51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行接口。什么叫全雙工串口呢?一般來說，只能接受或只能發(fā)送的稱為單工串行;既可接收又可發(fā)送，但不能同時(shí)進(jìn)行的稱為半雙工;能同時(shí)接收和發(fā)送的串行口稱為全雙工串行口。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優(yōu)點(diǎn)是只需一根傳輸線，可大大降低硬件成本，適合遠(yuǎn)距離通信。其缺點(diǎn)是傳輸速度較低。一.串行通信的原理

1.隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能愈來愈顯得重 要。計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。

2.通信有并行通信和串行通信兩種方式。在多微機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。

3.計(jì)算機(jī)通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。可以分為兩大類：并行通信與串行通信。

4.并行通信 通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送 。

STC51單片機(jī)一般帶有1個(gè)串口，有的帶有2個(gè)串口，串口一般用于下載程序和串口通信。串口通信特別適合控制設(shè)備，所以工控機(jī)的電腦上一般都帶有串口。

51單片機(jī)的串口引腳為P3.0引腳與P3.1引腳，分別是RXD和TXD引腳。串口通信可以用于單片機(jī)和其它芯片通信或者單片機(jī)之間通信或者單片機(jī)與電腦通信。串口通信一般都是交叉連接。標(biāo)準(zhǔn)的串口有9個(gè)引腳，我們一般情況下，只用RXD TXD GND，剩下的引腳都是通信控制引腳，在以前用于控制電話機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)基本上不用了。所以我們的51單片機(jī)上只保留了RXD和TXD。

串口通信的協(xié)議非常簡單。如果單片機(jī)上的串口不夠用，還可以用任意兩個(gè)引腳模擬串口通信。

一般情況，我們用帶有起始位的8位串口協(xié)議。波特率常用9600，此外還有1200 2400 4800 115200等。

打開串口的程序如下：

TMOD=0x20;

TH1=0xFD;

TL1=0xFD;

SCON=0X50;

TR1=1;

程序涉及到5個(gè)寄存器的配置。

TMOD是定時(shí)器控制寄存器

TH1和TL1是定時(shí)器1的初值寄存器

SCON是串行口控制寄存器

TR1是TCON寄存器中的bit4，因?yàn)樵摷拇嫫骺梢晕徊僮?

串口發(fā)送數(shù)據(jù)的程序如下所示：

SBUF=55; // 發(fā)送數(shù)據(jù)55

while(!TI);

TI=0;

程序涉及到2個(gè)寄存器

SBUF是串口數(shù)據(jù)寄存器

TI是SCON寄存器中的bit1，位操作

串口接收數(shù)據(jù)的程序如下所示：

if(RI)

{

recebuf=SBUF;

RI=0;

}

程序涉及到2個(gè)寄存器

SBUF是串口數(shù)據(jù)寄存器

RI是SCON寄存器中的bit0，位操作

SBUF既是發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，又是接收數(shù)據(jù)寄存器。

可以把上面的功能模塊封裝成函數(shù)，在使用的時(shí)候，直接調(diào)用。

串口通信的基本認(rèn)識(shí)

通信分為并行通信和串行通信，并行通信時(shí)的數(shù)據(jù)各個(gè)位同時(shí)傳送，可以實(shí)現(xiàn)字節(jié)為單位通信，但通信線多占用資源，成本高。以前用到的的P1=0x55,一次給P1口的8個(gè)管腳分別賦值，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)輸出，類似于8個(gè)車道可以過去8輛車，這樣的形式是并行的，一般稱P0,P1,P2,P3為51單片機(jī)的4組并行總線。

串行通信，就是一個(gè)車道，一個(gè)只能通過一輛車，如果一個(gè)0x55這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要傳輸過去的話，假如低位在前，高位在后的話，那發(fā)送方式是：0-1-0-1-0-1-0-1，一位一位的進(jìn)行傳輸，要發(fā)送8次才能發(fā)送完一個(gè)字節(jié)

STC89C52有兩個(gè)引腳是專門用來做串口通信的，一個(gè)是P3.0(RXD)，一個(gè)是P3.1(TXD)，他們組成的通信接口就是串行接口，簡稱串口。用于兩個(gè)單片機(jī)進(jìn)行UART通信。兩單片機(jī)通信接口連接方式：RXD——TXD，TXD——RXD。

