串口通信
串口介绍
串口是一种应用十分广泛的通讯接口。成本低、容易使用、通信线路简单,可实现两个设备互相通信。
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通信模块互相通信。极大地扩展了单片机的应用范围,增强了单片机系统地硬件实力。
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。
接口及引脚定义
串口所用的接口叫做DB9,我们在台式电脑上就可以看到。大多数笔记本上已经没有串口的DB9接口了,因为很少用的。不过我们的笔记本上有USB接口,大家在烧录单片机程序的时候就是用过USB接口烧录程序的。
与之相似的是VGA接口,那个接口有三排针,用来传输视频,而我们的串口是用来传输简单数据的。
硬件电路
简单的双向串口通信有两根通信线(发送端TXD和接收端RXD)
TXD和RXD(Receive exchange data)需要交叉连接 (众所周知,ex开头的单词一般简写为X)
当只需单向的数据传输时,可以只接一根通信线。
当电平标准不一致时,需要加电平转换芯片。
我一般简记成:T接R,R接T,GND接GND。
电平标准
电平标准是数据1和数据0的表达式,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:
TTL电平
+5V表示1,0V表示0 。传输距离很短,只有十多米。
RS232电平
-3~-15V表示1,+3~+15V表示0。一般用于电脑传输,可以接受比较大的变化范围。
RS485电平
两线压差+2V~+6V表示1,-2V~-6V表示0(差分信号,就是没有GND这条线,只需要看两条信号线的压差。可以抑制零漂和温漂) 模电知识 。它的传输距离可以达到一千米以上,很厉害的,但是我们学习51单片机几乎用不上。
常见通信接口比较
此外还有:CAN、USB等通信接口。
目前我们学习UART,以后再学习剩下的三种通信方式。
这些通信方式我们的开发板上都有。
相关术语介绍
全双工:通信双方可以在同一时刻互相传输数据.比如咱们俩人打电话,就是全双工通信。
半双工:通信双方可以互相传输数据,但是必须分时复用一根数据线.相当于我们的对讲机,俩人不能同时传输数据,只能等线空闲了才能使用。
单工:通信只能有一方发送到另一方,不能反向传输。比如咱们的遥控器。
异步:通信双方各自约定通信速率.不知道大家对波特率有没有印象,异步通信要约定相同的波特率,这样我们采集数据的速率就是相同的,否则你每隔9600采一次数据,我每隔115200采一次数据,我们得到的信息一样,但是翻译出来的结果就是不同的。
同步:通信双方靠一根时钟线来约定通信速率..有了约定好的通信速率,我们只需要在上升沿到来时就开始采集数据,就不会出现通信差错。
一般时间要求比较严格就用同步通信,不严格的时候就可以使用比较方便的异步通信。
总线:连接各个设备的数据传输线路。类似于一条马路,把周边的各个住户连接起来。串口是没有总线的,因为串口是点对点通信,那些挂载多个设备的通信方式就要有总线。
以上内容其实数电都涉及到了,没能完全理解没关系,随着我们使用经验的增长会有自己的见解。
51单片机的UART
STC89C52有1个UART,共有四种工作模式:
模式0:同步移位寄存器
模式1:8位UART,波特率可变(最常用)
模式2:9位UART,波特率固定
模式3:9位UART,波特率不可变
串口参数及时序图
波特率:
串口通信的速率(发送和接受各数据位的间隔时间)
校验位:
用于数据验证。9位UART就是8个数据位加1个校验位。
校验位是双方约定好的。有奇校验和偶校验之分。
通信原理会详细学习的,不用搞得太详细,会用最好。用的时候不需要我们去解释这些概念
停止位:
用于数据帧间隔(不详细解释了,越说越乱,用的时候再说)
串口模式图
串口的收发速率是通过定时器控制的。
SBUF是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,读出的是接受寄存器。
说人话,读写数据都要经过SBUF寄存器,然后通过我们的控制器来决定收发数据操作。
串口和中断系统
这里搬出来我们定时器中断系统用到的结构图,这个图下面有RX和TX的线,申请中断的流程就是顺着这条线走的。那么我们将来配置寄存器也是根据这张图来配置的。
串口相关寄存器
我们实际上就配置SCON和PCON寄存器就可以了,涉及中断的时候多配置个中断寄存器就行。具体代码下一篇博客再来详细说说。
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