STM51单片机学习记录（四）串口通信

1.简介

串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。

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模块互相通信，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。

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。

STC89C52有一个UART，对应有四种工作模式：

模式0：同步移位寄存器

模式1：8位UART，波特率可变（常用）

模式2：9位UART，波特率固定

模式3：9位UART，波特率可变

串口的模式图如下图所示：

其中，由于串口需要=控制数据传输的速度，因此需要使用定时器。与上一章中使用的定时器0不同，UART默认使用定时器1。SBUF为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，并申请TI（发射中断）；读操作时，读出的是接收寄存器，并申请RI（接收中断）。

2.串口初始化函数编写

首先介绍一些串行口相关的寄存器：

在串口初始化的过程中，我们需要配置SCON，PCON的高二位，以及与定时器1有关的寄存器（TMOD,TH1,TL1,TR1,ET1)。如果需要用到串口中断，则需要将EA（中断总开关），ES（串口中断开关）置1。

UART的定时器默认只能使用定时器1，且使用模式2：8位自动重装模式。不使用模式1：16位定时器的原因在于16位定时器每次进入中断都需要把计数器记录初值，会占用一定的时间，但在串口中由于传输速率较快，因此需要更加精准的操作。

8位自动重装模式会把TH与TL分开，TH负责设定初值，TL用于接收脉冲计时计数。当TL溢出（＞255）时，会自动将TH的值重新装入TL自己。从而完成自动重装的过程，无需额外在中断中设定初值大小。

需要注意的是，由于定时器0在UART中的作用仅为控制数据传输速度，并不涉及到定时结束后需要做的事情，真正需要做的事应该在串口中断中完成，因此无需开启定时器1的中断，也就不需要配置ET1,EA,PT1等寄存器。

首先需要配置的是SCON，每一位的解释如下：

SM0与SM1共同决定串口的模式，我们使用模式1时，这两位需要分别置01。

SM2在多机通信中使用，暂时不用管它，均置0。

REN代表是否允许接收数据，允许置1。

TB8,RB8都与模式1无关，均置0

TI是在数据发送完毕后置1，然后向主机请求中断的，在相应中断后必须在代码中手动将T1置0。

RI是在数据接收完毕后置1，然后向主机请求中断的，在相应中断后必须在代码中手动将R1置0。

综上：SCON=0b 0101 0000（0x50）。

PCON的高二位解释分别如下：

SMOD用于控制波特率是否加倍，在系统晶振频率非11.0592MHz的整数倍时，较高的波特率会导致一定的误差。因此在实际操作时选择较低的波特率然后启动波特率倍速（SMOD置1），就能有效的减少误差。

SMOD0在帧校验时会使用到，本实验用不到，因此无需处理。

PCON其余位与电源相关，无需处理。

综上：PCON=0b 1000 0000（0x80）。为了避免对其他位操作，我们使用PCON|=0x80。

接下来配置定时器1，由于UART默认使用8位自动重装模式，因此TMOD的高四位应该为0010，为了避免对其他位操作，我们先将高四位清零：TMOD &= 0x0F，再设定高四位的具体数值：TMOD|=0x20。

TL和TH的初值均设为一样，需要根据波特率得出，计算方法在稍后讲解。

由于我们不需要触发定时器1的中断，因此ET1置1。

启动定时器1，TR1置1。

当我们需要用到串口中断时，需要将EA（中断总开关），ES（串口中断开关）置1。

这样，一个串口初始化函数就写好了：

void UART_Init(void)		//4800bps@11.0592MHz
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
	TMOD &= 0x0F;		//清除定时器1模式位
	TMOD |= 0x20;		//设定定时器1为8位自动重装方式
	TL1 = 0xF4;		//设定定时初值
	TH1 = 0xF4;		//设定定时器重装值
	ET1 = 0;		//禁止定时器1中断
	TR1 = 1;		//启动定时器1
	EA=1;//启动所有中断
	ES=1;//启动串口中断
}

3.串口发送函数编写

先给出函数的写法：

void UART_SendByte(unsigned char Byte)
{
	SBUF=Byte;
	while(TI==0);
	TI=0;
}

SBUF为串行通信特殊功能寄存器，用于缓存串口接收或者发送的数据。首先将要发送的数据写入SBUF中，此时SBUF中的数据就被依次发送出去了，然后等待直到TI为1（串口中的数据全部发送完成），最后将TI重置为0完成整个流程。

4.串口中断函数编写

先给出函数的写法：

void UART_Routine() interrupt 4
{
	if(RI==1)
	{
		...
		RI=0;
	}
}

首先确认该终端是由接收数据产生的即：if(RI==1)。在处理完数据以后，需要将RI重置为0完成整个流程。

5.波特率的计算

波特率计算需要结合这张图片讲解：

假设我们在系统晶振频率为11.0592MHz，定时器时钟为12分频，不使用波特率倍速的情况下，初值设定为0xF4(244)，则需要等待256-244=12个脉冲周期后进入中断。11.0592MHZ的晶振频率，12分以后为0.9216MHZ，约1.08μs晶振一次，经过12个脉冲周期，也就是12*1.08μs=13.0208333333μs后溢出，因此溢出率为其倒数，即：1/13.0208333333=0.0768MHz。溢出率的公式可以总结为：SYSclk/12/(256-TH1)

由于使用波特率倍速，因此直接将溢出率除以16，无需额外除以2，得到结果为0.0048MHz,即得到4800Hz的波特率。

由此，我们得到了初值设定为0xF4时，波特率倍速得到的波特率为4800。我们也可以推断出在使用同样初值的情况下，如果不使用波特率倍速， 得到的波特率应为2400。

其他波特率也可以仿照此过程计算得出。