单片机教程11.UART串行通信
首页 > 硬件电路 > 单片机教程11.UART串行通信     2018-11-14

  通信按照传统的理解就是信息的传输与交流。对单片机来讲,通信则与传感器、存储芯片、外围节制芯片等技术紧密结合,成为全部单片机系统的“神经中枢”。没有通信,单片机所实现的功能仅仅局限于单片机本身,就无法通过其他装备取得有用信息,也无法将自己产生的信息告知其它装备。如果单片机通信没处理好的话,它和外围器件的合作程度就遭到限制,终究全部系统也无法完成强大的功能,因而可知单片机通信技术的首要性。UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,即通用异步收发器)串行通信是单片机最经常使用的一种通信技术,通经常使用于单片机和电脑之间和单片机和单片机之间的通信。   11.1 串行通信的初步认识

  通信按照基本类型可以分为并行通信和串行通信。并行通信时数据的各个位同时传送,可以实现字节为单位通信,然而由于通信线多占用资源多,成本高。譬如我们前边用到的P0 = 0xfe;一次给P0的8个IO口分别赋值,同时进行信号输出,类似于有8个车道同时可以过去8辆车一样,这种情势就是并行的,我们习惯上还称P0、P1、P2和P3为51单片机的4组并行总线。

  而串行通信,就如同一条车道,一次只能一辆车过去,如果一个0xfe这样一个字节的数据要传输过去的话,假设低位在前高位在后,那发送方式就是0-1-1-1-1-1-1-1-1,一位一位的发送出去的,要发送8次才能发送完一个字节。

  在我们的STC89C52上,有两个引脚,是专门用来做UART串口通信的,一个是P3.0一个是P3.1,还分别有此外的名字叫做RXD和TXD,这两个引脚是专门用来进行UART通信的,如果我们两个单片机进行UART串口通信的话,那基本的演示图如图11-1所示。

单片机之间UART通信示意图

图11-1 单片机之间UART通信示意图

  图中,GND表示单片机系统电源的参考地,TXD是串行发送引脚,RXD是串行接收引脚。两个单片机之间要通信,首先电源基准患上一样,所以我们要把两个单片机的GND相互连起来,然后单片机1的TXD引脚接到单片机2的RXD引脚上,即此路为单片机1发送而单片机2接收的通道,单片机1的RXD引脚接到单片机2的TXD引脚上,即此路为单片机2发送而单片机2接收的通道。这个示意图就体现了两个单片机各自收发信息的进程。

  当单片机1想给单片机2发送数据时,譬如发送一个0xE4这个数据,用二进制情势表示就是0b11100100,在UART通信进程中,是低位先发,高位后发的原则,那末就让TXD首先拉低电平,持续一段时间,发送一位0,然后继续拉低,再持续一段时间,又发送了一位0,然后拉高电平,持续一段时间,发了一位1......一直到把8位二进制数字0b11100100全部发送终了。这里就牵扯到了一个问题,就是持续的这“一段时间”到底是多久?从这里引入我们通信中的此外首要概念——波特率,也叫做比特率。

  波特率就是发送一位二进制数据的速率,习惯上用baud表示,即我们发送一位数据的持续时间=1/baud。在通信以前,单片机1和单片机2首先都要明确的约定好他们之间的通信波特率,必需保持一致,收发双方才能正常实现通信,这一点大家一定要记清楚。

  约定好速度后,我们还要考虑第二个问题,数据甚么时候是起始,甚么时候是结束呢?不论是提前接收仍是延迟接收,数据都会接收过错。在UART串行通信的时候,一个字节是8位,规定当没有通信信号产生时,通信路线保持高电平,当要发送数据以前,先发一位0表示起始位,然后发送8位数据位,数据位是先低后高的顺序,数据位发完后再发一位1表示住手位。这样原本要发送一个字节8位数据,而实际上我们一共发送了10位,多出来的两位其中一位起始位,一位住手位。而接收方呢,原本一直保持的高电平,一旦检测到来了一位低电平,那就知道了要开始筹备接收数据了,接收到8位数据位后,然后检测到住手位,再筹备下一个数据的接收了。我们图示看一下,如图11-2所示。

串口数据发送示意图

图11-2 串口数据发送示意图

   像我们的图11-2串口数据发送示意图,其实是一个时域示意图,就是信号随着时间变化的对应瓜葛。譬如在单片机的发送引脚上,左侧的是先产生的,右侧的是后产生的,数据位的切换时间就是波特率分之一秒,如果能够理解时域的概念,后边得多通信的时序图就很容易理解了。