單片機(jī)1的TXD發(fā)送通道接到單片機(jī)2的RXD接收通道，單片機(jī)的1的RXD接收通道接到單片機(jī)2的TXD發(fā)送通道，從而實(shí)現(xiàn)相互通信。

當(dāng)單片機(jī)1想給單片機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)，比如發(fā)送了0xCE，用二進(jìn)制表示就是11001110，在串口通信過程中，是低位先發(fā)，高位后發(fā)的原則，那么就是讓TXD首先拉低電平，持續(xù)一段時(shí)間，發(fā)送一位0，然后拉高電平，持續(xù)一段時(shí)間，發(fā)送一位1，繼續(xù)拉高，在持續(xù)一段時(shí)間，發(fā)送一位1，一直把8位二進(jìn)制數(shù)11001110全部發(fā)送完畢，這里涉及到一個(gè)問題，就是持續(xù)的一個(gè)時(shí)間段時(shí)間“到底是多少”。因而便引入通信中非常重要的一個(gè)概念波特率，也叫做比特率。

波特率

波特率就是發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)位的速率，習(xí)慣用baud表示，即我們發(fā)送一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)持續(xù)的時(shí)間=1/baud。在通信之前，單片機(jī)1和單片機(jī)2首先都要明確約定好他們之間的通信波特率，必須保持一致，收發(fā)雙方才能正常通信。

約定好速度之后，我們還要考慮第二個(gè)問題，數(shù)據(jù)什么時(shí)候是起始，什么時(shí)候是結(jié)束?提前和延遲結(jié)束都會(huì)接收錯(cuò)誤。在uart通信的時(shí)候，一個(gè)字節(jié)是8位，規(guī)定當(dāng)沒有通信信號(hào)發(fā)生時(shí)，通信線路保持高電平，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送前，先發(fā)一位0表示起始位，然后發(fā)送8位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位是先低再高，數(shù)位位發(fā)送完后才呢個(gè)后再發(fā)送一位1表示停止位，這樣我們要發(fā)送的8位數(shù)據(jù)，實(shí)際上我們發(fā)送了10位，多出來兩位其中一個(gè)是起始位，一個(gè)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(zhǔn)備開始接受數(shù)據(jù)，接受8位數(shù)據(jù)后，然后檢測停止位，再準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)接收。

串口數(shù)據(jù)發(fā)送示意圖，實(shí)際上是一個(gè)時(shí)域示意圖，就是信號(hào)隨著時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如在單片機(jī)的發(fā)送引腳上，左邊的是先發(fā)生的，右邊的是后發(fā)生的，數(shù)據(jù)位的切換時(shí)間就是波特率分之一秒，如果能夠理解時(shí)域的概念，后邊很多通信的時(shí)序圖就很容易理解了。

RS232

在我們電腦上，一般都會(huì)有一個(gè)9針的串行接口，這個(gè)串行接口叫做RS232接口，它和UART通信有關(guān)聯(lián)，但是由于現(xiàn)在筆記本電腦不帶9針串口，所以和單片機(jī)通信越來越趨于使用USB虛擬串口。

九針串口分工頭和母頭

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接口一共有9個(gè)引腳，分別定義是：1、載波檢測DCD;2、接收數(shù)據(jù)RXD;3、發(fā)送數(shù)據(jù)TXD;4、數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR;5、信號(hào)地線SG;6、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSR;7、請(qǐng)求發(fā)送RTS;8、清除發(fā)送CTS;9、振鈴提示RI。我們要讓這個(gè)串口和我們單片機(jī)進(jìn)行通信，我們只需要關(guān)心其中的2腳RXD、3腳TXD和5腳GND即可。

雖然這三個(gè)引腳的名字和我們單片機(jī)上的串口名字一樣，但是卻不能直接和單片機(jī)對(duì)連通信，這是為什么呢?隨著我們了解的內(nèi)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(duì)于RS232標(biāo)準(zhǔn)來說，它是個(gè)反邏輯，也叫做負(fù)邏輯。為何叫負(fù)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(fù)邏輯。因此電腦的9針RS232串口是不能和單片機(jī)直接連接的，需要用一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來完成。

這個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)把標(biāo)準(zhǔn)RS232串口電平轉(zhuǎn)換成我們單片機(jī)能夠識(shí)別和承受的UART 0V/5V電平。從這里大家似乎慢慢有點(diǎn)明白了，其實(shí)RS232串口和UART串口，它們的協(xié)議類型是一樣的，只是電平標(biāo)準(zhǔn)不同而已，而MAX232這個(gè)芯片起到的就是中間人的作用，它把UART電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，也把RS232電平轉(zhuǎn)換成UART電平，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口和單片機(jī)UART之間的通信連接。

USB轉(zhuǎn)串口通信

隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)上還有RS232串口通信的大量使用，但是商業(yè)技術(shù)的應(yīng)用上，已經(jīng)慢慢的使用USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)取代了RS232串口，絕大多數(shù)筆記本電腦已經(jīng)沒有串口這個(gè)東西了，那我們要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和電腦之間的通信該怎么辦呢?

