① 51單片機串口通訊
51單片機串口通信
來源：維庫 作者：
關鍵字：51單片機 串口通信
這節我們主要講單片機上串口的工作原理和如何通過程序來對串口進行設置，以及根據所給出的實例實現與PC 機通信。
一、原理簡介
51 單片機內部有一個全雙工串列介面。什麼叫全雙工串口呢？一般來說，只能接受或只能發送的稱為單工串列；既可接收又可發送，但不能同時進行的稱為半雙工；能同時接收和發送的串列口稱為全雙工串列口。串列通信是指數據一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優點是只需一根傳輸線，可大大降低硬體成本，適合遠距離通信。其缺點是傳輸速度較低。
與之前一樣，首先我們來了解單片機串口相關的寄存器。
SBUF 寄存器：它是兩個在物理上獨立的接收、發送緩沖器，可同時發送、接收數據，可通過指令對SBUF 的讀寫來區別是對接收緩沖器的操作還是對發送緩沖器的操作。從而控制外部兩條獨立的收發信號線RXD（P3.0）、TXD（P3.1），同時發送、接收數據，實現全雙工。
串列口控制寄存器SCON（見表1） 。
表1 SCON寄存器
表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。
SM0 和SM1 ：串列口工作方式控制位，其定義如表2 所示。
表2 串列口工作方式控制位
其中，fOSC 為單片機的時鍾頻率；波特率指串列口每秒鍾發送（或接收）的位數。
SM2 ：多機通信控制位。 該僅用於方式2 和方式3 的多機通信。其中發送機SM2 ＝ 1（需要程序控制設置）。接收機的串列口工作於方式2 或3，SM2=1 時，只有當接收到第9 位數據（RB8）為1 時，才把接收到的前8 位數據送入SBUF，且置位RI 發出中斷申請引發串列接收中斷，否則會將接受到的數據放棄。當SM2=0 時，就不管第位數據是0 還是1，都將數據送入SBUF，並置位RI 發出中斷申請。工作於方式0 時，SM2 必須為0。
REN ：串列接收允許位：REN =0 時，禁止接收；REN =1 時，允許接收。
TB8 ：在方式2、3 中，TB8 是發送機要發送的第9 位數據。在多機通信中它代表傳輸的地址或數據，TB8=0 為數據，TB8=1 時為地址。
RB8 ：在方式2、3 中，RB8 是接收機接收到的第9 位數據，該數據正好來自發送機的TB8，從而識別接收到的數據特徵。
TI ：串列口發送中斷請求標志。當CPU 發送完一串列數據後，此時SBUF 寄存器為空，硬體使TI 置1，請求中斷。CPU 響應中斷後，由軟體對TI 清零。
RI ：串列口接收中斷請求標志。當串列口接收完一幀串列數據時，此時SBUF 寄存器為滿，硬體使RI 置1，請求中斷。CPU 響應中斷後，用軟體對RI 清零。
電源控制寄存器PCON（見表3） 。
表3 PCON寄存器
表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。
SMOD ：波特率加倍位。SMOD=1，當串列口工作於方式1、2、3 時，波特率加倍。SMOD=0，波特率不變。
GF1、GF0 ：通用標志位。
PD（PCON.1） ：掉電方式位。當PD=1 時，進入掉電方式。
IDL（PCON.0） ：待機方式位。當IDL=1 時，進入待機方式。
另外與串列口相關的寄存器有前面文章敘述的定時器相關寄存器和中斷寄存器。定時器寄存器用來設定波特率。中斷允許寄存器IE 中的ES 位也用來作為串列I/O 中斷允許位。當ES ＝ 1，允許 串列I/O 中斷；當ES ＝ 0，禁止串列I/O 中斷。中斷優先順序寄存器IP的PS 位則用作串列I/O 中斷優先順序控制位。當PS=1，設定為高優先順序；當PS =0，設定為低優先順序。
波特率計算：在了解了串列口相關的寄存器之後，我們可得出其通信波特率的一些結論：
① 方式0 和方式2 的波特率是固定的。
在方式0 中， 波特率為時鍾頻率的1/12， 即fOSC/12，固定不變。
在方式2 中，波特率取決於PCON 中的SMOD 值，即波特率為：
當SMOD=0 時，波特率為fosc/64 ；當SMOD=1 時，波特率為fosc/32。
