串列埠通訊的基本認識

通訊分為並行通訊和序列通訊，並行通訊時的資料各個位同時傳送，可以實現位元組為單位通訊，但通訊線多佔用資源，成本高。以前用到的的P1=0x55,一次給P1口的8個管腳分別賦值，同時進行訊號輸出，類似於8個車道可以過去8輛車，這樣的形式是並行的，一般稱P0,P1,P2,P3為51微控制器的4組並行匯流排。
序列通訊，就是一個車道，一個只能通過一輛車，如果一個0x55這樣一個位元組的資料要傳輸過去的話，假如低位在前，高位在後的話，那傳送方式是：0-1-0-1-0-1-0-1，一位一位的進行傳輸，要傳送8次才能傳送完一個位元組
STC89C52有兩個引腳是專門用來做串列埠通訊的，一個是P3.0（RXD），一個是P3.1（TXD），他們組成的通訊介面就是序列介面，簡稱串列埠。用於兩個微控制器進行UART通訊。兩微控制器通訊介面連線方式：RXD——TXD，TXD——RXD。
微控制器1的TXD傳送通道接到微控制器2的RXD接收通道，微控制器的1的RXD接收通道接到微控制器2的TXD傳送通道，從而實現相互通訊。
當微控制器1想給微控制器2傳送資料，比如傳送了0xCE，用二進位制表示就是11001110，在串列埠通訊過程中，是低位先發，高位後發的原則，那麼就是讓TXD首先拉低電平，持續一段時間，傳送一位0，然後拉高電平，持續一段時間，傳送一位1，繼續拉高，在持續一段時間，傳送一位1，一直把8位二進位制數11001110全部發送完畢，這裡涉及到一個問題，就是持續的一個時間段時間“到底是多少”。因而便引入通訊中非常重要的一個概念波特率，也叫做位元率。

波特率

波特率就是傳送二進位制資料位的速率，習慣用baud表示，即我們傳送一位二進位制資料持續的時間=1/baud。在通訊之前，微控制器1和微控制器2首先都要明確約定好他們之間的通訊波特率，必須保持一致，收發雙方才能正常通訊。 
約定好速度之後，我們還要考慮第二個問題，資料什麼時候是起始，什麼時候是結束？提前和延遲結束都會接收錯誤。在uart通訊的時候，一個位元組是8位，規定當沒有通訊訊號發生時，通訊線路保持高電平，當資料傳送前，先發一位0表示起始位，然後傳送8位資料位，資料位是先低再高，數位位傳送完後才呢個後再發送一位1表示停止位，這樣我們要傳送的8位資料，實際上我們傳送了10位，多出來兩位其中一個是起始位，一個是停止位。而接受方一直保持的高電平，一旦檢測到一位低電平，準備開始接受資料，接受8位資料後，然後檢測停止位，再準備下一個數據接收。 串列埠資料傳送示意圖，實際上是一個時域示意圖，就是訊號隨著時間變化的對應關係。比如在微控制器的傳送引腳上，左邊的是先發生的，右邊的是後發生的，資料位的切換時間就是波特率分之一秒，如果能夠理解時域的概念，後邊很多通訊的時序圖就很容易理解了。

RS232

在我們電腦上，一般都會有一個9針的序列介面，這個序列介面叫做RS232介面，它和UART通訊有關聯，但是由於現在膝上型電腦不帶9針串列埠，所以和微控制器通訊越來越趨於使用USB虛擬串列埠。 
九針串列埠分工頭和母頭 
公頭上5下4，上5從左到右為1.2.3.4.5；下4從左到右為6.7.8.9； 
母頭上5下4，上5從左到右為5.4.3.2.1；下4從左到右為9.8.7.6； 
RS232介面一共有9個引腳，分別定義是：1、載波檢測DCD；2、接收資料RXD；3、傳送資料TXD；4、資料終端準備好DTR；5、訊號地線SG；6、資料準備好DSR；7、請求傳送RTS；8、清除傳送CTS；9、振鈴提示RI。我們要讓這個串列埠和我們微控制器進行通訊，我們只需要關心其中的2腳RXD、3腳TXD和5腳GND即可 
雖然這三個引腳的名字和我們微控制器上的串列埠名字一樣，但是卻不能直接和微控制器對連通訊，這是為什麼呢？隨著我們瞭解的內容越來越多，我們得慢慢知道，不是所有的電路都是5V代表高電平而0V代表低電平的。對於RS232標準來說，它是個反邏輯，也叫做負邏輯。為何叫負邏輯？它的TXD和RXD的電壓，-3V～-15V電壓代表是1，+3～+15V電壓代表是0。低電平代表的是1，而高電平代表的是0，所以稱之為負邏輯。因此電腦的9針RS232串列埠是不能和微控制器直接連線的，需要用一個電平轉換晶片MAX232來完成 
這個晶片就可以實現把標準RS232串列埠電平轉換成我們微控制器能夠識別和承受的UART 0V/5V電平。從這裡大家似乎慢慢有點明白了，其實RS232串列埠和UART串列埠，它們的協議型別是一樣的，只是電平標準不同而已，而MAX232這個晶片起到的就是中間人的作用，它把UART電平轉換成RS232電平，也把RS232電平轉換成UART電平，從而實現標準RS232介面和微控制器UART之間的通訊連線。