  11.2 串行RS232通信接口

  在我们的台式电脑上,有一个9针的串行接口,这个串行接口叫做RS232接口,它和UART通信有关联,然而由于现在笔记本电脑都不带这种9针串口了,所以和单片机通信越来越趋向于使用USB虚拟的串口和单片机通信,因而这一节的内容作为了解内容,大家知道有这么回事就行。

  我们先来认识一下这个标准串口,串口分为9针的和9孔的,习惯上我们也称之为公头和母头,如图11-3所示。  

RS232通信接口

图11-3 RS232通信接口

  RS232接口一共有9个引脚,分别定义是:1、载波检测(DCD);2、接收数据(RXD);3、发送数据(TXD);4、数据终端筹备好(DTR);5、信号地线(SG);6、数据筹备好(DSR);7、请求发送(RTS);8、肃清发送(CTS);9、振铃提醒(RI)。我们要让这个串口和我们单片机进行通信,我们只需要关心其中的2脚(RXD),3脚(TXD)和5脚(GND)。

  尽管这三个脚的名字和我们单片机上的串口名字一样,然而却不能直接和单片机对连直接通信,这是为何呢?随着我们了解的内容越来越多,我们患上慢慢知道,不是所有的电路都是5V代表高电平而0V代表低电平的。对RS232标准来讲,它是个反逻辑,也叫做负逻辑。为什么叫负逻辑?它的TXD和RXD的电压,-3V到-15V代表是1,3-15V之间的电压代表是0。低电平代表的是1,而高电平代表的是0,所以称之为负逻辑。因而电脑的9针232串口是不能和单片机直接连接的,需要用一个转换芯片MAX232来完成,如图11-4所示。

MAX232转接图

图11-4 MAX232转接图

  这个芯片便可以实现把标准RS232串口电平转换成我们单片机能够辨认和承受的UART 0V/5V电平标准。从这里大家仿佛慢慢有点明白了,其实RS232串口和UART串口,他们的协议类型是一样,只是电平不同而已,而MAX232这个芯片起到的就是中间人的作用,他把UART电平转换成RS232电平,也把RS232电平转换成UART电平,从而实现标准RS232接口和单片机UART之间的通信连接。

  11.3 USB转串口通信

  随着技术的发展,工业上还有RS232串口通信的大量使用,然而商业技术的利用上,已慢慢的使用USB转UART技术取代了RS232串口,绝大多数笔记本电脑已没有串口这个东西了,那我们要实现单片机和电脑之间的通信该如何办呢?

我们只需要在我们电路上添加一个USB转串口芯片,便可以成功实现USB通信协议和标准UART串行通信协议的转换,在我们的开发板上,我们使用的是CH340T这个芯片,如图11-5所示。

USB转串口电路

图11-5 USB转串口电路

  左侧J2是一组跳线的组合,大家可以在我们板子左下角的跳线位置找到,我们是把3脚和5脚、4脚和6脚通过跳线帽短接到一块儿。右边的CH340T这个电路很简单,把电源电路,晶振电路接好后,6脚和7脚的DP和DM分别接USB口的2个数据引脚上去,3脚和4脚通过跳线接到了我们单片机的TXD和RXD上去。

  CH340T的电路里3脚位置加了个4148的二极管,是一个小技巧。由于我们的STC89C52RC这个单片机下载程序需要冷启动,就是先点下载后上电,上电瞬间单片机会先检测需要不需要下载程序。尽管单片机的VCC是由开关来节制,然而由于CH340T的3脚是输出引脚,如果没有此二极管,开关后级单片机在断电的情况下,CH340T的3脚和单片机的P3.0(即RXD)引脚连在一块儿,有电流会通过这个引脚流入后级电路并且给后级的电容充电,造成后级有一定幅度的电压,这个电压值尽管只有两三伏左右,然而可能会影响到我们的冷启动。加了二极管后,一方面不影响通信,此外一个方面还可以解除这种问题。这个地方可以暂时作为了解,大家如果自己做这块电路,可以参考一下。

  11.4 IO口模拟UART串口通信

  为了让大家充分理解UART串口通信的原理,我们先用P3.0和P3.1这两个当成IO口来进行模拟实际串口通信的进程,原理搞懂后,我们再使用寄存器配置实现串口通信进程。

