單片機學習（七）串口
參考資料：//www.bilibili.com/video/BV1Mb411e7re?p=19
一、串口相關資訊
1. 串口簡介
串口是一種應用十分廣泛的通訊介面，串口成本低、容易使用、通訊線路簡單，可實現兩個設備的互相通訊。
單片機的串口可以使單片機與單片機、單片機與電腦、單片機與各式各樣的模組互相通訊，極大的擴展了單片機的應用範圍，增強了單片機系統的硬體實力。
51單片機內部自帶UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用非同步收發器)，可實現單片機的串口通訊。
2. 串口線路的連接
- 簡單雙向串口通訊有兩根通訊線(發送端
TXD和接收端RXD) TXD與RXD要交叉連接- 當只需單向的數據傳輸時，可以直接一根通訊線
- 當電平標準不一致時，需要加電平轉換晶片
示意圖：
3. 串口電平標準
電平標準是數據1和數據0的表達方式，是傳輸線纜中人為規定的電壓與數據的對應關係，串口常用的電平標準有如下三種:
- TTL電平:
+5V表示1，0V表示0（單片機使用的是這個） - RS232電平: -3–15V表示1，+3~+15V表示0
- RS485電平:兩線壓差+2+6V表示1，-2-6V表示0 (差分訊號)
4. 常見通訊介面比較
相關術語：
- 全雙工：通訊雙方可以在同一時刻互相傳輸數據
- 半雙工：通訊雙方可以互相傳輸數據，但必須分時復用一根數據線
- 單工：通訊只能有一方發送到另一方，不能反向傳輸
- 非同步：通訊雙方各自約定通訊速率
- 同步：通訊雙方靠一根時鐘線來約定通訊速率
- 匯流排：連接各個設備的數據傳輸線路(類似於一條馬路，把路邊各住戶連接起來，使住戶可以相互交流)
二、51單片機的UART
1. STC89C52的UART資源
STC89C52有1個UART
STC89C52的UART有四種工作模式：
- 模式0 :同步移位暫存器
- 模式1 : 8位UART，波特率可變(常用)
- 模式2 : 9位UART，波特率固定
- 模式3 : 9位UART，波特率可變
2. 串口參數
波特率：串口通訊的速率(發送和接收各數據位的間隔時間)
檢驗位：用於數據驗證
停止位：用於數據幀間隔
示意圖如下：
3. 串口模式圖
4. 中斷通路的配置
從大的方向來說就是當單片機使用串口來發送數據或接受數據，都會先把數據寫入到快取SBUF中，然後會提出中斷申請，然後再經過中斷通路運行對應的中斷程式。
5. 串口相關暫存器
三、相關暫存器的配置
SCON暫存器
1. SM0，SM1
我們主要通過配置這兩位來設置UART的工作模式，如上所說，串口有4種工作模式，而我們常用的為第二種，故需要設置SM0=0，SM1=1。
2. REN
3. TI和RI
簡單地說就是當單片機使用串口發送或接收數據後，TI或RI位就會置一，告訴我們數據已被發送或接收了，然後我們需要在程式碼層對其重新置零。
程式碼配置
| SM0 | SM1 | SM2 | REN | TB8 | RB8 | TI | RI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
所以配置的程式碼為：
SCON = 0x50; // 0101 0000
PCON暫存器
由於我們不需要檢測幀錯誤，故我們這裡只需要配置SMOD，我們不需要波特率加倍，故這裡置零，所以總的配置為：
PCON = 0x7F;
至於為什麼其他的位全部為1我也不太清楚，我是根據STC-ISP軟體生成的程式碼配置的
使用STC-ISP軟體自動生成配置程式碼
其實後面還有幾項重要的配置，可是b站影片中的老師講的很不清楚，直接就使用軟體生成程式碼了，我也只能照做了。。。
打開STC-ISP軟體並打開到【波特率計算器】的tab：
然後按照上圖這樣配置需要的參數，然後我們就獲得了串口配置的所有程式碼。
然後我們即可將這段程式碼複製到項目中，注意還需要將與AUXR相關的兩個語句刪除掉，上一部分已經說明過我們當前版本的單片機是不需要配置這個的。
總的程式碼如下：
void UartInit(void) // [email protected]
{
PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
SCON = 0x50; // 8位數據,可變波特率
TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位
TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重裝方式
TL1 = 0xFA; //設定定時初值
TH1 = 0xFA; //設定定時器重裝值
ET1 = 0; //禁止定時器1中斷