② 方式1 和方式3 的波特率可變，由定時器1 的溢出率決定。
當定時器T1 用作波特率發生器時，通常選用定時初值自動重裝的工作方式2（ 注意：不要把定時器的工作方式與串列口的工作方式搞混淆了）。其計數結構為8 位，假定計數初值為Count，單片機的機器周期為T，則定時時間為（256 ?Count）×T 。從而在1s內發生溢出的次數（即溢出率）可由公式（1）所示：
從而波特率的計算公式由公式（2）所示：
在實際應用時，通常是先確定波特率，後根據波特率求T1 定時初值，因此式（2）又可寫為：
51單片機串口通訊
二、電路詳解
下面就對圖1 所示電路進行詳細說明。
圖1 串列通信實驗電路圖
最小系統部分（時鍾電路、復位電路等）第一講已經講過，在此不再敘述。我們重點來了解下與計算機通信的RS-232 介面電路。可以看到，在電路圖中，有TXD 和RXD 兩個接收和發送指示狀態燈，此外用了一個叫MAX3232 的晶元，那它是用來實現什麼的呢？首先我們要知道計算機上的串口是具有RS-232 標準的串列介面，而RS-232 的標准中定義了其電氣特性：高電平「1」信號電壓的范圍為-15V~-3V，低電平「0」
信號電壓的范圍為+3V~+15V。可能有些讀者會問，它為什麼要以這樣的電氣特性呢？這是因為高低電平用相反的電壓表示，至少有6V 的壓差，非常好的提高了數據傳輸的可靠性。由於單片機的管腳電平為TTL，單片機與RS-232 標準的串列口進行通信時，首先要解決的便是電平轉換的問題。一般來說，可以選擇一些專業的集成電路晶元，如圖中的MAX3232。MAX3232 晶元內部集成了電壓倍增電路，單電源供電即可完成電平轉換，而且工作電壓寬，3V~5.5V 間均能正常工作。其典型應用如圖中所示，其外圍所接的電容對傳輸速率有影響，在試驗套件中採用的是0.1μF。
值得一提的是MAX3232 晶元擁有兩對電平轉換線路，圖中只用了一路，因此浪費了另一路，在一些場合可以將兩路並聯以獲得較強的驅動抗干擾能力。此外，我們有必要了解圖中與計算機相連的DB-9 型RS-232的引腳結構（見圖2）。
圖2 DB-9連接器介面圖
其各管腳定義如下（見表4）。
表4 DB-9型介面管腳定義
三、程序設計
本講設計實常式序如下：
#include "AT89X52.h" （1）
void Init_Com（void） （ 2）
{
TMOD = 0x20; （ 3）
PCON = 0x00; （ 4）
SCON = 0x50; （ 5）
TH1 = 0xE8; （ 6）
TL1 = 0xE8; （ 7）
TR1 = 1; （ 8）
}
void main（void） （ 9）
{
unsigned char dat; （ 10）
Init_Com（）； （ 11）
while（1） （ 12）
程序詳細說明：
（1）頭文件包含。
（2）聲明串口初始化程序。
（3）設置定時器1 工作在模式2，自動裝載初值（詳見第二講）。
（4）SMOD 位清0，波特率不加倍。
（5）串列口工作在方式1，並允許接收。
（6）定時器1 高8 位賦初值。波特率為1200b/s（7）定時器1 低8 位賦初值。
（8）啟動定時器。
（9）主函數。
（10）定義一個字元型變數。
（11）初始化串口。
（12）死循環。
（13）如果接收到數據。
（14）將接收到的數據賦給之前定義的變數。
（15）將接收到的值輸出到P0 口。
（16）對接收標志位清0，准備再次接收。
（17）將接收到的數據又發送出去。
（18）查詢是否發送完畢。
（19）對發送標志位清0。
四、調試要點與實驗現象
接好硬體，通過冷啟動方式將程序所生成的。hex文件下載到單片機運行後，打開串口調試助手軟體，設置好波特率1200，復位單片機，然後在通過串口調試助手往單片機發送數據（見圖3），可以觀察到在接收窗口有發送的數據顯示，此外電路板上的串列通信指示燈也會閃爍，P0 口所接到LED 燈會閃爍所接收到的數據。
圖3 串口軟體調試界面