  对UART串口波特率,经常使用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200、128000、256000等速率。IO口模拟UART串行通信程序是一个简单的演示程序,我们使用串口调试助手下发一个数据,数据加1后,再自动返回。串口调试助手,在我们进行全板子测试视频的时候,大家已见过,这里我们直接使用STC-ISP软件自带的串口调试助手,先把串口调试助手使用给大家说一下,如图11-6所示。第一步要选择串口助手菜单,第二步选择十六进制显示,第三步选择十六进制发送,第四步选择COM口,这个COM口要和自己电脑装备管理器里的那个COM口一致,波特率是我们程序设定好的选择,我们程序中让一个数据位持续时间是1/9600秒,那这个地方选择波特率就是选9600,校验位选N,数据位8,住手位1。

串口调试助手示意图

图11-6 串口调试助手示意图

  串口调试助手的实质就是我们利用电脑上的UART通信接口,通过这个UART接口发送数据给我们的单片机,也能够把我们的单片机发送的数据接收到这个调试助手界面上。

  由于初次接触通信方面的技术,所以我对这个程序进行一下解释,大家可以边看我的解释边看程序,把底层原理先彻底搞懂。

  变量定义部份就不用说了,直接看main主函数。首先是对通信的波特率的设定,在这里我们配置的波特率是9600,那末串口调试助手也患上是9600。配置波特率的时候,我们用的是定时器0的模式2。模式2中,不再是TH0代表高8位,TL0代表低8位了,而只有TL0在进行计数了。当TL0溢出后,不单单会让TF0变1,而且还会将TH0中的内容重新自动装到TL0中。这样有一个益处,我们可以把我们想要的定时器初值提前存在TH0中,当TL0溢出后,TH0自动把初值就重新送入TL0了,全自动的,不需要程序上再给TL0重新赋值了,配置方式很简单,大家可以自己看下程序并且计算一下初值。

  波特率设置好以后,打开间断,然后等待接收串口调试助手下发的数据。接收数据的时候,首先要进行低电平检测 while (PIN_RXD),若没有低电平则说明没有数据,一旦检测到低电平,就进入启动接收函数StartRXD()。接收函数最开始启动半个波特率周期,初学可能这里不是很明白。大家回头看一下我们的图11-2里边的串口数据示意图,信号在数据位电平变化的时候去读,由于时序上的误差和信号不乱性的问题很容易读错数据,所以我们希望在信号最不乱的时候去读数据。除了了信号变化的那个沿的位置外,其他位置都很不乱,那末我们现在就约定在信号中间位置去读取电平状况,这样能够保证我们信号读的是对的。

  一旦读到了起始信号,我们就把当前状况设定成接受状况,并且打开定时器间断,第一次是半个周期进入间断后,对起始位进行二次判断一下,确认一下起始位是低电平,而不是一个干扰信号。以后每一经过9600分之一秒进入一次间断,并且把这个引脚的状况读到RxdBuf里边。等待接收终了以后,我们再把这个RxdBuf加1,再通过TXD引脚发送出去,一样需要先发一位起始位,然后发8个数据位,再发结束位,发送终了后,程序运行到while (PIN_RXD),等待第二轮信号接收的开始。

 

#include <reg52.h>

 

sbit PIN_RXD = P3^0;  //接收引脚定义

sbit PIN_TXD = P3^1;  //发送引脚定义

 

bit RxdOrTxd = 0;  //唆使当前状况为接收仍是发送

bit RxdEnd = 0;    //接收结束标志

bit TxdEnd = 0;    //发送结束标志

unsigned char RxdBuf = 0;  //接收缓冲器

unsigned char TxdBuf = 0;  //发送缓冲器

 

void ConfigUART(unsigned int baud);

void StartTXD(unsigned char dat);

void StartRXD();

 

void main ()

{

    ConfigUART(9600);  //配置波特率为9600

    EA = 1;            //开总间断

    

    while(1)

    {

        while (PIN_RXD);    //等待接收引脚呈现低电平,即起始位

        StartRXD();         //启动接收

        while (!RxdEnd);    //等待接收完成

        StartTXD(RxdBuf+1); //接收到的数据+1后,发送回去

        while (!TxdEnd);    //等待发送完成

    }

}

 

