原创 51单片机串口通信(转载)

2009-4-25 12:32 7012 0 分类: MCU/ 嵌入式
51单片机串口通信(转载)

2009-03-03 18:22


一、串口通信原理
     串口通讯对单片机而言意义重大,不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端,而且也能实现计算机对单片机的控制。由于其所需电缆线少,接线简单,所以在较远距离传输中,得到了广泛的运用。串口通信的工作原理请同学们参看教科书。
     以下对串口通信中一些需要同学们注意的地方作一点说明:
     1、波特率选择
     波特率(Boud Rate)就是在串口通信中每秒能够发送的位数(bits/second)。MSC-     51串行端口在四种工作模式下有不同的波特率计算方法。其中,模式0和模式2波特率计算很简单,请同学们参看教科书;模式1和模式3的波特率选择相同,故在此仅以工作模式1为例来说明串口通信波特率的选择。
     在串行端口工作于模式1,其波特率将由计时/计数器1来产生,通常设置定时器工作于模式2(自动再加模式)。在此模式下波特率计算公式为:
                                      波特率=(1+SMOD)*晶振频率/(384*(256-TH1))
     其中,SMOD——寄存器PCON的第7位,称为波特率倍增位;
              TH1——定时器的重载值。
     在选择波特率的时候需要考虑两点:首先,系统需要的通信速率。这要根据系统的运作特点,确定通信的频率范围。然后考虑通信时钟误差。使用同一晶振频率在选择不同的通信速率时通信时钟误差会有很大差别。为了通信的稳定,我们应该尽量选择时钟误差最小的频率进行通信。
    下面举例说明波特率选择过程:假设系统要求的通信频率在20000bit/s以下,晶振频率为12MHz,设置SMOD=1(即波特率倍增)。则
                                     TH1=256-62500/波特率
     根据波特率取值表,我们知道可以选取的波特率有:1200,2400,4800,9600,19200。列计数器重载值,通信误差如下表:
Exp020501_clip_image002_0000.jpg
     因此,在通信中,最好选用波特率为1200,2400,4800中的一个。
     2、通信协议的使用
     通信协议是通信设备在通信前的约定。单片机、计算机有了协议这种约定,通信双方才能明白对方的意图,以进行下一步动作。假定我们需要在PC机与单片机之间进行通信,在双方程式设计过程中,有如下约定:
     0xA1:单片机读取P0端口数据,并将读取数据返回PC机;
     0xA2:单片机从PC机接收一段控制数据;
     0xA3:单片机操作成功信息。
     在系统工作过程中,单片机接收到PC机数据信息后,便查找协议,完成相应的操作。当单片机接收到0xA1时,读取P0端口数据,并将读取数据返回PC机;当单片机接收到0xA2时,单片机等待从PC机接收一段控制数据;当PC机接收到0xA3时,就表明单片机操作已经成功。
     3、硬件连接
     51单片机有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件,比如计算机的串口是RS232电平的,而单片机的串口是TTL电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片MAX232进行转换,虽然也可以用几个三极管进行模拟转换,但是还是用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口,也就是说和计算机的9针串口只连接其中的3根线:第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法,但是对我们来说已经足够使用了,电路如下图所示,MAX232的第10脚和单片机的11脚连接,第9脚和单片机的10脚连接,第15脚和单片机的20脚连接。
Exp020501_clip_image002_0001.jpg
                                        使用MAX232串口通信电路图(9孔串口接头)
     串口通讯的硬件电路如上图所示为了能够在计算机端看到单片机发出的数据,我们必须借助一个WINDOWS软件进行观察,这里利用如下图标的一个免费计算机串口调试软件来观察。
Exp020501_clip_image002_0002.jpg
                                                    串口调试助手窗口
SBUF 数据缓冲寄存器 这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。有朋友这样问起过“为何在串行口收发中,都只是使用到同一个寄存器SBUF?而不是收发各用一个寄存器。”实际上SBUF包含了两个独立的寄存器,一个是发送寄存,另一个是接收寄存器,但它们都共同使用同一个寻址地址-99H。CPU在读SBUF时会指到接收寄存器,在写时会指到发送寄存器,而且接收寄存器是双缓冲寄存器,这样可以避免接收中断没有及时的被响应,数据没有被取走,下一帧数据已到来,而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓冲,一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作SBUF寄存器的方法则很简单,只要把这个99H地址用关键字sfr定义为一个变量就可以对其进行读写操作了,sfr SBUF = 0x99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的reg51.h或at89x51.h等头文件中已对其做了定义,只要用#include引用就可以了。