另外串口調試助手軟體使用時應注意的是，如果單片機開發板採用串口下載而且和串口調試助手是使用同一串口，則在打開串口軟體的同時不能給單片機下載程序，如需要下載，請首先點擊「關閉串口」，做發送實驗的時候，注意如果選中16 進制發送的就是數字或者字母的16 進制數值，比如發送「0」，實際接收的就應該是0x00，如果不選中，默認發送的是ASCII 碼值，此時發送「0」，實際接收的就應該是0x30，這點可以通過觀察板子P0 口上的對應的LED 指示出來。
五、總結
本講介紹了單片機串口通信的原理並給出了實例，通過該講，讀者可以了解和掌握51 單片機串口通信的原理與應用流程，利用串口通信，單片機可以與計算機相連，也可以單片機互聯或者多個單片機相互通信組網等，在實際的工程應用中非常廣泛。從學習的角度來說，熟練的利用串口將單片機系統中的相關信息顯示在計算機上可以很直觀方便的進行調試和開發。
② 求51單片機C語言程序編程思路
#include<AT89X51.H>
//假定繼電器是安裝在P3.5，按鍵分別安裝在P3.6,P3.7，時鍾頻率12MHz
sbitsw1=P3^6;
sbitsw2=P3^7;
sbitrelay=P3^5;
voidSetupTimer0()
{
TMOD&=0XF0;//僅保留T1信息
TMOD|=0X02;//設置T0:定時功能，方式2,自動重載8位定時器/計數器
TH0=256-250;//定時每0.25ms中斷一次
TL0=256-250;
TR0=1;//開啟定時器
ET0=1;//定時器0中斷打開
}
dataunsignedcharus250;
dataunsignedintrelay_timer;
voidTimer0_ISR()interrupt1//定時中斷服務程序，為按鍵消抖服務
{
//如果一個動作過程剛剛開始，則設定繼電器延時3000ms，並打開繼電器
if(0==relay_timer&&0==sw1){relay_timer=3000;relay=1;}
if(++us250>=4)//250us中斷一次，每四次得到1ms
{
us250=0;
if(relay_timer==0)relay=0;//如繼電器延時為0，則關繼電器
else--relay_timer;//否則繼電器延時遞減
}
//如果當前正處於一個動作過程且有sw2按下，則修改繼電器延時為1000ms
if(relay_timer&&0==sw2)relay_timer=1000;
}
voidmain()
{
us250=0;
relay_timer=0;
relay=0;
SetupTimer0();
EA=1;//全局中斷打開
while(1);//所有的動作均在中斷函數內完成
}
③ 51單片機的串列口有幾種工作方式它們的幀格式是如何規定的
串列口分四種工作方式，由SM0、SM1二位決定，其定義如下：
SM0、SM1 工作方式 功能描述 波特率
0 0 方式0 8位移位寄存器 Fosc/12
0 1 方式1 10位UART 可變
1 0 方式2 11位UART Fosc/64或fosc/32
1 1 方式3 11位UART 可變
（1）方式0：串列口的工作方式0為移位寄存器I/O方式，可外接移位寄存器，一擴展I/O口，也可外接同步I/O設備。
發送操作：當執行一條「MOV SBUF,A」指令時，啟動發送操作，由TXD輸出移位脈沖，由RXD串列SBUF中的數據。發送完8位數據後自動置TI=1.請求中斷。要繼續發送時，TI必須有指令清零。
接收操作：REN是串列口接收允許控制位。REN=0時禁止接收；REN=1時允許接收。當軟體將REN置「1」時，即開始從RXD埠以fosc/12波特率輸入數據，當接收到8位數據時，將中斷標志RI置「1」。再次接收數據之前，必須用軟體將RI清0。
（2）方式1：串列口位10位通用非同步介面。發送或接收一幀數據信息為10位，包括1位起始位「0」、8位數據位、1位停止位「1」。
發送數據：數據從TXD埠輸出，當數據寫入發送緩沖器SBUF時，就啟動發送器發送。發送完一幀數據後，置中斷標志TI=1，申請中斷，通知CPU可以發送下一個數據了。
接收數據：首先使REN=1（允許接收數據），串列口從RXD接收數據，當采樣到1至0跳變時，確認是起始位「0」，就開始接收一幀數據，當接收完一幀數據時，置中斷標志RI=1，申請中斷，通知CPU從SBUF取走接收到的數據
