串行口通信（一）
前言
人類生存于世，少不了溝通。溝通使人類互相認知，傳遞資訊，提升生活品質。但然單片機也需要，不然單單一個機器，無法構成一個系統，發揮更大的力量。隻有單片機與外圍裝置傳遞資訊，互相回報才會有一個完美的系統。串行口通信就被發明出來，下面來了解串行口通信（uart）。
幾個概念
為了能更好了解串行口通信，在介紹它之前，先來看看幾個概念，補充知識，友善深入明白uart工作原理。
通信方式
通信方式
通信方式有兩種，分别是并行通信和串行通信。
并行通信：并行是指多比特資料同時通過并行線進行傳送，這樣資料傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制，因為長度增加，幹擾就會增加，資料也就容易出錯。
串行通信：串行通信是指 使用一條資料線，将資料一位一位地依次傳輸，每一位資料占據一個固定的時間長度。其隻需要少數幾條線就可以在系統間交換資訊，特别适用于計算機與計算機、計算機與外設之間的遠距離通信。
拿汽車通道來說，并行通信就是多車道，多輛車一起行駛，而串行通信就是單車道，隻能一輛一輛車通過。
串行通信制式
串行通信制式
串行通信制式有單工通信，半雙工通信，雙工通信三種。
單工通信：單工通信信道是單向信道，發送端和接收端的身份是固定的，發送端隻能發送資訊，不能接收資訊；接收端隻能接收資訊，不能發送資訊，資料信号僅從一端傳送到另一端，即資訊流是單方向的。
半雙工通信：半雙工資料傳輸指資料可以在一個信号載體的兩個方向上傳輸，但是不能同時傳輸。例如，在一個區域網路上使用具有半雙工傳輸的技術，一個工作站可以線上上發送資料，然後立即線上上接收資料，這些資料來自資料剛剛傳輸的方向。像全雙工傳輸一樣，半雙工包含一個雙向線路（線路可以在兩個方向上傳遞資料）。
雙工通信：雙工通信是指在同一時刻資訊可以進行雙向傳輸，和打電話一樣，說的同時也能聽，邊說邊聽。這種發射機和接收機分别在兩個不同的頻率上（兩個頻率差有一定要求）能同時進行工作的雙工機也稱為異頻雙工機。
三種通信制式很容易了解，對照上圖看，單工通信不就是單方面通信，隻能發出指令或接收指令。半雙工通信就是能接收又能發送，但是不能同時進行。雙工就最厲害，可以同時發送和接收指令。
串行通信分類
串行通信有兩種，一位異步串行通信，二為同步串行通信。
異步串行通信：異步串行通信是指通信雙方以一個字元（包括特定附加位）作為資料傳輸機關且發送方傳送字元的間隔時間不一定，具有不規則資料段傳送特性的串行資料傳輸。
同步串行通信：所謂同步通信是指在約定的通信速率下，發送端和接收端的時鐘信号頻率和相位始終保持一緻（同步），這就保證了通信雙方在發送和接收資料時具有完全一緻的定時關系。
兩種串行通信不同就隻有時間，在發送字元時，異步可以是不同時間間隔發送，但同步隻能以固定的時間間隔發送。
波特率
波特率：波特率表示每秒鐘傳送的二進制位數，是衡量資料傳送速率的名額，它用機關時間内載波調制狀态改變的次數來表示。
互相通信的甲乙雙方必須具有相同的波特率，不然無法成功完成串行通信。
概述
52單片機具有一個全雙工串行通信口。一個全雙工UART（通用異步接收發送器）的串行I/O口，用于實作單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片内振蕩器和時鐘産生電路，石英晶體和微調電容需要外接。最佳振蕩頻率為6M—12M。管腳RXD( P3.0),TXD(P3.1)與序列槽通信有關。波特率可以設定。
内部結構
串行口内部結構邏輯圖
串行口通信與三個寄存器有關，分别是:
1. PCON寄存器
2. SCON寄存器
3. SBUF特殊功能寄存器
寄存器
PCON電源管理寄存器
電源管理寄存器
SMOD：該位與序列槽通信有關。
SMOD=0; 序列槽方式1，2，3時，波特率正常。
