UART串口通信的基本應(yīng)用
1、通信的三種基本類(lèi)型
我們常用的通信通？梢苑譃閱喂ぁ腚p工、全雙工通信。
單工就是指只允許一方向另外一方傳送信息，而另一方不能回傳信息。比如我們的電視遙控器，我們的收音機(jī)廣播等，都是單工通信技術(shù)。
半雙工是指數(shù)據(jù)可以在雙方之間相互傳播，但是同一時(shí)刻只能其中一方發(fā)給另外一方，比如我們的對(duì)講機(jī)就是典型的半雙工。
全雙工通信就發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)也能夠接受數(shù)據(jù)，兩者同步進(jìn)行，就如同我們的電話(huà)一樣，我們說(shuō)話(huà)的同時(shí)也可以聽(tīng)到對(duì)方的聲音。
2、UART模塊介紹
IO口模擬串口通信，大家了解了串口通信的實(shí)質(zhì)，但是我們的單片機(jī)程序卻需要不停的檢測(cè)掃描單片機(jī)IO口收到的數(shù)據(jù)，大量占用了CPU資源。這時(shí)候就會(huì)有聰明人想了，其實(shí)我們不是很關(guān)心通信的過(guò)程，我們只需要一個(gè)通信的結(jié)果，最終得到接收到的數(shù)據(jù)就行了。這樣我們可以在單片機(jī)內(nèi)部做一個(gè)硬件模塊，讓他自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，接收完了，通知我們一下就可以了，我們的51單片機(jī)內(nèi)部就存在這樣一個(gè)UART模塊，要正確使用它，當(dāng)然還得先把對(duì)應(yīng)的特殊功能寄存器配置好。
51單片機(jī)的UART串行口的結(jié)構(gòu)由串行口控制寄存器SCON、發(fā)送和接收電路三部分構(gòu)成，先來(lái)了解一下串口控制寄存器SCON。
表1 SCON--串行控制寄存器的位分配(地址：98H)
可位尋址；復(fù)位值：0x00；復(fù)位源：任何復(fù)位
位 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
符號(hào) | SM0 | SM1 | SM2 | REN | TB8 | RB8 | TI | RI |
表2 SCON--串行控制寄存器的位描述
位 | 符號(hào) | 描述 |
7 | SM0 | 這兩位共同決定了串口通信的模式0到模式3共4種模式。我們最常用的就是模式1，也就是SM0=0，SM1=1，下邊我們重點(diǎn)就講模式1，其他模式從略。 |
6 | SM1 | |
5 | SM2 | 多機(jī)通信控制位(很少用)，模式1直接清零。 |
4 | REN | 使能串行接收。由軟件置位使能接收，軟件清零則禁止接收 |
3 | TB8 | 模式2和3中將要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)(很少用) |
2 | RB8 | 模式2和3中接收第9位數(shù)據(jù)(很少用)，模式1用來(lái)接收停止位 |
1 | TI | 發(fā)送中斷標(biāo)志位，模式1下，在數(shù)據(jù)位最后一位發(fā)送結(jié)束，開(kāi)始發(fā)送停止位時(shí)由硬件自動(dòng)置1，必須通過(guò)軟件清零。也就是說(shuō)，再發(fā)送前我們清零TI，發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送到停止位時(shí)，TI硬件置1，方便我們CPU查詢(xún)發(fā)送完畢狀態(tài)。 |
0 | RI | 接收中斷標(biāo)志位，當(dāng)接收電路接收到停止位的中間位置時(shí)，RI由硬件置1。也就是說(shuō)，接收數(shù)據(jù)之前我們必須清零RI，接受數(shù)據(jù)到停止位的中間位置時(shí)，RI硬件置1，方便我們CPU查詢(xún)到接收狀態(tài)。 |
前邊學(xué)了那么多寄存器的配置，相信SCON這個(gè)地方，對(duì)于大多數(shù)同學(xué)來(lái)說(shuō)已經(jīng)不是難點(diǎn)了，應(yīng)該能看懂并且可以自己配置了。對(duì)于串口的四種模式，模式1是最常用的，就是我們前邊提到的1位起始位，8位數(shù)據(jù)位和1位結(jié)束位。因?yàn)槲覀兊慕坛滩煌诮炭茣?shū)，只要有的功能都一一介紹，我們只介紹實(shí)用的技術(shù)，所以其他3種模式，真正遇到需要使用的時(shí)候大家再去查資料就行。