USB轉串列埠通訊

隨著技術的發展，工業上還有RS232串列埠通訊的大量使用，但是商業技術的應用上，已經慢慢的使用USB轉UART技術取代了RS232串列埠，絕大多數膝上型電腦已經沒有串列埠這個東西了，那我們要實現微控制器和電腦之間的通訊該怎麼辦呢？ 
們只需要在電路上新增一個USB轉串列埠晶片，就可以成功實現USB通訊協議和標準UART序列通訊協議的轉換，在我們的開發板上，我們使用的是CH340T這個晶片 
我們需要用跳線帽把中間和下邊的針短接在一起。右側的CH340T這個電路很簡單，把電源、晶振接好後，6腳和7腳的DP和DM分別接USB口的2個數據引腳上去，3腳和4腳通過跳線接到了我們微控制器的TXD和RXD上去。 
CH340T的電路里3腳位置加了個4148的二極體，是一個小技巧。因為STC89C52這個微控制器下載程式時需要冷啟動，就是先點下載後上電，上電瞬間微控制器會先檢測需要不需要下載程式。雖然微控制器的VCC是由開關來控制，但是由於CH340T的3腳是輸出引腳，如果沒有此二極體，開關後級微控制器在斷電的情況下，CH340T的3腳和微控制器的P3.0（即RXD）引腳連在一起，有電流會通過這個引腳流入後級電路並且給後級的電容充電，造成後級有一定幅度的電壓，這個電壓值雖然只有兩三伏左右，但是可能會影響到正常的冷啟動。加了二極體後，一方面不影響通訊，另外一個方面還可以消除這種不良影響。這個地方可以暫時作為了解，大家如果自己做這類電路，可以參考一下。

IO口模擬UART串列埠通訊

UART串列埠波特率，常用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200等速率。IO口模擬UART序列通訊程式是一個簡單的演示程式，我們使用串列埠除錯助手下發一個數據，資料加1後，再自動返回。 
串列埠除錯助手，這裡我們直接使用STC-ISP軟體自帶的串列埠除錯助手，先把串列埠除錯助手的使用給大家說一下，如圖11-6所示。第一步要選擇串列埠助手選單，第二步選擇十六進位制顯示，第三步選擇十六進位制傳送，第四步選擇COM口，這個COM口要和自己電腦裝置管理器裡的那個COM口一致，波特率按我們程式設定好的選擇，我們程式中讓一個數據位持續時間是1/9600秒，那這個地方選擇波特率就是選9600，校驗位選N，資料位8，停止位1。 
串列埠除錯助手的實質就是利用電腦上的UART通訊介面，傳送資料給我們的微控制器，也可以把我們的單片機發送的資料接收到這個除錯助手介面上。 
因為初次接觸通訊方面的技術，所以我把後面的IO模擬串列埠通訊程式進行一下解釋，大家可以邊看我的解釋邊看程式，把底層原理先徹底弄懂。