SMOD=1; 序列槽方式1，2，3時，波特率加倍。
LVDF：低電壓檢測标志位，同時也是低電壓檢測中斷請求标志位
GF1,GF0:兩個通用工作标志位，使用者可以***使用。
PD:掉電模式設定位。
PD=0 單片機處于正常工作狀态。
PD=1 單片機進入掉電（Power Down）模式 ，可由外部中斷或硬體複位模式喚醒，進入掉電模式後，外部晶振停振，CPU、定時器、串行口全部停止工作，隻有外部中斷工作。在該模式下，隻有硬體複位和上電能夠喚醒單片機。
IDL:空閑模式設定位。
IDL=0 單片機處于正常工作狀态。
IDL=1 單片機進入空閑（Idle）模式，除CPU不工作外，其餘仍繼續工作，在空閑模式下可由任一個中斷或硬體複位喚醒。
這個寄存器隻有SMOD位與串行口通信有關。系統複位預設為SMOD=0。當為用52單片機的定時器2産生波特率時，波特率不受SMOD影響。用定時器1産生波特率時，不去設定，就預設為0，波特率正常，設定為1時，波特率加倍。
SCON串行口控制寄存器
串行口控制寄存器
SM0,SM1:共同決定串行口工作模式。
SM2：多機通信控制位。在方式0中，SM2一定要等于0。在方式1中，當SM2為1時則隻有接收到有效停止位時，RI才置1。在方式2或3中，當SM2為1且接收到的第9位資料RB8為0時，RI才置1。
REN：接收允許控制位。由 軟體置位以允許接收，又由 軟體清零來禁止接收。
TB8：要發送資料的第9位。在方式2或3中，要發送的第9位資料，根據需要由軟體置1或清零軟體置1或清零。例如，可約定作為奇偶校驗位，或在多機通信中作為差別位址幀或資料幀的标志位。(很少用)
RB8：接收到的資料的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若SM2為0，RB8為接收到的停止位。在方式2或3中，RB8為到的第9位資料。（很少用）
TI：發送中斷标志。在方式0中，第8位發送結束時，由 硬體置位。在其它方式的發送停止位前，由 硬體置位。TI置位既表示一幀資訊發送結束，同時也向CPU申請中斷。可根據需要，用軟體查詢的方法獲得資料已發送完畢的資訊，或用中斷的方式來發送下一個資料。TI必須用 軟體清零。
RI：接收中斷标志位。在方式0中，當接收完第8位資料後，由 硬體置位。在其它方式中，在接收到停止位的中間時刻由硬體置位（例外情況見對SM2的說明）。RI表示一幀資料接收完畢，可用查詢的方法獲知或者用中斷的方法獲知。RI也必須用 軟體清零。
串行口工作模式
由于52單片機内部有一個硬體子產品，讓它自動接收資料，接收完了，通知我們一下就可以了，就不需要再手動配置TB8,RB8。隻要配置好SCON，内部就自動幫弄好了。
SBUF特殊功能寄存器
特殊功能寄存器
SBUF是指串行口中的兩個緩沖寄存器，一個是發送寄存器，一個是接收寄存器，在實體結構上是完全獨立的，但位址是重疊的。它們都是位元組尋址的寄存器，位元組位址均為99H。隻要在編寫程式時，用不同指令即可操作兩個寄存器。
比如，SBUF=A；這個是指将A的資料移入發送寄存器，然後發送寄存器再把資料發送出去。A=SBUF;則是指将接受寄存器中的資料指派給A。
串行口方式1
方式1邏輯圖
串行口為10位通用異步接口。發送或接收一幀資料資訊為10位，包括1位起始位“0”、8位資料位、1位停止位“1”。發送資料：資料從TXD端口輸出，當資料寫入發送緩沖器SBUF時，就啟動發送器發送。發送完一幀資料後，置中斷标志TI=1，申請中斷，通知CPU可以發送下一個資料了。接收資料：首先使REN=1（允許接收資料），串行口從RXD接收資料，當采樣到1至0跳變時，确認是起始位“0”，就開始接收一幀資料，當接收完一幀資料時，置中斷标志RI=1，申請中斷，通知CPU從SBUF取走接收到的資料 。
計算波特率