void ConfigUART(unsigned int baud)  //串口配置函数,baud为波特率

{

    TMOD &= 0xF0;   //清零T0的节制位

    TMOD |= 0x02;   //配置T0为模式2

    TH0 = 256 - (11059200/12) / baud;  //计算T0重载值

}

void StartRXD()   //启动串行接收

{

    TL0 = 256 - ((256-TH0) >> 1);  //接收启动时的T0定时为半个波特率周期

    ET0 = 1;        //使能T0间断

    TR0 = 1;        //启动T0

    RxdEnd = 0;     //清零接收结束标志

    RxdOrTxd = 0;   //设置当前状况为接收

}

void StartTXD(unsigned char dat)  //启动串行发送,dat为待发送字节数据

{

    TxdBuf = dat;   //待发送数据保留到发送缓冲器

    TL0 = TH0;      //T0计数初值为重载值

    ET0 = 1;        //使能T0间断

    TR0 = 1;        //启动T0

    PIN_TXD = 0;    //发送起始位

    TxdEnd = 0;     //清零发送结束标志

    RxdOrTxd = 1;   //设置当前状况为发送

}

 

void InterruptTimer0() interrupt 1  //T0间断服务函数,处理串行发送和接收

{

    static unsigned char cnt = 0;   //bit计数器,记录当前正在处理的位

 

    if (RxdOrTxd)  //串行发送处理

    {

        cnt++;

        if (cnt <= 8)  //低位在先顺次发送8bit数据位

        {

            PIN_TXD = TxdBuf & 0x01;

            TxdBuf >>= 1;

        }

        else if (cnt == 9)  //发送住手位

        {

            PIN_TXD = 1;

        }

        else  //发送结束

        {

            cnt = 0;    //复位bit计数器

            TR0 = 0;    //关闭T0

            TxdEnd = 1; //置发送结束标志

        }

    }

    else  //串行接收处理

    {

        if (cnt == 0)     //处理起始位

        {

            if (!PIN_RXD) //起始位为0时,清零接收缓冲器,筹备接收数据位

            {

                RxdBuf = 0;

                cnt++;

            }

            else          //起始位不为0时,中断接收

            {

                TR0 = 0;  //关闭T0

            }

        }

        else if (cnt <= 8)   //处理8位数据位

        {

            RxdBuf >>= 1;    //低位在先,所以将以前接收的位向右移

            if (PIN_RXD)     //接收脚为1时,缓冲器最高位置1;为0时不处理即仍保持移位后的0

            {

                RxdBuf |= 0x80;

            }

            cnt++;

        }

        else  //住手位处理

        {

            cnt = 0;         //复位bit计数器

            TR0 = 0;         //关闭T0

            if (PIN_RXD)     //住手位为1时,方能认为数据有效

            {

                RxdEnd = 1;  //置接收结束标志

            }

        }

    }

}

    同学们通过学习我们的程序,也慢慢感遭到了,程序的延时部份已不再使用简单的delay来完成了,我们要通过我们的程序编写累积,慢慢提高自己灵活应用定时器的能力。一个小小的定时器,可以帮我们完成得多得多工作。

  11.5 UART串口通信的基本利用   11.5.1 通信的三种基本类型

  我们经常使用的通信通常可以分为单工、半双工、全双工通信。

  单工就是指只允许一方向此外一方传送信息,而另外一方不能回传信息。譬如我们的电视遥控器,我们的收音机广播等,都是单工通信技术。

  半双工是指数据可以在双方之间相互传布,然而同一时刻只能其中一方发给此外一方,譬如我们的对讲机就是典型的半双工。

  全双工通信就发送数据的同时也能够接受数据,二者同步进行,就如同我们的电话一样,我们说话的同时也能够听到对方的声音。

  11.5.2 UART模块介绍

  IO口模拟串口通信,大家了解了串口通信的实质,然而我们的单片机程序却需要不停的检测扫描单片机IO口收到的数据,大量占用了CPU资源。这时就会有聪明人想了,其实我们不是很关心通信的进程,我们只需要一个通信的结果,终究患上到接收到的数据就行了。这样我们可以在单片机内部做一个硬件模块,让他自动接收数据,接收完了,通知我们一下便可以了,我们的51单片机内部就存在这样一个UART模块,要正确使用它,当然还患上先把对应的特殊功能寄存器配置好。

  51单片机的UART串行口的结构由串行口节制寄存器SCON、发送和接收电路三部份形成,先来了解一下串口节制寄存器SCON。

  表11-1 SCON--串行节制寄存器的位分配(地址:98H)

       可位寻址;复位值:0x00;复位源:任何复位

7

6

5

4

3

2

1

0

符号

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

 