在我們使用IO口模擬串口通信的時(shí)候，我們串口的波特率是使用定時(shí)器0的中斷體現(xiàn)出來(lái)的。在實(shí)際串口模塊中，有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的波特率發(fā)生器用來(lái)控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速度和讀取接收數(shù)據(jù)的速度。對(duì)于STC89C52RC單片機(jī)來(lái)講，這個(gè)波特率發(fā)生器只能由定時(shí)器1或定時(shí)器2產(chǎn)生，而不能由定時(shí)器0產(chǎn)生，這和我們模擬的通信是完全不同的概念。
如果用定時(shí)器2，需要配置額外的寄存器，默認(rèn)是使用定時(shí)器1的，我們本章內(nèi)容主要是使用定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器來(lái)講解，方式1下的波特率發(fā)生器必須使用定時(shí)器1的模式2，也就是自動(dòng)重裝載模式，定時(shí)器的初值具體的計(jì)算公式是：
TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率
和波特率有關(guān)的還有一個(gè)寄存器，是一個(gè)電源管理寄存器PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果寫(xiě)PCON |=0x80以后，計(jì)算公式就成了
TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率
數(shù)字的含義這里解釋一下，256是8位數(shù)據(jù)的溢出值，也就是TL1的溢出值，11059200就是我們板子上單片機(jī)的晶振，12是說(shuō)1個(gè)機(jī)器周期是12個(gè)時(shí)鐘周期，值得關(guān)注的是這個(gè)16，重點(diǎn)說(shuō)明。我們?cè)贗O口模擬串口通信接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，我們采集的是這一位數(shù)據(jù)的中間位置，而實(shí)際上串口模塊比我們模擬的要復(fù)雜和精確一些。他采取的方式是把一位信號(hào)采集16次，其中第7、8、9次取出來(lái)，這三次中其中兩次如果是高電平，那么就認(rèn)定這一位數(shù)據(jù)是1，如果兩次是低電平，那么就認(rèn)定這一位是0，這樣一旦受到意外干擾讀錯(cuò)一次數(shù)據(jù)，也依然可以保證最終數(shù)據(jù)的正確性。
了解了串口采集模式，在這里要給大家留一個(gè)思考題。“晶振值/12/2/16/波特率”這個(gè)地方計(jì)算的時(shí)候，出現(xiàn)不能除盡，或者出現(xiàn)小數(shù)怎么辦，允許出現(xiàn)多大的偏差？把這部分理解了，也就理解了我們的晶振為何使用11.0592M了。
串口通信的發(fā)送和接收電路，我們主要了解一下他們?cè)谖锢砩嫌?個(gè)名字相同的SBUF寄存器，他們的地址也都是99H，但是一個(gè)用來(lái)做發(fā)送緩沖，一個(gè)用來(lái)做接收緩沖。意思就是說(shuō)，有2個(gè)房間，兩個(gè)房間的門(mén)牌號(hào)是一樣的，其中一個(gè)只出人不進(jìn)人，另外一個(gè)只進(jìn)人不出人，這樣的話(huà)，我們就可以實(shí)現(xiàn)UART的全雙工通信，相互之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。但是在邏輯上呢，我們每次只操作SBUF，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)根據(jù)對(duì)它執(zhí)行的是“讀”還是“寫(xiě)”操作來(lái)選擇是接收SBUF還是發(fā)送SBUF，后邊通過(guò)程序，我們就會(huì)徹底了解這個(gè)問(wèn)題。
3、UART串口程序
一般情況下，我們編寫(xiě)串口通信程序的基本步驟如下所示：
