【单片机】【学习日志】51单片机学习日志[Day4、2022.1.12]

第一部分_串口

一、基础知识

• 串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。
• 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模块互相通信，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。
• 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。

第一个 USB转换工具 相当于

第二个 陀螺仪模块，加速度传感器

第三个 蓝牙串口

小贴士：

VGA接口，相比于 串口的接口（两排） 它有三排插、孔。【用于视频传输、电脑外接显示器】

二、硬件电路

1、介绍

• 简单双向串口通信有 2根通信线 (发送端 TXD 和 接收端 RXD）；
  • 发送端 TXD，Transmit eXchange Data；
  • 接收端 RXD，Receive eXchange Data。
• TXD与RXD要交叉连接；
• 当只需单向的数据传输时，可以直接 1根通信线；
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片。

2、 电平标准

• 电平标准是数据1和数据0的表达方式，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 ；(对地电压)
  • RS232电平：-3~-15V 表示 1， +3~+15V 表示 0；(对地电压) <反逻辑>【距离最多十多米，否则会传输出错】
  • RS485电平：两线压差+2~+6V 表示 1， -2～-6V 表示 0（差分信号）【最多传输一千多米】

三、常见的通信接口的比较

1、比较

I^2C和SPI的通信方式都有同步，且都带有 SCL，即时钟线。

1.1 相关术语

• 全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据；

• 半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用 1根数据线；

• 单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输；【要线或者不要线，遥控器（单向）发送信号】

• 异步：通信双方各自约定通信速率；（时间不严格）

• 同步：通信双方靠 1根时钟线来约定通信速率；（时间严格）

• 总线：连接各个设备的数据传输线路 (类似于一条马路，把路边各住户连接起来，使住户可以相互交流）。

四、串口的参数及时序图

1、概念

• 波特率：串口通信的速率（发送和接收各数据位的间隔时间），表示每秒钟传送码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标。
  • 比较：比特率：是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(Bit Per Second)，比特率越高，每秒传送数据就越多。
• 检验位：用于数据验证；
• 停止位：用于数据帧间隔。

2、检验位

奇检验(第9位 为检验位)

• 检验通过

  输入：0000 0011 1 
  接收：0000 0011 1
  

  输入的时候，原本八位中有 2个1 所以第9位检验位配置 1，保持 1 的个数为 奇数

  接收的时候，还是保持着奇数

但是检验也是有问题的

像下列类似的错误是检测不出来的，只能在一定程度上检测数据的正误性，说明其排错率不高

输入：0000 0011 1 
接收：0000 0101 1

• 检验不通过

  输入：1110 0000 0
  接收：1100 0000 0
  

  输入的时候是奇数

  接收的时候，是偶数，明明采用的是奇检验，却出现了偶数，这就说明在传输出了问题，反馈给系统，让其重发或者是进行其它处理（我们自己定）。

3、串口的通信

顺序：从低到高位发，1位1位的发

五、串口模式图

SBUF（Serial Buffer）：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，读出的是接收寄存器。

1、收发过程分析

串口发送的时候，先把八位的数据写到 SBUF 中，再通过发送控制器 控制 控制门 用 TXD 引脚把数据送出。（发出去之后，系统就会产生 1个TI（Transmit Interrupt），执行中断函数）

xxx = SBUF;//发送的时候，把SBUF赋给别的变量

中间那块是 时钟，控制 波特率。

接收的时候，由 RXT接收数据，通过``接收控制器控制 移位寄存器把 数据存到SBUF` 中，需要的时候把它取出来。（接收数据的时候，如果收到1个字节，系统就会产生1 个RI（Receive Interrupt），执行中断函数）

SBUF = XXX;//接收的时候，把接收的数据赋给SBUF

2、定时器的中断

2.1 定时器的中断系统

2.2 串口的中断系统

TI 和 RI 占用同 1个通道

用串口发送举例子：

若是发送完成，就会触发中断，然后判断是 TI还是RI , ≥1 只要有其中一个信号就可以使得 ES打开、EA打开、配置ps（但是此处我们同时只会有1个中断，所以可以不用配置 优先级，只配置 ES、EA即可）

3、相关寄存器

PCON 电源控制控制寄存器的前两位是和寄存器有关的 SMOD、SMOD0；

IE 中的EA、ES与串口有关；

第二部分：

一、串口向电脑发送数据&电脑通过串口控制LED

1、串口向电脑发送数据

1.1看手册_串行口初始化配置 寄存器SCON

(1、配置SM0/FE

SM0/FE

• FE用于检测帧错误，适用于 9位数据格式，我们当前用的是 8位 所以可不不管它。
• 但是SM0 需要配合 SM1 配置工作模式

所以SM0=0，SM1=1 便可工作在模式1（常用，以此为例） 中

（2、SM2 允许模式2或模式3多机通信控制位。我们只用模式1 所以用不到，不用管。

（3、REN（Receive ENable，接收使能）(使能，理解为开关即可)

