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  • 51单片机学习笔记（郭天祥版）（7）——串行通信

    上节课的AD和DA不属于单片机自身的知识，属于单片机的外围器件，不光单片机，DSPU、FPGA、嵌入式系统，AD和DA都是外围设备。掌握的不是很好也没事，用的时候在搞明白原理，要使用的AD、DA说明搞清楚，每一种AD和DA操作方法都是不一样的，并不是你写一个ADc0804的程序拿的别的芯片也能用。

    接下来讲串口通信，其中计算机串口通信和单片机串口通信各涉及到一半，串口是单片机比较重要的知识。

    并行通信就像操作DA芯片的时候，由单片机作为发送设备，DA芯片作为接受设备，单片机P0一下发送8位数据，DA接收，这就是并行通信，也就是说DA芯片时并行的，也有串行的。在发送设备发送前要先询问一下接收设备有没有准备好，接送设备准备好了会给发送设备一个应答信号，告诉准备好了，可以发送了，这时发送设备才能发。不然发送设备发送后，接收设备有没有接收到都不知道，所以每发一次要问一下。

     电话线就是两根线，电话上网，宽带上网：8根线并不是一下传8位数据，是2对差分信号传输（TXD1发送、RXD1接收、TXD0、RXD0，单片机引脚的P3.0是RXD，P3.1是TXD），还有电源线，地线，询问线，应答线，宽带一共这8根线。电话线上网，也是先有宽带接出来，通过调制解调器，解调完后发到电话线上，网络另一端又通过调制解调器（数字信号（计算机上为数字信号）调制为模拟信号），电话线不能传数字信号，只能传模拟信号（例如声音，根据声音大小，电话线上电流变化），电话的另一端用DTMT编码解调出来，电话线上网先把数字信号通过调制解调器（调制器）调制成电流信号，电流的强弱是发送的0或1，电话线上网很慢，最大在56k（mao），另一端通过解调器把模拟信号解调为数字信号传输给计算机。

    发送设备和接收设备各有一个时钟，发一个数据，下一个就会变化，这个变化的过程就是由时钟控制的，单片机的时钟就是我们的晶振，进行了12个晶振周期（震荡周期），即1个机器周期，一个机器周期发一个数，每过一个周期，串行发送的时候IO口电平就会变化。

    异步通信，发一帧数据（上图是10位，多少由自己定），只要发送设备和接收设备协调一致就可以，发送多少就接收多少，根据发送的数据再组装一下，变成你需要的数据。

    空闲是指的每帧数据间的间隔，然后是起始位，先发送起始位，接收设备才知道下面开始传输数据了，否则直接发数据不知道是数据还是什么，所以每一帧先发起始位，起始位是低电平，然后是数据位，从低位（LSB最低有效位）到高位，最后跟一位校验位（表示你中间的数据有没有传错，根据校验位可以知道是否传错，传错了会告诉发送端重新发送这帧数据。如果没有校验位，那么8位可能都是数据位，不需要校验位。也有要校验位的，数据是6位，7位....随意。但是单片机有几种固定的格式。）然后跟一位停止位，以高电平结束，然后又是空闲，空闲完又发下一位数据，方法同上。

    这就是异步通讯数据格式，适合所有的位控制器：单片机，DSP......

    然后再看同步通信（单片机的串口是同步通信，单片机内有一个功能强的全双工异步串行通信）

    用的很少，了解就行。

    接收和发送是由一个时钟控制的。

    外同步：有一个时钟信号线，计算机甲每一个时钟发一位，计算机乙收到一个时钟收一位。

     

    以前老式计算机都是串口上网，串口线，连接调制解调器，上网登录别人的服务器，服务器有解调器，解调器完后转换为rs232信号（计算机串口电平，第一节课讲的），转换成串口电平再进入计算机内部。

    我们不用校验，但是要会。

    单片机中可以设置是奇校验还是偶校验。

    例如这里的奇校验，如果传输时第三位丢了，受到了干扰，那么就成了偶数，所以帧数据传错了，这帧数据就不能要，一帧一帧传输数据时，每收到一帧要给发送设备一个响应，没有错误再发送第二帧，如果这帧数据出错了，那么要告诉发送器，这帧有错误重发一次，发送器收到重发的信号要重发这一帧。丢一位的概率是最大的，丢两位三位甚至更多的概率很小很小。