TR1 = 1; //啟動定時器1
}
四、通過程式碼使用串口
1. 通過串口發送數據
編寫函數：
void UartSendByte(unsigned char Data) {
SBUF = Data;
while (TI == 0);
TI = 0;
}
即我們將一個位元組的數據寫入到SBUF暫存器中，然後單片機即會自動將這個位元組的數據發送出去，發送後TI位會被置一。此時代表資訊發送完成，我們需要手動將TI位置零。
然後我們可以編寫一個每隔一段時間發送一個遞增的數字的程式：
unsigned char dataToSend = 0;
int main() {
UartInit();
while (1) {
UartSendByte(dataToSend);
dataToSend++;
defaultDeley();
}
}
tips：
接收數據可以使用STC-ISP軟體自帶的串口助手：
此時我們需要注意將波特率設置為和我們前面配置的一致，這樣我們才能確保接收到正確的數據。
運行結果：
2. 通過串口接收數據
我們使用串口接收數據並進行處理需要藉助中斷系統，當單片機使用串口發送或接收數據時都會發出中斷請求，此時我們需要先配置中斷通路（二. 4），即：
ES = 1;
EA = 1;
在Uart_Init()函數中添加這兩句即可。
總的配置語句為：
void Uart_Init(void) // [email protected]
{
PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
SCON = 0x50; // 8位數據,可變波特率
TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位
TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重裝方式
TL1 = 0xFA; //設定定時初值
TH1 = 0xFA; //設定定時器重裝值
ET1 = 0; //禁止定時器1中斷
TR1 = 1; //啟動定時器1
// 配置中斷通路
ES = 1;
EA = 1;
}
然後我們在查看串口中斷訊號對應的中斷號：
由圖可知對應的中斷號為4，因此我們可以像定時器那樣編寫中斷程式（函數）：
void UART_Routine() interrupt 4 {
...
}
因為接受數據和發送數據都會觸發中斷程式，我們這裡只使用中斷程式來接受數據，故我們可以先使用一個if語句進行過濾：
void UART_Routine() interrupt 4 {
if(RI == 1) {
...
}
}
當RI == 1，即遇到接受資訊而觸發的中斷時，我們將接受到的資訊進行處理，我們可以用接收到的位元組數據來控制LED燈的亮滅，則我們可以如下編寫：
void UART_Routine() interrupt 4 {
if(RI == 1) {
// 將接收到的數據取反後賦值到P2，則bit為1時亮燈
P2 = ~SBUF;
// 然後將接收到的數據發送出去
Uart_SendByte(SBUF);
// RI需要手動置零
RI = 0;
}
}
不要忘記
RI位需要手動置零
主函數：
int main() {
Uart_Init();
while (1) {}
}
然後我們即可使用【串口助手】發送資訊到單片機上了。
五、將串口相關功能封裝成模組
// Uart.c
#include "Uart.h"
#include<Atmel/REGX52.H>
void Uart_Init(void) // [email protected]
{
PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
SCON = 0x50; // 8位數據,可變波特率
TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位
TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重裝方式
TL1 = 0xFA; //設定定時初值
TH1 = 0xFA; //設定定時器重裝值
ET1 = 0; //禁止定時器1中斷
TR1 = 1; //啟動定時器1
ES = 1;
EA = 1;
}
void Uart_SendByte(unsigned char Data) {
SBUF = Data;
while (TI == 0);
TI = 0;
}
/*
接收串口數據中斷函數模板
void UART_Routine() interrupt 4 {
if(RI == 1) {
RI = 0;
}
}
*/
頭文件寫上函數聲明即可。