    SCON 串行口控制寄存器 通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态,都会引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是98H,是一个可以位寻址的寄存器,作用就是监视和控制51芯片串行口的工作状态。51芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下,其工作模式的设置就是使用SCON寄存器。它的各个位的具体定义如下:




MSB)








LSB)


SM0


SM1


SM2


REN


TB8


RB8


TI


RI


8-1 串行口控制寄存器SCON



    SM0、SM1为串行口工作模式设置位,这样两位可以对应进行四种模式的设置。看表8-2串行口工作模式设置。




SM0


SM1


模 式


功 能


波特率


0


0


0


同步移位寄存器


fosc/12


0


1


1


8位UART


可变


1


0


2


9位UART


fosc/32或fosc/64


1


1


3


9位UART


可变


8-2 串行口工作模式设置



    在这里只说明最常用的模式1,其它的模式也就一一略过,有兴趣的朋友可以找相关的硬件资料查看。表中的fosc代表振荡器的频率,也就是晶振的频率。UART为(Universal Asynchronous Receiver的英文缩写。


    SM2在模式2、模式3中为多处理机通信使能位。在模式0中要求该位为0。


    REM为允许接收位,REM置1时串口允许接收,置0时禁止接收。REM是由软件置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚P3.0,P3.1都和上位机相连,在软件上有串口中断处理程序,当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断,那么可以在这个子程序的开始处加入REM=0来禁止接收,在子程序结束处加入REM=1再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入REM=0来进行实验。


    TB8发送数据位8,在模式2和3是要发送的第9位。该位可以用软件根据需要置位或清除,通常这位在通信协议中做奇偶位,在多处理机通信中这一位则用于表示是地址还是数据帧。


    RB8接收数据位8,在模式2和3是已接收数据的第9位。该位可能是奇偶位,地址/数据标识位。在模式0中,RB8为保留位没有被使用。在模式1中,当SM2=0,RB8是已接收数据的停止位。


    TI发送中断标识位。在模式0,发送完第8位数据时,由硬件置位。其它模式中则是在发送停止位之初,由硬件置位。TI置位后,申请中断,CPU响应中断后,发送下一帧数据。在任何模式下,TI都必须由软件来清除,也就是说在数据写入到SBUF后,硬件发送数据,中断响应(如中断打开),这时TI=1,表明发送已完成,TI不会由硬件清除,所以这时必须用软件对其清零。


    RI接收中断标识位。在模式0,接收第8位结束时,由硬件置位。其它模式中则是在接收停止位的半中间,由硬件置位。RI=1,申请中断,要求CPU取走数据。但在模式1中,SM2=1时,当未收到有效的停止位,则不会对RI置位。同样RI也必须要靠软件清除。


    常用的串口模式1是传输10个位的,1位起始位为0,8位数据位,低位在先,1位停止位为1。它的波特率是可变的,其速率是取决于定时器1或定时器2的定时值(溢出速率)。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片只有两个定时器,定时器0和定时器1,而定时器2是89C52系列芯片才有的。