    代码和校验用的还是必须较多的。

    校验后才把各个有用的信息分配到各个信号去。

    研究生会讲到循环冗余校验。

    以前的是25针的，现在是9针，25其中只用了几个。

    阳头，阴头（公头，母头）：针是公头，另一种孔的就是母头。

    串口这里还有一种线，两端都是母头，线内部是交叉的，2和3是对调的，从单片机串口座（地线，发送，接收三根线）的第二口出来后，对调后连到计算机的第三口上。

    平行线：2对应的2，3对应的3。

    这25针不是电脑后面用的并口，那个是并行口，内部有八根数据线，18~25是并线，中间有一些信号询问、应答的。

    我们现在用的串口通信只有TXD、RXD、SGND。

    连mao要用RTS、CTS。

    最早的时候用的是MC1488和MC1499，1488是把TTL电平转换为RS232电平，1499相反。现在用的是MC232，内部相当于这两个集成起来了

     

    长的时候信息容易丢失，而且一打雷，所有板子全烧坏，静电进入MC232。解决方法可以把232转换成485电平。或者换成无线发射模块。

    232改进后变成了422A，是差分信号。了解就好。

    缓冲器SBUF也可以叫寄存器SBUF。

    A表示一个任意的寄存器，SBUF是串行口寄存器TXD（translator）是P3.1，RXD（receive）是P3.0，这两个口是用来串口通信的。

    T1（定时器1）的溢出率决定了发送控制器的发送速度，SMOD是用于发送速率倍频的，发送时T1每溢出一次，发送一位。每一个字节发送完后，有一个PI，PI是SCON寄存器中的一位，这一位会申请中断，每接收完一个字节，也要申请一次中断。接受完后通过移位寄存器接收到一个字节后送到SBUF然后产生中断，通知单片机从SBUF中把数据取走。发送和接收都是用的SBUF。RXD接收，接受完通过移位寄存器发送到SBUF，用一个变量把它取走，a=SBUF。发送时就a送给SBUF，SBUF=a，单片机在发送接收时就这一句话。串口通信非常简单，关键是把中断和波特率搞明白。

    SCON是98H，也可以被8整除所以可以位操作。就像TMOD和TCON一样，那两个是定时器的，这个是串行口的。

    方式0是移位寄存器，数据一位一位的出去。fosc（oscillation）是晶振频率。

    方式1中8位数据，剩下的分别是起始位和结束为，波特率可变化，可由软件设置。

    波特率就是传输的速率。

    我们重点讲方式1。用的最多，其中0,2,3很少用（郭天祥写了2、3年还没用过）。

    所以SM0=0，SM1=1。

    RB8是用到校验的时候，RB8是收到的校验位，校验位放到这里。

    所以我们SM2=0，REN=1。

     

    TB8=0，不设置就行，单片机上电后，特殊功能寄存器默认为0，不用RB8设为0就可以。

    这两位比较重要。发完8位数据位也可以不进入中断，检测到发送完直接TI=0就可以，然后让第二次进行发送。这两个是由硬件置1，所以一开始不用管。

    是因为SCON设置为0101 0000就行。

    PCON（power control）是单片机的电源控制位，里面有一位可以设置让单片机进入休眠状态（休眠时只能检测到中断和复位电路），进入掉电状态，低功耗状态......

    暂时不用SMOD，所以为0就好。

    下面0不讲不用看

    SBUF是8位寄存器，只能存8位数据。

    TI是在停止位开始时为1的。

    D0、D1...是数据的高低电平。

    RI在停止位中间置1。

    位采样脉冲，是把机器周期16分频，因为采样需要采样很多次。

    负跳变：高电平变为低电平，这里就是起始位。

    16倍更加精准的判断出发送的0还是1，1次采样有可能出错。

    下面2、3不用看

    下面的波特率计算一定要掌握。

    T1满了之后就溢出了。所以串行通信与定时器1有直接关系。

     什么是8位自动重装，意思是当溢出时，进入中断函数，不需要再自己设置初值，而是把TH的值赋值给Tl。

    T1溢出率就是溢出速率，即1s溢出多少次。

    以前为了方便都是用12MHz，实际是11.0592MHz，但是串口这里必须用11.0592。

    计算机串口通信，打开下载软件，可以看到这里的波特率设置都是11.0592的整数倍。

    用12MHz这里TH1也是0xFD，但是误差是8.51%，因为12M除完有小数，如果用12M的晶振串口通信时，传着传着数据就错了，晶振采样率就采错位置了，因为有误差。SMOD=1时就是倍频了，这时TH1=0xFA。