1、配置串口為模式1。
2、配置定時(shí)器T1為模式2，即自動(dòng)重裝模式。
3、確定波特率大小，計(jì)算定時(shí)器TH1和TL1的初值，如果有需要可以使用PCON進(jìn)行波特率加倍。
4、打開(kāi)定時(shí)器控制寄存器TR1，讓定時(shí)器跑起來(lái)。
這個(gè)地方還要特別注意一下，就是在使用T1做波特率發(fā)生器的時(shí)候，千萬(wàn)不要再使能T1的中斷了。
我們先來(lái)看一下由IO口模擬串口通信直接改為使用硬件UART模塊時(shí)程序代碼，看看程序是不是簡(jiǎn)單了很多，因?yàn)榇蟛糠值墓ぷ饔布K都替我們做了。程序功能和IO口模擬的是完全一樣的。
#include
void ConfigUART(unsigned int baud);
void main ()
{
ConfigUART(9600); //配置波特率為9600
while(1)
{
while (!RI); //等待接收完成
RI = 0; //清零接收中斷標(biāo)志位
SBUF = SBUF + 1; //接收到的數(shù)據(jù)+1后，發(fā)送回去；
//等號(hào)左邊的SBUF實(shí)際上就是發(fā)送SBUF，因?yàn)閷?duì)它的操作是“寫(xiě)”；
//等號(hào)右邊的是接收SBUF，因?yàn)閷?duì)它的操作是“讀”。
while (!TI); //等待發(fā)送完成
TI = 0; //清零發(fā)送中斷標(biāo)志位
}
}
void ConfigUART(unsigned int baud) //串口配置函數(shù)，baud為波特率
{
SCON = 0x50; //配置串口為模式1
TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位
TMOD |= 0x20; //配置T1為模式2
TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud; //計(jì)算T1重載值
TL1 = TH1; //初值等于重載值
ET1 = 0; //禁止T1中斷
TR1 = 1; //啟動(dòng)T1
}
當(dāng)然了，這個(gè)程序還是在主循環(huán)里等待接收中斷標(biāo)志位和發(fā)送中斷標(biāo)志位的方法來(lái)編寫(xiě)的，而實(shí)際工程開(kāi)發(fā)中，當(dāng)然就不能這么干了，所以就用到了串口中斷，來(lái)看一下程序。
#include
void ConfigUART(unsigned int baud);
void main ()
{
ConfigUART(9600); //配置波特率為9600
while(1);
}
void ConfigUART(unsigned int baud) //串口配置函數(shù)，baud為波特率
{
SCON = 0x50; //配置串口為模式1
TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位
TMOD |= 0x20; //配置T1為模式2
TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud; //計(jì)算T1重載值
TL1 = TH1; //初值等于重載值
ET1 = 0; //禁止T1中斷
TR1 = 1; //啟動(dòng)T1
ES = 1; //打開(kāi)串口中斷
EA = 1; //打開(kāi)總中斷
}
void InterruptUART() interrupt 4
{
if (RI) //接收到字節(jié)
{
RI = 0; //手動(dòng)清零接收中斷標(biāo)志位
SBUF = SBUF + 1;//接收數(shù)據(jù)+1發(fā)回去，左邊為發(fā)送SBUF，右邊為接收SBUF。
}
if (TI) //字節(jié)發(fā)送完畢
{
TI = 0; //手動(dòng)清零發(fā)送中斷標(biāo)志位
}
}
大家可以試驗(yàn)一下試試，看看是不是和前邊用IO口模擬通信實(shí)現(xiàn)的效果一致，而主循環(huán)卻完全空出來(lái)了，我們就可以隨意添加其它功能代碼進(jìn)去。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-25