（3）方式2：串列口為11位非同步通信介面。發送或接收一幀信息包括1位起始位「0」、8位數據位、1位可編程位、1位停止位「1」。
發送數據：發送前，先根據通信協議由軟體設置TB8為「奇偶校驗位」或「數據標識位」，然後將要發送的數據寫入SBUF，即能啟動發送器。發送過程是由執行任何一條以SBUF為目的寄存器的指令而啟動的，把8位數據裝入SBUF，同時還把TB8裝到發送移位寄存器的第9位上，然後從TXD（P3.1）埠輸出一幀數據。
接收數據：先置REN=1，使串列口為允許接收狀態，同時還要將RI清「0」。然後再根據SM2的狀態和所接收到的RB8的狀態決定此串列口在信息到來後是否置R1=1，並申請中斷，通知CPU接收數據。當SM2=0時，不管RB8為「0」還是為「1」，都置RI=1，此串列口將接收發送來的信息。當SM2=1時，且RB8=1，表示在多機通信情況下，接收的信息為「地址幀」, 此時置RI=1, 串列口將接收發來的地址。當SM2=1時，且RB8=0，表示在多機通信情況下，接收的信息為「數據幀」, 但不是發給本從機的，此時RI不置為「1」，因而SBUF中接收的數據幀將丟失。
（4）方式3：為波特率可變的11位非同步通信方式，除了波特率有所區別之外，其餘方式都與方式2相同。
④ 51單片機實戰：與計算機非同步串列通信
猴！今兒扯串口，相對於並行——一口氣全把數據扔過去，串列顯得更加穩重——一位一位來。
串列就是這樣，只需要一條數據線（全雙工和同步串列時兩條），一位一位的傳過去。為了讓大家在直到你是在給我傳數據而不是外面的噪音或者是胡說八道，所以串列數據的各位要組裝幀（看正文中的 幀格式 ）。乍一看，這種方式跟並行比肯定慢的一腿。但實際上，多虧了它的穩定性，可以在波特率極高的情況下依然保持穩定，這是並行所辦不到的（傳的快了或距離遠了就張牙舞爪了），所以發展到現在，串口已經把並口甩走幾條街啦。
並口傳輸的例子： 《51單片機實戰：液晶顯示器のLCD1602》
除此之外，串列傳輸分同步和非同步。同步除了傳輸數據外，還要傳輸時鍾信號，以保持雙方同步。另一種，非同步，就沒這么麻煩了，也是本例中要講到的，各自走各自的時鍾就好，只要幀格式和波特率都商量好是一樣的就好。
電平之前在文章 《51單片機實戰：液晶顯示器のLCD1602》 中介紹過，那裡只說了TTL，本例中由於要和計算機打交道，所以多了一種電平：RS-232C
在單片機中是TTL，電腦那邊傳出和接收都是RS232，所以兩種電平需要作轉換。
當當當！它就是干這活的。
舉個栗子，比如單片機從T1IN輸入TTL電平，轉換好的RS232電平就從R1OUT輸出。其他的照貓畫虎，這里不詳細說這個東西，因為咱們在Proteus里幹活，用不著轉換（Proteus光環）。
在此描述串列傳輸數據速率。
正兒八經的說，波特率乃 碼元 的傳輸速率，即每秒傳輸的碼元個數（碼元可以是任意進制的），並不是什麼每秒傳輸的比特數，大家注意。
波特來源於一個人的名字： Jean-Maurice-Émile Baud ot ，因此簡寫為Baud，單位符號：Bd。波特率可簡寫成Bd/s。
在串口通信中，其碼元就是二進制信號，所以波特率的數值等於比特率數值，但你不能說波特率就是比特率啊！
單片機的串口通信有四種方式（各方式具體是干什麼的，別著急，在後面），其中方式0和方式2的波特率是固定的。方式1和方式3的波特率是可變的，其脈沖周期由定時器1溢出產生。
其中 f 是系統晶振頻率，T1是計時器1， SMOD 是PCON中的最高位（PCON見相關寄存器的第一個）。
可以從上述公式看出，波特率不可變是因為直接與系統晶振頻率相關（晶振頻率不可變，除非換晶振），而可變是因為直接與T1的溢出率相關（溢出率可以改變）。
溢出率
在之前定時器應用的例子（ 《51單片機實戰：定時器與數碼管的應用》 ）中，我們計算的是溢出周期，也就是多長時間會溢出一次。這次我們用到的溢出率其實是同一個東西，取倒數就可以了。
詳見： 《51單片機實戰：定時器與數碼管的應用》 - 知識點 - 定時器/計數器 - 初值
11.0592MHz