    其实9600倍频和4800波特率正常情况下其实是一样的。4800倍频和9600不倍频是一样的。

    波特率会设置了，接下来是串口工作之前进行的一些初始化：

    下面的5张图仅需了解即可。

     

     接下来写程序控制单片机和计算机传输数据

    首先要能让单片机收到数据，利用计算机发，用串口调试助手或者stc-isp，但是他们两个不能在同时运行时同时使用一个串口。

    红灯亮了表示这个端口打开了，默认是串口1，如果此时下载程序也是用COM1口的话，是下载不进去的，它会提示串口不存在。

    如果用的是同一个，下载程序时，你可以先把串口助手那里点击关闭串口，然后再下载就正常了，你们大部分机器用的COM2口，那么串口实验时，串口助手也要选择COM2。

    上位机通过串口调试助手随便发送一个数，如果单片机收到就先点亮一个发光二极管。这就是调程序的过程，我们得先看他能不能收到数，然后再看收的什么数或对数做什么样的判断。所以我们收到数就先让发光二极管点亮，收不到就不亮。

    main函数里首先要先检测有没有数据，不停地检测，所以要放在while（1）中，收到一帧数据，当到停止位的时候，SCON中的RI为置位，那么就有两种方法检测，1：查询RI是否置位，如果置位说明收到了数据，收到了就把数据存起来；2：RI置位后，会向单片机申请中断，那么就写一个中断函数，因为中断是自动进入的。第一种方法叫做查询法，第二种叫中断法。

    先写一个查询法

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     while(1)
 9     {
10         while(!RI);//如果没收到数据，那么RI=0，就一直在这个循环，如果收到数据就执行下一句。
11         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
12         P1=0xfe;//收到数据就点亮第一个灯。
13         //现在我们波特率和...都没设置，我们就是看能不能收到东西
14     }
15 }

    发送数据时，选择16进制就是发送的16进制数，如果不点就是以asc码形式发送

    这个代码失败，未收到。

    其实我们没有设置SCON寄存器

    先设置一个REN=1看看

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     REN=1;
 9     while(1)
10     {
11         while(!RI);//如果没收到数据，那么RI=0，就一直在这个循环，如果收到数据就执行下一句。
12         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
13         P1=0xfe;//收到数据就点亮第一个灯。
14         //现在我们波特率和...都没设置，我们就是看能不能收到东西
15     }
16 }

    会发现下载完后没发送就直接亮了。

    是因为没有设置SM0、SM1，没设置时都是0，那就是方式0，同步移位寄存器，用于扩展IO口用的，这种状态下，会始终收1，因为数据口如果没法出去它就一直连着P3.0，因为是同步移位，一个时钟收一位。（好吧原因解释我也不懂，不懂可以回去前面看，前面介绍过方式0，不过无所谓了，反正不用）现在我们再设置上SM。

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     REN=1;
 9     SM0=0;
10     SM1=1;
11     while(1)
12     {
13         while(!RI);//如果没收到数据，那么RI=0，就一直在这个循环，如果收到数据就执行下一句。
14         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
15         P1=0xfe;//收到数据就点亮第一个灯。
16         //现在我们波特率和...都没设置，我们就是看能不能收到东西
17     }
18 }

    发现不亮了，发送数据也不亮了....这郭天祥....原因是没设置波特率，没有波特率无法检测数，设置波特率时只有把定时器设置为方式2，打开定时器，然后波特率检测数据的信号才能产生。

    接下里郭天祥又只打开了定时器，未设置波特率，看看情况

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     REN=1;
 9     SM0=0;
10     SM1=1;
11     TR1=1;
12     while(1)
13     {
14         while(!RI);//如果没收到数据，那么RI=0，就一直在这个循环，如果收到数据就执行下一句。
15         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
16         P1=0xfe;//收到数据就点亮第一个灯。
17         //现在我们波特率和...都没设置，我们就是看能不能收到东西
18     }
19 }

    恩....没发送数据就亮了

    再设置波特率

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
 9     TH1=0xfd;//9600的波特率
10     TL1=0xfd;
11     TR1=1;
12     REN=1;
13     SM0=0;
14     SM1=1;
15     while(1)
16     {
17         while(!RI);//如果没收到数据，那么RI=0，就一直在这个循环，如果收到数据就执行下一句。
18         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
19         P1=0xfe;//收到数据就点亮第一个灯。
20     }
21 }

    晕还是错的，还是亮....果然还是清翔的好，不过也学了点东西。

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
 9     TH1=0xfd;//9600的波特率
10     TL1=0xfd;
11     TR1=1;
12     REN=1;
13     SM0=0;
14     SM1=1;
15     while(1)
16     {
17         if(RI==1)
18         {
19         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
20         P1=SBUF;
21         }
22     }
23 }