因为此处是 发送数据，所以可以先 REN=0 关闭开关。（给 1 也行，只要外接（电脑）不给它发，就不会出发）

（4、TB8、RB8

暂时用不到，不用管。

TB8=0,RB8=0;

（5、TI

发送完了，TI=1，同时中断中可以判断是 发送 还是接收。发送完了以后，我们必须在软件中将其 置为 0，因为硬件只会置1

TI=0;

(6、RI

因为我们此处是 发送输出，接收就不管它了。置为0

RI=0;

整合起来是：

二进制：0100 0000 十六进制：0x40

SCON=0X40;

1.2 看手册_串行口初始化配置 寄存器SBUF

因为 SBUF是接收/发送缓存，初始化的时候不用配置它。

1.3 看手册_串行口初始化配置 寄存器PCON

（1、SMOD、SMOD0

PCON的寄存器中只有 2位与串口有关。

看图，SMOD=0，不加倍；SMOD=1 加倍。
SMOD0 因为是8位数据格式，不用检测，可以置 0。

（2、IE （Interrupt Enable)

中断开关 ，此时可以不用开启中断，所以可以不配置。

整合起来是：

二进制：1000 0000 十六进制：0x80

PCON=0x80;

1.4 配置定时器自动重装模式

配置定时器1 为8位自动重装

二进制：0010 0000 十六进制：0x20

关于波特率的生成与计算：

（1、先用STC-ISP生成

加倍：为了让时钟不会过慢

（2、波特率的计算

波特率生成的地方，有T1溢出率、SMO还有÷16

生成的代码中 SCON=0x50，我自己写的是 SCON=0x40 （我这里是不使能的）

（1）T1溢出率

晶振是 11.0592MHz ，12÷11.0592=1.085

十六进制 0xFA 的十进制是 250 ，我们这个计时器达到256就会溢出，所以这个时候，再走6个数，就会溢出，对应着的是6×1.085=6.51us ，溢出率=1/6.51us=0.153609MHz

（2）SMOD

我们此处设置的是 加倍，即SMOD=1 ，波特率=溢出率÷16=0.153609MHz÷16=9600Hz，是我们设的波特率

也可以参考：

1.5 发送字节函数

发送的过程，我们只需要把数据写到 SBUF 中即可，一写入即可发送出去。（前提是定时器和波特率已经都初始化好了）

1.6 调用写完的函数

先初始化，再调用

串口向电脑发送数据_执行结果：

(1、发送我们输入的数据

开发板上点击复位 ，就可以看到串口助手上的数据

(2、自动发送递增的十六进制数

#include 
#include "Delay.h"
#include "UART.h"unsigned char Sec;//定义一个 Sec（秒）void main()
{UART_Init();UART_SendByte(0x11);while(1){UART_SendByte(Sec);Sec++;Delay(1000);}
}

小贴士：

（1）函数模块化的时候，函数名的规范格式：模块名_功能

（2）模块化编程的时候，记得写函数的注释

2、电脑通过串口控制LED

（1、配置 REN

因为我们现在要允许串行接收控制位 ，所以要使REN=1

二进制：0101 0000 十六进制：0x50

接收完成以后，会执行中断函数

（2、配置串口中断

此处与串口有关的只有ES 和 EA

ES=1;
EA=1;

/*** @brief  串口初始化 9600bps@11.0592MHz* @param  无* @retval 无*/
void UART_Init()
{SCON=0x50;PCON |= 0x80;		TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式 //此时为模式1TL1 = 0xFA;		//设定定时初值TH1 = 0xFA;		//设定定时器重装值TF0 = 0;		//清除TF0标志TR0 = 1;		//定时器0开始计时TR1 = 1;		//启动定时器1ES=1;EA=1;
}

#include 
#include "Delay.h"
#include "UART.h"void main()
{UART_Init();UART_SendByte(0x11);while(1){}
}void UART_Routine() interrupt 4
{ if(RI==1) //判别输入与发送{P2=~SBUF;//SBUF在等号右边，说明现在是读入模式UART_SendByte(SBUF);//单片机向电脑发送接收的文件RI=0;}
}

因为发送（Transmit） 和 接收（Receive）都会触发中断，所以if(RI==1)是为了把两者区分开

小贴士：

(1)中断函数最好和主函数放在一起，因为它和主函数的耦合性比较大;

(2)1个其它函数最好不要在中断函数与主函数中同时调用。

二、数据显示模式

• HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示；
• 文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示。

在这里插入图片描述

文本模式：

ASCII码：转换成ASCII对应的 字符，输出

HEX模式：

其次：

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