為什麼要用這么蹩腳的數字作晶振頻率哈，就是跟這里有關。如果你已經用上述公式計算過串口方式1下的12MHz和11.0592MHz在9600波特率下的定時器初值，你就會發現，前者得出一個小數，而後者是個整數。
我們可沒辦法用小數賦初值，所以你若用近似的整數作初值，就意味著會產生誤差。
若用其他的晶振和波特率的話，請自行按前面的公式計算。
串列傳輸按比特來，一個個比特組成一個幀，幀需要一定的格式才能被雙方識別這是一個幀信息。
電源管理 寄存器，用於管理單片機的電源部分。
位元組地址： 87H ，不能位定址， reg52.h 中已定義，單片機復位時全部清零。
上表中出現的「串口方式」見下表的SM0和SM1。
串口控制 寄存器，用於設定串口工作方式。
位元組地址： 98H ，可位定址， reg52.h 中已定義，單片機復位時全部清零。
上表中波特率可變的方式，都由定時器1的溢出率控制。
當單片機接收到字元 a 時，點亮一個LED燈。傳送方式：9600波特率，8數據位，無校驗位，1停止位。
本例中我就不寫電腦端程序了，直接用現成的。
注意，這裡面我沒有放轉換電平轉換晶元（MAX232），只有在Proteus里可以這么干，現實中焊板子還是要做電平轉換的，這里這個軟體給簡化了。
COMPIM
虛擬終端
右下角那個東西是虛擬終端（Virtual Terminal），他可以直接截獲串口傳來的消息然後顯示出來。很方便做這方面調試時使用。
路徑： 邊欄 → instruments → virtual terminal
如果在調試的時候不小心把它的終端窗口關了，再次打開路徑： 菜單 → debug - virtual terminal ，注意是在啟動調試的情況下。
大年初二，拜訪完姥姥家就該看看單片機怎麼玩，你說是吧！這兩天快馬加鞭了，下一站：一周目大BOSS。各位加油。
⑤ 51單片機串口的原理和過程
單片機C51串口中斷接收和發送測試常式（含通信協議的實現）
通信協議：第1位元組，MSB為1，為第1位元組標志，第2位元組，MSB為0，為非第一位元組標志，其餘類推……，最後一個位元組為前幾個位元組後7位的異或校驗和。
測試方法：可以將串口調試助手的發送框寫上 95 10 20 25，並選上16進制發送，接收框選上16進制顯示，如果每發送一次就接收到95 10 20 25，說明測試成功。
//這是一個單片機C51串口接收（中斷）和發送常式，可以用來測試51單片機的中斷接收
//和查詢發送，另外我覺得發送沒有必要用中斷，因為程序的開銷是一樣的
//程序編寫： 龔建偉 [email protected]
//技術主頁：http://www.gjwtech.com
//您有這方面的問題可以和我討論
#include <reg51.h>
#include <string.h>
#define INBUF_LEN 4 //數據長度
unsigned char inbuf1[INBUF_LEN];
unsigned char checksum,count3;
bit read_flag=0;
void init_serialcomm(void)
{
SCON = 0x50; //SCON: serail mode 1, 8-bit UART, enable ucvr
TMOD |= 0x20; //TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload
PCON |= 0x80; //SMOD=1;
TH1 = 0xF4; //Baud:4800 fosc=11.0592MHz
IE |= 0x90; //Enable Serial Interrupt
TR1 = 1; // timer 1 run
// TI=1;
}
//向串口發送一個字元
void send_char_com(unsigned char ch)
{
SBUF=ch;
while(TI==0);
TI=0;
}
//向串口發送一個字元串，strlen為該字元串長度
void send_string_com(unsigned char *str,unsigned int strlen)
{
unsigned int k=0;
do
{
send_char_com(*(str + k));
k++;