變數定義部分就不用說了，直接看main主函式。首先是對通訊的波特率的設定，在這裡我們配置的波特率是9600，那麼串列埠除錯助手也得是9600。配置波特率的時候，我們用的是定時器T0的模式2。模式2中，不再是TH0代表高8位，TL0代表低8位了，而只有TL0在進行計數，當TL0溢位後，不僅僅會讓TF0變1，而且還會將TH0中的內容重新自動裝到TL0中。這樣有一個好處，就是我們可以把想要的定時器初值提前存在TH0中，當TL0溢位後，TH0自動把初值就重新送入TL0了，全自動的，不需要程式中再給TL0重新賦值了，配置方式很簡單，大家可以自己看下程式並且計算一下初值。 
波特率設定好以後，開啟中斷，然後等待接收串列埠除錯助手下發的資料。接收資料的時候，首先要進行低電平檢測while (PIN_RXD)，若沒有低電平則說明沒有資料，一旦檢測到低電平，就進入啟動接收函式StartRXD()。接收函式最開始啟動半個波特率週期，初學可能這裡不是很明白。大家回頭看一下我們的圖11-2裡邊的串列埠資料示意圖，如果在資料位電平變化的時候去讀取，因為時序上的誤差以及訊號穩定性的問題很容易讀錯資料，所以我們希望在訊號最穩定的時候去讀資料。除了訊號變化的那個沿的位置外，其它位置都很穩定，那麼我們現在就約定在訊號中間位置去讀取電平狀態，這樣能夠保證我們讀的一定是正確的。 
一旦讀到了起始訊號，我們就把當前狀態設定成接收狀態，並且開啟定時器中斷，第一次是半個週期進入中斷後，對起始位進行二次判斷一下，確認一下起始位是低電平，而不是一個干擾訊號。以後每經過1/9600秒進入一次中斷，並且把這個引腳的狀態讀到RxdBuf裡邊。等待接收完畢之後，我們再把這個RxdBuf加1，再通過TXD引腳傳送出去，同樣需要先發一位起始位，然後發8個數據位，再發結束位，傳送完畢後，程式執行到while (PIN_RXD)，等待第二輪訊號接收的開始。

串列埠通訊基本應用

通訊的三種基本型別

常見的通訊傳輸方式可以分為單工通訊、半雙工通訊、全雙工通訊。 
單工通訊就是隻允許一個方向向另外一個方向傳送資訊，而另外一方不能回傳訊息。比如：電視遙控器、收音基等 
半雙工通訊是指資料可以在雙方之間相互傳播，但是同一時刻只能呢個其中一方發給另一方，比如：對講機 
全雙工通訊是指傳送資料同時也能接收資料，兩者同步進行，就如同我們的電話一樣，我們說的同時也可以聽到對方的聲音。

uart模組介紹

IO口模擬串列埠通訊，讓大家瞭解了串列埠通訊的本質，但是我們的微控制器程式卻需要不停的檢測掃描微控制器IO口收到的資料，大量佔用了微控制器的執行時間。這時候就會有聰明人想了，其實我們並不是很關心通訊的過程，我們只需要一個通訊的結果，最終得到接收到的資料就行了。這樣我們可以在微控制器內部做一個硬體模組，讓它自動接收資料，接收完了，通知我們一下就可以了，我們的51微控制器內部就存在這樣一個UART模組，要正確使用它，當然還得先把對應的特殊功能暫存器配置好。 
51微控制器的UART串列埠的結構由序列口控制暫存器SCON、傳送和接收電路三部分構成，先來了解一下串列埠控制暫存器SCON。 
SCON序列控制器的位分配（地址：0x98） 
位：符號：復位值： 0：RI：0；1：TI：0；2:RB8:0;3:TB8:0;4:REN:0;5:SM2:0;6:SM1:0;7:SM0:0; 
0位RI:接收中斷標誌位，當接收電路接收到停止位的中間位置時，RI由硬體置1，必須通過軟體清零 
1位TI：傳送中斷標誌位，當傳送電路傳送到停止位的中間位置時，TI由硬體置1，必須通過軟體清零。 
2位RB8：模式2和3中接收到的第9位資料（很少用），模式1用來接收停止位。 
3位TB8：模式2和3中要傳送的第9位資料（很少用）。 
4位REN：使能序列接收。由軟體置位使能接收，軟體清零則禁止接收。 
5位SM2：多機通訊控制位（極少用），模式1直接清零。 
6位SM1和7位SM0： 
這兩位共同決定了串列埠通訊的模式0～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，下邊我們重點就講模式1，其它模式從略。 
對於串列埠的四種模式，模式1是最常用的，就是我們前邊提到的1位起始位，8位資料位和1位停止位。下面我們就詳細介紹模式1的工作細節和使用方法，至於其它3種模式與此也是大同小異，真正遇到需要使用的時候大家再去查閱相關資料就行了。 
在我們使用IO口模擬串列埠通訊的時候，串列埠的波特率是使用定時器T0的中斷體現出來的。在硬體串列埠模組中，有一個專門的波特率發生器用來控制傳送和接收資料的速度。對於STC89C52微控制器來講，這個波特率發生器只能由定時器T1或定時器T2產生，而不能由定時器T0產生，這和我們模擬的通訊是完全不同的概念。 
如果用定時器2，需要配置額外的暫存器，預設是使用定時器1的，我們本章內容主要就使用定時器T1作為波特率發生器來講解，方式1下的波特率發生器必須使用定時器T1的模式2，也就是自動重灌載模式，定時器的過載值計算公式為： 
TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率