表11-2 SCON--串行节制寄存器的位描写

符号

描写

7

SM0

这两位共同抉择了串口通信的模式0到模式3共4种模式。我们最经常使用的就是模式1,也就是SM0=0,SM1=1,下边我们重点就讲模式1,其他模式从略。

6

SM1

5

SM2

多机通信节制位(很少用),模式1直接清零。

4

REN

使能串行接收。由软件置位使能接收,软件清零则制止接收

3

TB8

模式2和3中将要发送的第9位数据(很少用)

2

RB8

模式2和3中接收第9位数据(很少用),模式1用来接收住手位

1

TI

发送间断标志位,模式1下,在数据位最后一位发送结束,开始发送住手位时由硬件自动置1,必需通过软件清零。也就是说,再发送前我们清零TI,发送数据,数据发送到住手位时,TI硬件置1,方便我们CPU查询发送终了状况。

0

RI

接收间断标志位,当接收电路接收到住手位的中间位置时,RI由硬件置1。也就是说,接收数据以前我们必需清零RI,接受数据到住手位的中间位置时,RI硬件置1,方便我们CPU查询到接收状况。

  前边学了那末多寄存器的配置,相信SCON这个地方,对大多数同学来讲已不是难点了,应当能看懂并且可以自己配置了。对串口的四种模式,模式1是最经常使用的,就是我们前边提到的1位起始位,8位数据位和1位结束位。由于我们的教程不同于教科书,只要有的功能都一一介绍,我们只介绍实用的技术,所以其他3种模式,真正遇到需要使用的时候大家再去查资料就行。

  在我们使用IO口模拟串口通信的时候,我们串口的波特率是使用定时器0的间断体现出来的。在实际串口模块中,有一个专门的波特率产生器用来节制发送数据的速度和读取接收数据的速度。对STC89C52RC单片机来讲,这个波特率产生器只能由定时器1或定时器2产生,而不能由定时器0产生,这和我们模拟的通信是完整不同的概念。

  如果用定时器2,需要配置额外的寄存器,默认是使用定时器1的,我们本章内容主要是使用定时器1作为波特率产生器来讲授,方式1下的波特率产生器必需使用定时器1的模式2,也就是自动重装载模式,定时器的初值具体的计算公式是:

           TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率

  和波特率有关的还有一个寄存器,是一个电源管理寄存器PCON,他的最高位可以把波特率提高一倍,也就是如果写PCON |=0x80以后,计算公式就成了

           TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率

  数字的含意这里解释一下,256是8位数据的溢出值,也就是TL1的溢出值,11059200就是我们板子上单片机的晶振,12是说1个机器周期是12个时钟周期,值患上关注的是这个16,重点说明。我们在IO口模拟串口通信接收数据的时候,我们采集的是这一位数据的中间位置,而实际上串口模块比我们模拟的要繁杂和精确一些。他采取的方式是把一位信号采集16次,其中第7、8、9次取出来,这三次中其中两次如果是高电平,那末就认定这一位数据是1,如果两次是低电平,那末就认定这一位是0,这样一旦遭到意外干扰读错一次数据,也仍然可以保证终究数据的正确性。

  了解了串口采集模式,在这里要给大家留一个思考题。“晶振值/12/2/16/波特率”这个地方计算的时候,呈现不能除了尽,或呈现小数怎么办,允许呈现多大的偏差?把这部份理解了,也就理解了我们的晶振为什么使用11.0592M了。

  串口通信的发送和接收电路,我们主要了解一下他们在物理上有2个名字相同的SBUF寄存器,他们的地址也都是99H,然而一个用来做发送缓冲,一个用来做接收缓冲。意思就是说,有2个房间,两个房间的门牌号是一样的,其中一个只出人不进人,此外一个只进人不出人,这样的话,我们便可以实现UART的全双工通信,相互之间不会产生干扰。然而在逻辑上呢,我们每一次只操作SBUF,单片机会自动根据对它执行的是“读”仍是“写”操作来选择是接收SBUF仍是发送SBUF,后边通进程序,我们就会彻底了解这个问题。

  11.5.3 UART串口程序

  一般情况下,我们编写串口通信程序的基本步骤如下所示:

  1、配置串口为模式1。

  2、配置定时器T1为模式2,即自动重装模式。

  3、肯定波特率大小,计算定时器TH1和TL1的初值,如果有需要可使用PCON进行波特率加倍。

  4、打开定时器节制寄存器TR1,让定时器跑起来。

  这个地方还要尤其注意一下,就是在使用T1做波特率产生器的时候,千万不要再使能T1的间断了。

  我们先来看一下由IO口模拟串口通信直接改成使用硬件UART模块时程序代码,看看程序是否是简单了得多,由于大部份的工作硬件模块都替我们做了。程序功能和IO口模拟的是完整一样的。