    波特率 在使用串口做通讯时,一个很重要的参数就是波特率,只有上下位机的波特率一样时才可以进行正常通讯。波特率是指串行端口每秒内可以传输的波特位数。有一些初学的朋友认为波特率是指每秒传输的字节数,如标准9600会被误认为每秒种可以传送9600个字节,而实际上它是指每秒可以传送9600个二进位,而一个字节要8个二进位,如用串口模式1来传输那么加上起始位和停止位,每个数据字节就要占用10个二进位,9600波特率用模式1传输时,每秒传输的字节数是9600÷10=960字节。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的,为fosc/12,以一个12M的晶振来计算,那么它的波特率可以达到1M。模式2的波特率是固定在fosc/64或fosc/32,具体用那一种就取决于PCON寄存器中的SMOD位,如SMOD为0,波特率为focs/64,SMOD为1,波特率为focs/32。模式1和模式3的波特率是可变的,取决于定时器1或2(52芯片)的溢出速率。那么我们怎么去计算这两个模式的波特率设置时相关的寄存器的值呢?可以用以下的公式去计算。



波特率=(2SMOD÷32)×定时器1溢出速率



    上式中如设置了PCON寄存器中的SMOD位为1时就可以把波特率提升2倍。通常会使用定时器1工作在定时器工作模式2下,这时定时值中的TL1做为计数,TH1做为自动重装值 ,这个定时模式下,定时器溢出后,TH1的值会自动装载到TL1,再次开始计数,这样可以不用软件去干预,使得定时更准确。在这个定时模式2下定时器1溢出速率的计算公式如下:



            溢出速率=(计数速率)/(256-TH1)



    上式中的“计数速率”与所使用的晶体振荡器频率有关,在51芯片中定时器启动后会在每一个机器周期使定时寄存器TH的值增加,一个机器周期等于十二个振荡周期,所以可以得知51芯片的计数速率为晶体振荡器频率的1/12,一个12M的晶振用在51芯片上,那么51的计数速率就为1M。通常用11.0592M晶体是为了得到标准的无误差的波特率,那么为何呢?计算一下就知道了。如我们要得到9600的波特率,晶振为11.0592M和12M,定时器1为模式2,SMOD设为1,分别看看那所要求的TH1为何值。代入公式:


            11.0592M


            9600=(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))


            TH1=250 //看看是不是和上面实例中的使用的数值一样?



            12M


            9600=(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1))


            TH1≈249.49


           


    上面的计算可以看出使用12M晶体的时候计算出来的TH1不为整数,而TH1的值只能取整数,这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的9600波特率。当然一定的误差是可以在使用中被接受的,就算使用11.0592M的晶体振荡器也会因晶体本身所存在的误差使波特率产生误差,但晶体本身的误差对波特率的影响是十分之小的,可以忽略不计。

文章评论0条评论)

登录后参与讨论
相关推荐阅读
gliet 2009-04-09 14:04
初装Linux小建议
我也是初学者了,不过看到有一些人(特别是刚踏入linux学习的朋友)常常被一些小问题困扰,所以我就来这里啰嗦几句,刚好我也想自己总结一下,好方便以后的查看。下面我就斗胆来解答某些问题和提出我的一些建议...
gliet 2009-04-08 13:41
C51中断关键字interrupt using
C51中断处理过程  C51编译器支持在C源程序中直接开发中断过程,因此减轻了使用汇编语言的繁琐工作,提高了开发效率。中断服务函数的完整语法如下:  void 函数名(void)[模式]  [再入]i...
gliet 2009-04-08 13:41
Altium Designer Summer 08鼠标改变图纸大小
【Altium Designer Summer 08 鼠标改变图纸大小】按住鼠标中键 向上推动鼠标可以放大图片(相当于page up或ctrl++),同理可以缩小图片,在SCH和PCB中均有效,非常的...
gliet 2009-04-08 13:41
Altium Designer Summer 08 PCB打印的相关设置
【Altium Design Summer 08 PCB打印的相关设置】画好PCB后一.首先选择[文件F]-[页面设置U],弹出Composite Properties选项,    其中的打印纸选项栏...
gliet 2009-03-28 12:34
Alium Designer Summer08中更改全局变量的方法
【Alium Designer Summer08中更改全局变量的方法】1.选中要更改同类变量的中的任意一个2.右击在弹出的菜单栏中选中第一项【查找相似对象】3.弹出查找匹配对话框,把只符合自己要找的东...
广告
我要评论
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
广告
关闭 热点推荐上一条 /4 下一条