51单片机从零开始入门教程第八章（串口篇）

Zevalin爱灰灰

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分类专栏： 51单片机从零开始学习文章标签： 51单片机嵌入式硬件单片机

于 2023-11-25 22:21:35 首次发布

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本文详细介绍了串口通信的基础知识，包括串口的硬件电路、通信接口比较、工作模式、参数设置、中断系统以及如何通过串口控制LED灯。以STC89C52为例，讲解了串口初始化、数据传输和中断处理过程。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

参考教程：[8-1] 串口通信_哔哩哔哩_bilibili

一、串口及数据显示介绍

1、概述

（1）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。

（2）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。

（3）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。

2、串口的硬件电路

（1）简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）。

（2）TXD与RXD要交叉连接。

（3）当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线。

（4）当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片。

（5）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：

①TTL电平：+5V表示1，0V表示0

②RS232电平：-3~-15V表示1，+3~+15V表示0

③RS485电平：两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

3、常见的通讯接口比较

名称	引脚定义	通信方式	特点
UART	TXD、RXD	全双工、异步	点对点通信
I2C	SCL、SDA	半双工、同步	可挂载多个设备
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工、同步	可挂载多个设备
1-Wire	DQ	半双工、异步	可挂载多个设备

此外还有：CAN、USB等。

4、相关术语

（1）全双工、半双工、单工：

①全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据。

②半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线。

③单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输。

（2）异步、同步：

①异步：通信双方各自约定通信速率。

②同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率。

（3）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）。

5、数据显示模式

（1）HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示。

（2）文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示。

二、STC89C52的串口资源

1、STC89C52的UART有四种工作模式

（1）模式0：同步移位寄存器。

（2）模式1：8位UART，波特率可变（常用）。

（3）模式2：9位UART，波特率固定。

（4）模式3：9位UART，波特率可变。

2、串口参数及时序图

（1）波特率：串口通信的速率（发送和接收各数据位的间隔时间）。

（2）检验位：用于数据验证。

（3）停止位：用于数据帧间隔。

3、串口模式图

（1）SBUF：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。

（2）TH1、TL1一部分与波特率有关（这也是为什么初始化串口的时候需要配置定时器1，不过定时器1的中断和串口的中断是有区别的，定时器1只是负责控制波特率，并不需要处理中断，串口的中断与TI和RI有关）。

（3）数据是一帧一帧进行传输的，当发送完一帧数据时，内部硬件自动置为TI，即TI=1，这时就会请求中断处理；当接收完一帧数据时，内部硬件自动置为RI，即RI=1，这时也会请求中断处理。（TI和RI被置为1后要在中断函数内将其置为0，否则中断不会停止）

4、串口和中断系统

5、串口相关寄存器

三、串口应用实验

1、串口向电脑发送数据实验

（1）借助STC-ISP的波特率计算器快速获取配置Uart的子函数：

注：AUXR开头的两行去掉。

（2）项目包含的文件：其中需要重写的都会在下面给出，未给出的沿用旧例出现过的即可。

（3）补充代码，然后进行编译。

①UART.h文件：

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__

void UART_Init(void);
void UART_SendByte(unsigned char Byte);

#endif

②UART.c文件：

#include <REGX52.H>

/**
  * @brief  串口初始化，4800bps@11.0592MHz
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void UART_Init(void)
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x40;
	//SM0、SM1分别配置为0和1，使串口工作在模式1
	//REN置为0，单片机在该例中不需要接收数据（置为1也无妨）
	//初始化不需要请求中断，TI和RI置为0
	TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1模式位
	TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式
	TL1 = 0xF4;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值
	ET1 = 0;		//禁止定时器1中断
	TR1 = 1;		//启动定时器1
}

/**
  * @brief  串口发送一个字节数据
  * @param  Byte：要发送的一个字节数据
  * @retval 无
  */
void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{
	SBUF = Byte;  //将数据写入SBUF中
	while(TI == 0);  //TI为0，说明数据还没全部传进SBUF
	TI = 0;  //数据传送完成，TI置为1，产生中断，SBUF将数据传到电脑，中断处理完成后TI置为0
}

③main.c文件：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "UART.h"

unsigned char sec = 0;

void main()
{
	UART_Init();
	UART_SendByte(0x56); //在进入死循环前就往电脑发送数据
	//由于单片机的速度很快，串口没来得及打开数据就传送完成，然后进入死循环
	//要想在串口助手观察0x56的输出，就要在打开串口后按下复位键，强制将程序回滚到main函数的第一句
	
	while(1)
	{
		UART_SendByte(sec);  //一直往串口发送逐秒递增的数字
		sec++;
		Delay(1000);  //时间间隔为1秒
	}
}

（4）将生成的.hex文件下载到开发板中，马上打开串口助手，可以看到电脑每隔一秒就会接收到一个递增的数字（十六进制），按下复位按键后电脑会马上接收到56，紧接着开始接收从0开始每秒递增1的数字。

2、电脑通过串口控制LED实验

（1）往项目中添加如下代码文件，然后进行编译：

①UART.h文件：

#ifndef __UART_H__
#define __UART_H__

void UART_Init(void);
void UART_SendByte(unsigned char Byte);

#endif

②UART.c文件：

#include <REGX52.H>

/**
  * @brief  串口初始化，4800bps@11.0592MHz
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void UART_Init(void)
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x50;
	//SM0、SM1分别配置为0和1，使串口工作在模式1
	//REN置为1，单片机在该例中需要接收数据
	//初始化不需要请求中断，TI和RI置为0
	TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1模式位
	TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式
	TL1 = 0xF4;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值
	ET1 = 0;		//禁止定时器1中断
	TR1 = 1;		//启动定时器1
	
	EA = 1;    //启动串口中断
	ES = 1;    //启动串口中断
}

/**
  * @brief  串口发送一个字节数据
  * @param  Byte：要发送的一个字节数据
  * @retval 无
  */
void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{
	SBUF = Byte;  //将数据写入SBUF中
	while(TI == 0);  //TI为0，说明数据还没全部传进SBUF
	TI = 0;  //数据传送完成，TI置为1，产生中断，SBUF将数据传走，中断处理完成后TI置为0
}

/*串口中断函数模板
void UART_Routine() interrupt 4  //串口中断的中断号是4
{
	if(RI == 1)  //发送和接收都会产生串口中断，如果是接收中断，执行下面代码段
	{
		
		RI = 0;  //将RI置为0，准备下次接收中断的到来
	}
	
}
*/

③main.c文件：

#include <REGX52.H>
#include "UART.h"

unsigned char sec = 0;

void main()
{
	UART_Init();
	P2 = 0xFF;  //初始化LED灯全灭
	
	while(1)
	{
		
	}
}

void UART_Routine() interrupt 4  //串口中断的中断号是4
{
	if(RI == 1)  //发送和接收都会产生串口中断，如果是接收中断，执行下面代码段
	{
		P2 = ~SBUF;  //读取SBUF的内容，取反赋给P2寄存器
		UART_SendByte(SBUF);  //将发送给单片机的数据通过串口再传回电脑
		RI = 0;  //将RI置为0，准备下次接收中断的到来
	}
	
}

（2）将生成的.hex文件下载到开发板中，然后打开串口助手，发送“00”LED灯全灭，发送“FF”LED灯全亮。