 

#include <reg52.h>

 

void ConfigUART(unsigned int baud);

 

void main ()

{

    ConfigUART(9600);  //配置波特率为9600

    

    while(1)

    {

        while (!RI);     //等待接收完成

        RI = 0;          //清零接收间断标志位

        SBUF = SBUF + 1; //接收到的数据+1后,发送回去;

                           //等号左侧的SBUF实际上就是发送SBUF,由于对它的操作是“写”;

                           //等号右侧的是接收SBUF,由于对它的操作是“读”。

        while (!TI);     //等待发送完成

        TI = 0;          //清零发送间断标志位

    }

}

 

void ConfigUART(unsigned int baud)  //串口配置函数,baud为波特率

{

    SCON = 0x50;   //配置串口为模式1

    TMOD &= 0x0F;  //清零T1的节制位

    TMOD |= 0x20;  //配置T1为模式2

    TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud;  //计算T1重载值

    TL1 = TH1;     //初值等于重载值

    ET1 = 0;       //制止T1间断

    TR1 = 1;       //启动T1

}

  当然了,这个程序仍是在主循环里等待接收间断标志位和发送间断标志位的方法来编写的,而实际工程开发中,当然就不能这么干了,所以就用到了串口间断,来看一下程序。

 

#include <reg52.h>

 

void ConfigUART(unsigned int baud);

 

void main ()

{

    ConfigUART(9600);  //配置波特率为9600

    

    while(1);

}

 

void ConfigUART(unsigned int baud)  //串口配置函数,baud为波特率

{

    SCON = 0x50;   //配置串口为模式1

    TMOD &= 0x0F;  //清零T1的节制位

    TMOD |= 0x20;  //配置T1为模式2

    TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud;  //计算T1重载值

    TL1 = TH1;     //初值等于重载值

    ET1 = 0;       //制止T1间断

    TR1 = 1;       //启动T1

    ES = 1;   //打开串口间断

    EA = 1;   //打开总间断

}

 

void InterruptUART() interrupt 4

{

    if (RI)  //接收到字节

    {

        RI = 0;  //手动清零接收间断标志位

        SBUF = SBUF + 1;//接收数据+1发回去,左侧为发送SBUF,右侧为接收SBUF。

    }

    if (TI)  //字节发送终了

    {

        TI = 0;  //手动清零发送间断标志位

    }  

}

   大家可以试验一下试试,看看是否是和前边用IO口模拟通信实现的效果一致,而主循环却完整空出来了,我们便可以随便添加其它功能代码进去。

  11.6 字符和数据之间的转换

  我们学串口通信的利用主要是实现单片机和电脑之间的信息互发,可以用电脑节制单片机的一些信息,可以把单片机的一些信息状况发给电脑上的软件。下面我们就做一个简单的例程,实现单片机串口调试助手发送的数据,在我们开发板上的数码管上显示出来。

 

#include <reg52.h>

 

sbit ADDR3 = P1^3;      //LED选择地址线3

sbit ENLED = P1^4;      //LED总使能引脚

 

unsigned char code LedChar[] = {  //数码管显示字符转换表

    0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

    0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E

};

unsigned char LedBuff[6] = {  //数码管

    0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

};

unsigned char T0RH = 0;  //T0重载值的高字节

unsigned char T0RL = 0;  //T0重载值的低字节

unsigned char RxdByte = 0;  //串口接收到的字节

 

void ConfigTimer0(unsigned int ms);

void ConfigUART(unsigned int baud);

 

void main ()

{

    P0 = 0xFF;  //P0口初始化

    ADDR3 = 1;  //选择数码管

    ENLED = 0;  //LED总使能

    EA = 1;     //开总间断

    ConfigTimer0(1);   //配置T0定时1ms

    ConfigUART(9600);  //配置波特率为9600

    

    while(1)

    {   //将接收字节在数码管上以十六进制情势显示出来

        LedBuff[0] = LedChar[RxdByte & 0x0F];

        LedBuff[1] = LedChar[RxdByte >> 4];

    }

}

 

void ConfigTimer0(unsigned int ms)  //T0配置函数

{

    unsigned long tmp;

    

    tmp = 11059200 / 12;      //定时器计数频率

    tmp = (tmp * ms) / 1000;  //计算所需的计数值

    tmp = 65536 - tmp;        //计算定时器重载值

    tmp = tmp + 31;           //修正间断响应延时造成的误差

    

