上已经没有串口的DB9接口了，因为很少用的。不过我们的笔记本上有USB接口，大家在烧录单片机程序的时候就是用过USB接口烧录程序的。

与之相似的是VGA接口，那个接口有三排针，用来传输视频，而我们的串口是用来传输简单数据的。

硬件电路

简单的双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）

TXD和RXD(Receive exchange data)需要交叉连接 (众所周知，ex开头的单词一般简写为X)

当只需单向的数据传输时，可以只接一根通信线。

当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片。

我一般简记成：T接R，R接T，GND接GND。

电平标准

电平标准是数据1和数据0的表达式，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：

TTL电平

+5V表示1，0V表示0 。传输距离很短，只有十多米。

RS232电平

-3~-15V表示1，+3~+15V表示0。一般用于电脑传输，可以接受比较大的变化范围。

RS485电平

两线压差+2V~+6V表示1，-2V~-6V表示0（差分信号，就是没有GND这条线，只需要看两条信号线的压差。可以抑制零漂和温漂） 模电知识 。它的传输距离可以达到一千米以上，很厉害的，但是我们学习51单片机几乎用不上。

常见通信接口比较

此外还有：CAN、USB等通信接口。

$I^2$C一般读作I方C，我们手机里很多通信用的就是$I^2$C。

目前我们学习UART，以后再学习剩下的三种通信方式。

这些通信方式我们的开发板上都有。

相关术语介绍

全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据.比如咱们俩人打电话，就是全双工通信。

半双工：通信双方可以互相传输数据，但是必须分时复用一根数据线.相当于我们的对讲机，俩人不能同时传输数据，只能等线空闲了才能使用。

单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输。比如咱们的遥控器。

异步：通信双方各自约定通信速率.不知道大家对波特率有没有印象，异步通信要约定相同的波特率，这样我们采集数据的速率就是相同的，否则你每隔9600采一次数据，我每隔115200采一次数据，我们得到的信息一样，但是翻译出来的结果就是不同的。

同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率..有了约定好的通信速率，我们只需要在上升沿到来时就开始采集数据，就不会出现通信差错。

一般时间要求比较严格就用同步通信，不严格的时候就可以使用比较方便的异步通信。

总线：连接各个设备的数据传输线路。类似于一条马路，把周边的各个住户连接起来。串口是没有总线的，因为串口是点对点通信，那些挂载多个设备的通信方式就要有总线。
以上内容其实数电都涉及到了，没能完全理解没关系，随着我们使用经验的增长会有自己的见解。

51单片机的UART

STC89C52有1个UART，共有四种工作模式：

模式0：同步移位寄存器

模式1：8位UART，波特率可变（最常用）

模式2：9位UART，波特率固定

模式3：9位UART，波特率不可变

通过管脚图，我们看到串口复用了P3管脚口。实际上我们操作串口的时候不会影响P3.0和P3.1的管脚口。

原理图上如下所示：

串口参数及时序图

波特率：

串口通信的速率（发送和接受各数据位的间隔时间）

校验位：

用于数据验证。9位UART就是8个数据位加1个校验位。

校验位是双方约定好的。有奇校验和偶校验之分。

通信原理会详细学习的，不用搞得太详细，会用最好。用的时候不需要我们去解释这些概念

停止位：

用于数据帧间隔（不详细解释了，越说越乱，用的时候再说）

串口模式图

以上的电路都在MCU内部，左边那一条是总线，我们的串口就挂载在总线上。

先来看看这一部分，是不是很熟悉，有点像我们上一节的定时器。

串口的收发速率是通过定时器控制的。

SBUF是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，读出的是接受寄存器。

说人话，读写数据都要经过SBUF寄存器，然后通过我们的控制器来决定收发数据操作。

串口和中断系统

这里搬出来我们定时器中断系统用到的结构图，这个图下面有RX和TX的线，申请中断的流程就是顺着这条线走的。那么我们将来配置寄存器也是根据这张图来配置的。

串口相关寄存器

我们实际上就配置SCON和PCON寄存器就可以了，涉及中断的时候多配置个中断寄存器就行。具体代码下一篇博客再来详细说说。