    这样就对了，其实数据要从SBUF接收，郭天祥竟然还以为改成if就对了，其实while也是对的，看下面的代码就是了

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
 9     TH1=0xfd;//9600的波特率
10     TL1=0xfd;
11     TR1=1;
12     REN=1;
13     SM0=0;
14     SM1=1;
15     while(1)
16     {
17         while(!RI);
18         {
19         RI=0;//收到数据必须把RI清零，RI必须由软件清零，不清零没法进行下一次接收数据。
20         P1=SBUF;
21         }
22     }
23 }

    接下来学习中断方法：

    串口和定时器很相似，串口和单片机是独立的两个部分，串口收到数通知单片机取数，让单片机给定时器重新装置，

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 void main()
 7 {
 8     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
 9     TH1=0xfd;//9600的波特率
10     TL1=0xfd;
11     TR1=1;
12     REN=1;
13     SM0=0;
14     SM1=1;
15     EA=1;
16     ES=1;
17     while(1)
18     {
19     }
20 }
21 
22 void ser() interrupt 4
23 {
24     RI=0;
25     P1=SBUF;
26 }

    刚下载完可能会亮几个led，因为刚下完程序有几个值，单片机和计算机在下载程序的时候有过通信

    写一个把发到的数再发给电脑的程序

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 uchar flag=0;
 7 uchar a;
 8 void main()
 9 {
10     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
11     TH1=0xfd;//9600的波特率
12     TL1=0xfd;
13     TR1=1;
14     REN=1;
15     SM0=0;
16     SM1=1;
17     EA=1;
18     ES=1;
19     while(1)
20     {
21         if(flag==1)
22         {
23             flag=0;
24             SBUF=a;//注意这里SBUF是两个，虽然地址一个。
25         }
26     }
27 }
28 
29 void ser() interrupt 4
30 {
31     RI=0;
32     P1=SBUF;
33     a=SBUF;
34     flag=1;
35 }

    又是有错....开启串口一直接受，明明没发送。这郭天祥....后悔看了

    如果进入一次串行中断，flag=1，然后进入if，SBUF=a，TI会被置1，然后又会触发中断，又进入中断函数，就陷入循环了。

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 uchar flag=0;
 7 uchar a;
 8 void main()
 9 {
10     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
11     TH1=0xfd;//9600的波特率
12     TL1=0xfd;
13     TR1=1;
14     REN=1;
15     SM0=0;
16     SM1=1;
17     EA=1;
18     ES=1;
19     while(1)
20     {
21         if(flag==1)
22         {
23             ES=0;
24             flag=0;
25             SBUF=a;//注意这里SBUF是两个，虽然地址一个。
26             while(!TI);//如果没有给计算机发完数据，TI就是0，那么就一直循环while，发完TI=1，就执行下面了
27             TI=0;
28             ES=1;
29         }
30     }
31 }
32 
33 void ser() interrupt 4
34 {
35     RI=0;
36     P1=SBUF;
37     a=SBUF;
38     flag=1;
39 }

    16进制发送数据要16进制看，文本发送要文本看。

    也可以发送字符串给电脑，例如SBUF='b'，当然要用文本格式看。

    想要发送任意数字给计算机，就要分开发，比如123

     1 #include<reg51.h>
 2 
 3 #define uchar unsigned char
 4 #define uint unsigned int
 5 
 6 uchar flag=0;
 7 uchar a;
 8 void main()
 9 {
10     TMOD=0x20;//设置定时器1位工作方式2
11     TH1=0xfd;//9600的波特率
12     TL1=0xfd;
13     TR1=1;
14     REN=1;
15     SM0=0;
16     SM1=1;
17     EA=1;
18     ES=1;
19     while(1)
20     {
21         if(flag==1)
22         {
23             ES=0;
24             flag=0;
25             SBUF='1';//注意这里SBUF是两个，虽然地址一个。
26             while(!TI);//如果没有给计算机发完数据，TI就是0，那么就一直循环while，发完TI=1，就执行下面了
27             TI=0;
28             SBUF='2';
29             while(!TI);
30             TI=0;
31             SBUF='3';
32             while(!TI);
33             TI=0;
34             ES=1;
35         }
36     }
37 }
38 
39 void ser() interrupt 4
40 {
41     RI=0;
42     P1=SBUF;
43     a=SBUF;
44     flag=1;
45 }

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