} while(k < strlen);
}
//串口接收中斷函數
void serial () interrupt 4 using 3
{
if(RI)
{
unsigned char ch;
RI = 0;
ch=SBUF;
if(ch>127)
{
count3=0;
inbuf1[count3]=ch;
checksum= ch-128;
}
else
{
count3++;
inbuf1[count3]=ch;
checksum ^= ch;
if( (count3==(INBUF_LEN-1)) && (!checksum) )
{
read_flag=1; //如果串口接收的數據達到INBUF_LEN個，且校驗沒錯，
//就置位取數標志
}
}
}
}
main()
{
init_serialcomm(); //初始化串口
while(1)
{
if(read_flag) //如果取數標志已置位，就將讀到的數從串口發出
{
read_flag=0; //取數標志清0
send_string_com(inbuf1,INBUF_LEN);
}
}
}
⑥ 51單片機 串口設計c語言程序簡單設計
第一題，已經測試成功:
#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar flag, a;
sbit d = P0^0;
void init()
{
TMOD = 0x20; //設置定時器1為工作方式2
TH1 = 0xfd;
TL1 = 0xfd;
TR1 = 1; //開定時器1
REN = 1; //開串口通信.
SM0 = 0; //設置串口通信方式1
SM1 = 1;
EA = 1; //開總中斷.
ES = 1; //開串口中斷.
}
void delay(uint z)
{
uint x, y;
for(x = z; x > 0; x--) for(y = 110; y > 0; y--);
}
void main()
{
init();
a = '4';
while(1) {
if(a == '1') {
d = 0; delay(400);
d = 1; delay(400);
}
else if(a == '2') {
d = 0; delay(200);
d = 1; delay(200);
}
else if(a == '3') {
d = 0; delay(100);
d = 1; delay(100);
}
else if(a == '4') {
d = 1;
}
}
}
void ser() interrupt 4
{
if (TI == 1) {
TI = 0;
}
else if (RI == 1) {
RI = 0;
a = SBUF; //中間變數.
flag = 1;
}
}
⑦ 簡述MCS-51單片機串口通信的四種方式及其特點
方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計算機的串列口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在這種方式下，數據從 RXD 端串列輸出或輸入，同步信號從 TXD 端輸出，波特率固定不變，為振盪率的 1/12 。該方式是以 8 位數據為一幀，沒有起始位和停止位，先發送或接收最低位。
方式 2 ：採用這種方式可接收或發送 11 位數據，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數據位，其餘相同。第 9 個數據即 D8 位具有特別的用途，可以通過軟體摟控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 單片機串列口適用於多機通信。方式 2 的波特率固定，只有兩種選擇，為振盪率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位選擇。
方式 3 ：方式 3 與方式 2 完全類似，唯一的區別是方式 3 的波特率是可變的。而幀格式與方式 2- 樣為 11 位一幀。所以方式 3 也適合於多機通信。