    T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8);  //定时器重载值拆分为高低字节

    T0RL = (unsigned char)tmp;

    TMOD &= 0xF0;   //清零T0的节制位

    TMOD |= 0x01;   //配置T0为模式1

    TH0 = T0RH;     //加载T0重载值

    TL0 = T0RL;

    ET0 = 1;        //使能T0间断

    TR0 = 1;        //启动T0

}

 

void ConfigUART(unsigned int baud)  //串口配置函数,baud为波特率

{

    SCON = 0x50;   //配置串口为模式1

    TMOD &= 0x0F;  //清零T1的节制位

    TMOD |= 0x20;  //配置T1为模式2

    TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud;  //计算T1重载值

    TL1 = TH1;     //初值等于重载值

    ET1 = 0;       //制止T1间断

    ES  = 1;       //使能串口间断

    TR1 = 1;       //启动T1

}

 

void LedScan()  //LED显示扫描函数

{

    static unsigned char index = 0;

    

    P0 = 0xFF;                 //关闭所有段选位,显示消隐

    P1 = (P1 & 0xF8) | index;  //位选索引值赋值到P1口低3位

    P0 = LedBuff[index];       //相应显示缓冲区的值赋值到P0口

    if (index < 5)             //位选索引0-5循环,因有6个数码管

        index++;

    else

        index = 0;

}

 

void InterruptTimer0() interrupt 1  //T0间断服务函数

{

    TH0 = T0RH;  //定时器重新加载重载值

    TL0 = T0RL;

    LedScan();   //LED扫描显示

}

 

void InterruptUART() interrupt 4

{

    if (RI)  //接收到字节

    {

        RI = 0;  //手动清零接收间断标志位

        RxdByte = SBUF;  //接收到的数据保留到接收字节变量中

        SBUF = RxdByte;  //接收到的数据又直接发回,这叫回显-"echo",以提醒用户输入的信息是不是已正确接收

    }

    if (TI)  //字节发送终了

    {

        TI = 0;  //手动清零发送间断标志位

    }

}

  大家在做这个试验的时候,有个小问题要注意一下。由于我们STC89C52RC下载程序是使用了UART串口下载,下载完程序后,程序运行起来了,可是下载软件最后还会通过串口发送一些额外的数据,所以程序刚下载进去不是显示00,而多是其他数据。大家只要把开关关闭,重新打开一次就行了。

  仔细的同学可能会发现,在串口调试助手发送选项和接收选项处,还有个“字符格式发送”和“字符格式显示”,这是甚么意思呢?

  先抛开我们使用的汉字不谈,那末我们经常使用的字符就包括了0~9的数字、A~Z/a~z的字母、还有各种标点符号等。那末在单片机系统里面我们怎么来表示它们呢?ASCII码(American Standard Code for Information Interchange,即美国信息互换标准代码)可以完成这个使命:我们知道,在单片机中一个字节的数据可以有0~255共256个值,我们取其中的0~127共128个值赋予了它此外一层涵义,即让它们分别来代表一个经常使用字符,其具体的对应瓜葛如下表。

  表11-3 ASCII表

ASCII值

 

 

节制字符

ASCII值

字符

ASCII值

字符

ASCII值

字符

000

NUL

032

(space)

064

@

096

001

SOH

033

!

065

A

097

a

002

STX

034

"

066

B

098

b

003

ETX

035

#

067

C

099

c

004

EOT

036

$

068

D

100

d

005

END

037

%

069

E

101

e

006

ACK

038

&

070

F

102

f

007

BEL

039

'

071

G

103

g

008

BS

040

(

072

H

104

h

009

HT

041

)

073

I

105

i

010

LF

042

*

074

J

106

j

011

VT

043

+

075

K

107

k

012

FF

044

076

L

108

l

013

CR

045

-

077

M

109

m

014

SO

046

078

N

110

n

015

SI

047

/

079

O

111

o

016

DLE

048

0

080

P

112

p

017

DC1

049

1

081

Q

113

q

018

DC2

050

2

082

R

114

r

019

DC3

051

3

083

S

115

s

020

DC4

052

4

084

T

116

t

021

NAK

053

5

085

U

117

u

022

SYN

054

6

086

V

118

v

023

ETB

055

7

087

W

119

w

024

CAN

056

8

088

X

120

x

025

EM

057

9

089

Y

121

y

026

SUB

058

:

090

Z

122

z

027

ESC

059

;

091

[

123

{

028

FS

060

<

092

\

124

|

029

GS

061

=

093

]

125

}

030

RS

062

>

094

^

126

~

031

US

063

?