方式1波特率計算
溢出速率即溢出頻率，隻要算出定時器每溢出一次所需要的時間T,那溢出率就是1/T。計算在沒有波特率加倍（SMOD=0）的情況下，波特率為9600bps時怎樣指派計數器。這裡說明一下，由于波特率是需要很精确的，不然通信會出錯。如果采用定時器工作模式1，采用人工重載，會有較大誤差，因為進入中斷函數也需要時間，累積時間就會出錯。是以這裡運用工作模式2，8位自動重裝。計數器自動重裝不需人工幹預，減少誤差。
對照上面公式，波特率不加倍，SMOD=0,工作模式2，那n=8，波特率=9600，就可以算出x=253，十六進制為fd。
編寫步驟
- 設定串行口方式
- 設定定時器工作模式
- 計數器寄存器指派
- 中斷寄存器控制
- 啟動定時器中斷
- 發送函數
- 接收函數
範例1
#include<reg52.h>
unsigned char date; //定義變量資料中斷
bit flag; //定義變量标志
void send (); //聲明發送函數
void receive (); //聲明接收函數
void initialize (); //聲明初始化函數
main()
{
initialize(); //調用初始化函數
while(1)
{
send(); //調用發送函數
receive(); //調用接收函數
}
}
void initialize() //初始化函數
{
SCON=0X50; //0011 0000 串行口工作模式1
TMOD = 0X20; //定時器1工作模式2，8為自動重裝
TH1 = 0xFD; //設定定時初值 波特率為9600
TL1 = 0xFD; //設定定時器重裝值
TR1 = 1; //啟動定時器1
IE=0;
}
void send() //發送函數
{
if(flag==1) //證明已經接收資料
{
SBUF=date; //将接收的資料發送出去
while(!TI); //等待發送中斷
TI=0; //軟體置0
flag=0; //清零
}
}
void receive() //接收函數
{
while(!RI); //等待接收中斷
date=SBUF; //将收到的資料存進接收緩沖寄存器
RI=0; //軟體置0
flag=1; //将标志位置1
}
範例1是将接受的資料原封不動發送出去。采用查詢法，故不需要打開序列槽中斷，不用中斷函數。隻需不斷查詢TI,RI的值，就知道資料接收發送情況。
範例2
#include<reg52.h>
unsigned char date;
bit flag;
main ()
{
SCON=0X50; //初始化
TMOD=0X20;
TH1=0XFD;
TL1=0XFD;
IE=0X90;
TR1=1;
while(1);
}
void interrupt_uart() interrupt 4 //中斷函數
{
if(RI==1) //判斷有無資料接收
{
date=SBUF; //将寄存器的值賦給變量
RI=0; //置0
flag=1; //标志位置1
}
if(flag==1) //已接收資料
{
SBUF=date; //将資料發出
while(!TI);
TI=0;
flag=0;
}
}
與範例1如出一撤，就不詳細注釋。
總結
在序列槽通信中，方式1是最常用的，要認真了解方式1。串行資料一位一位的已經不用處理了，52單片機已經有一個子產品處理完了。隻要知道接收一個資料，産生一次接收中斷，要軟體置0.，發送一個資料會産生一次發送中斷，也要軟體置0。自行置0，處理好資料就OK。下一篇将介紹其他三種方式，歡迎關注。
posted on 2019-02-21 11:11 一個人的朝聖 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