我們只需要在電路上添加一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口芯片，就可以成功實(shí)現(xiàn)USB通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)UART串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，在我們的開發(fā)板上，我們使用的是CH340T這個(gè)芯片。

我們需要用跳線帽把中間和下邊的針短接在一起。右側(cè)的CH340T這個(gè)電路很簡單，把電源、晶振接好后，6腳和7腳的DP和DM分別接USB口的2個(gè)數(shù)據(jù)引腳上去，3腳和4腳通過跳線接到了我們單片機(jī)的TXD和RXD上去。

CH340T的電路里3腳位置加了個(gè)4148的二極管，是一個(gè)小技巧。因?yàn)镾TC89C52這個(gè)單片機(jī)下載程序時(shí)需要冷啟動(dòng)，就是先點(diǎn)下載后上電，上電瞬間單片機(jī)會(huì)先檢測需要不需要下載程序。雖然單片機(jī)的VCC是由開關(guān)來控制，但是由于CH340T的3腳是輸出引腳，如果沒有此二極管，開關(guān)后級(jí)單片機(jī)在斷電的情況下，CH340T的3腳和單片機(jī)的P3.0(即RXD)引腳連在一起，有電流會(huì)通過這個(gè)引腳流入后級(jí)電路并且給后級(jí)的電容充電，造成后級(jí)有一定幅度的電壓，這個(gè)電壓值雖然只有兩三伏左右，但是可能會(huì)影響到正常的冷啟動(dòng)。加了二極管后，一方面不影響通信，另外一個(gè)方面還可以消除這種不良影響。這個(gè)地方可以暫時(shí)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串口通信

UART串口波特率，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串行通信程序是一個(gè)簡單的演示程序，我們使用串口調(diào)試助手下發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加1后，再自動(dòng)返回。

串口調(diào)試助手，這里我們直接使用STC-ISP軟件自帶的串口調(diào)試助手，先把串口調(diào)試助手的使用給大家說一下，如圖11-6所示。第一步要選擇串口助手菜單，第二步選擇十六進(jìn)制顯示，第三步選擇十六進(jìn)制發(fā)送，第四步選擇COM口，這個(gè)COM口要和自己電腦設(shè)備管理器里的那個(gè)COM口一致，波特率按我們程序設(shè)定好的選擇，我們程序中讓一個(gè)數(shù)據(jù)位持續(xù)時(shí)間是1/9600秒，那這個(gè)地方選擇波特率就是選9600，校驗(yàn)位選N，數(shù)據(jù)位8，停止位1。

串口調(diào)試助手的實(shí)質(zhì)就是利用電腦上的UART通信接口，發(fā)送數(shù)據(jù)給我們的單片機(jī)，也可以把我們的單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)接收到這個(gè)調(diào)試助手界面上。

因?yàn)槌醮谓佑|通信方面的技術(shù)，所以我把后面的IO模擬串口通信程序進(jìn)行一下解釋，大家可以邊看我的解釋邊看程序，把底層原理先徹底弄懂。

變量定義部分就不用說了，直接看main主函數(shù)。首先是對(duì)通信的波特率的設(shè)定，在這里我們配置的波特率是9600，那么串口調(diào)試助手也得是9600。配置波特率的時(shí)候，我們用的是定時(shí)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(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)TL0溢出后，不僅僅會(huì)讓TF0變1，而且還會(huì)將TH0中的內(nèi)容重新自動(dòng)裝到TL0中。這樣有一個(gè)好處，就是我們可以把想要的定時(shí)器初值提前存在TH0中，當(dāng)TL0溢出后，TH0自動(dòng)把初值就重新送入TL0了，全自動(dòng)的，不需要程序中再給TL0重新賦值了，配置方式很簡單，大家可以自己看下程序并且計(jì)算一下初值。