和波特率有關的還有一個暫存器，是一個電源管理暫存器PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果寫PCON |= 0x80以後，計算公式就成了： 
TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率 
公式中數字的含義這裡解釋一下，256是8位定時器的溢位值，也就是TL1的溢位值，晶振值在我們的開發板上就是11059200，12是說1個機器週期等於12個時鐘週期，值得關注的是這個16，我們來重點說明。在IO口模擬串列埠通訊接收資料的時候，採集的是這一位資料的中間位置，而實際上串列埠模組比我們模擬的要複雜和精確一些。他採取的方式是把一位訊號採集16次，其中第7、8、9次取出來，這三次中其中兩次如果是高電平，那麼就認定這一位資料是1，如果兩次是低電平，那麼就認定這一位是0，這樣一旦受到意外干擾讀錯一次資料，也依然可以保證最終資料的正確性。 
串列埠通訊的傳送和接收電路在物理上有2個名字相同的SBUF暫存器，它們的地址也都是0x99，但是一個用來做傳送緩衝，一個用來做接收緩衝。意思就是說，有2個房間，兩個房間的門牌號是一樣的，其中一個只出人不進人，另外一個只進人不出人，這樣的話，我們就可以實現UART的全雙工通訊，相互之間不會產生干擾。但是在邏輯上呢，我們每次只操作SBUF，微控制器會自動根據對它執行的是“讀”還是“寫”操作來選擇是接收SBUF還是傳送SBUF，後邊通過程式，我們就會徹底瞭解這個問題。 
##UART串列埠程式 
一般情況下，我們編寫串列埠通訊程式的基本步驟如下所示： 
1、配置串列埠為模式1。 
2、配置定時器T1為模式2，即自動重灌模式。 
3、根據波特率計算TH1和TL1的初值，如果有需要可以使用PCON進行波特率加倍。 
4、開啟定時器控制暫存器TR1，讓定時器跑起來。 
這裡還要特別注意一下，就是在使用T1做波特率發生器的時候，千萬不要再使能T1的中斷了。 
我們先來看一下由IO口模擬串列埠通訊直接改為使用硬體UART模組時的程式程式碼，看看程式是不是簡單了很多，因為大部分的工作硬體模組都替我們做了。程式功能和IO口模擬的是完全一樣的。

通訊例項與ASCLL碼

先拋開我們使用的漢字不談，那麼我們常用的字元就包含了0~9的數字、A~Z/a~z的字母、還有各種標點符號等。那麼在微控制器系統裡面我們怎麼來表示它們呢？ASCII碼（American Standard Code for Information Interchange，即美國資訊互換標準程式碼）可以完成這個使命：我們知道，在微控制器中一個位元組的資料可以有0～255共256個值，我們取其中的0～127共128個值賦予了它另外一層涵義 
我們用字元格式傳送一個小寫的a，返回一個十六進位制的0x61，數碼管上顯示的也是61，ASCII碼錶裡字元a對應十進位制是97，等於十六進位制的0x61；我們再用字元格式傳送一個數字1，返回一個十六進位制的0x31，數碼管上顯示的也是31，ASCII表裡字元1對應的十進位制是49，等於十六進位制的0x31。這下大家就該清楚了：所謂的十六進位制傳送和十六進位制接收，都是按位元組資料的真實值進行的；而字元格式傳送和字元格式接收，是按ASCII碼錶中字元形式進行的，但它實際上最終傳輸的還是一個位元組資料。這個表格，當然不需要大家去記住，理解它，用的時候過來查就行了。