095

_

127

DEL

  这样我们就在经常使用字符和字节数据之间建立了一一对应的瓜葛,那末现在一个字节就既可以代表一个整数又可以代表一个字符了,但它本质上只是一个字节的数据,而我们赋予了它不同的涵义,甚么时候赋予它那种涵义就看编程者的意图了。ASCII码在单片机系统中利用无比广泛,我们后续的课程也会经常使用到它,下面我们来对它做一个直观的认识,同学们一定要深刻理解其本质。

  对比上述表格,我们便可以实现字符和数字之间的转换了,譬如仍是这个程序,我们发送的时候改成字符格式发送,接收仍是用十六进制接收,这样接收和数码管好做一下对照。

  我们用字符格式发送一个小写的a,返回一个十六进制的0x61,数码管上显示的也是61,ASCII码表里字符a对应十进制是97,等于十六进制的0x61;我们再用字符格式发送一个数字1,返回一个十六进制的0x31,数码管上显示的也是31,ASCII表里字符1对应的十进制是49,等于十六进制的0x31。这下大家就该清楚了:所谓的十六进制发送和十六进制接收,都是按字节数据的真实值进行的;而字符格式发送和字符格式接收,是按ASCII码表中字符情势进行的,但它实际上终究传输的仍是一个字节数据。这个表格,当然不需要大家去记住,理解它,用的时候过来查就行了。

  通信的学习,不像前边节制部份那末直观了,通信部份我们的程序只能取得一个结果,而其进程我们却无法直接看到,所以慢慢的可能大家就会知道有示波器和逻辑分析仪这种测量仪器。如果学校试验室或公司里有示波器或逻辑分析仪这种仪器,可以拿过来抓一下串口波形,直观的了解一下。如果暂时还没有这些仪器,先知道这么回事,有条件再说。由于工具类的东西有的对比昂贵,有条件可以尽可能使用学校或公司的。在这里我用一款简易的逻辑分析仪把串口通信的波形抓出来给大家看一下,大家了解一下便可,如图11-7所示。

逻辑分析仪串口数据示意图

逻辑分析仪串口数据示意图

图11-7 逻辑分析仪串口数据示意图

  分析仪和示波器的作用,就是把通信进程的波形抓出来进行分析。先大概说一下波形的意思。波形左侧是低位,右侧是高位,上边这个波形是电脑发送给单片机的,下边这个波形是单片机回发给电脑的。以上边的波形为例,左侧第一位是起始位0,从低位到高位顺次是10001100,顺序倒一下,就是数据0x31,也就是ASCII码表里的‘1’。大家可以注意到分析仪在每一个数据位都给标了一个白色的点,表示是数据,起始位和无数据的时候都没有这个白点。时间标T1和T2的差值在右侧显示出来是0.102ms,大概是9600分之一,略微有点偏差,在容许范围内便可。通过图11-7,我们可以清晰的了解了串口通信的收发的详细进程。

  那我们这里再来了解一下,如果我们使用串口调试助手,用字符格式直接发送一个“12”,我们在我们的数码管上应当显示甚么呢?串口调试助手应当返回甚么呢?经过试验发现,我们数码管显示的是32,而串口调试助手返回十六进制显示的是31、32两个数据,如图11-8所示。

 串口调试助手数据显示

图11-8 串口调试助手数据显示

  我们用逻辑分析仪把这个数据抓出来看一下,如图11-9所示。

逻辑分析仪抓取数据

图11-9 逻辑分析仪抓取数据

  对ASCII码表来讲,数字本身是字符而非数据,所以如果发送“12”的话,其实是是分别发送了“1”和“2”两个字符,单片机呢,先收到第一个字符“1”,在数码管上会显示出31这个对应数字,然而瞬间马上就又收到了“2”这个字符,数码管瞬间从31变成了32,而我们视觉上呢,根本是没有办法发现这种快速变化的,所以我们感觉数码管直接显示的是32。

  11.7 功课

  1、能够理解UART串口通信的基本原理和通信进程。

  2、通过IO口模拟UART串口通信把通信的底层操作原理搞明白。

  3、学会通过配置寄存器,实现串口通信的基本操作进程。

  4、了解字符和数据之间的转换根据和方法。

  5、完成通过串口节制流水灯活动和住手的程序。

   6、完成通过串口实现蜂鸣器响的程序。


 

 

 

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