一、串口通信概念

1、串口通信的作用

串口通信主要用于單片機與外部設備的通信。51單片機自身有圈雙工的異步通信串口。

2、串口通信的通信方式

串口通信基本通信方式有兩種：并行通信和串行通信。

串行通信：傳送數據的各位按順序一位一位發送或者接收

并行通信：傳送數據各位同時發送或接收

3、串行通信的通信方式

串行通信根據幀信息的格式分為異步通信和同步通信

異步通信：一幀數據先用一個起始位“0”表字符開始，然后是5~8位數據，即該字符的代碼，規定低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗位（可以省略），最后一個停止位“1”表示字符結束。

同步通信：發送方在數據或字符前面用1~2字節同步字符指示一幀的開始，同步字符是雙方約定好的，接收方檢測到與規定的同步字符符合時，開始接收數據，發送方按順序連續傳送N個數據，N個數據傳完后，發送1-2字節的校驗碼。

接收端和發送端的同步由時鐘實現。

同步通信省去了字符開始和結束的標志，一幀可以連續傳送若干個數據，所以速度高于異步傳送。

4、通信方向

串口通信的通信方向分為單工、半雙工、全雙工三種。

單工傳送：通信接口只能發送或者接收。

半雙工傳送：通信接口可以接收也可以發送，但是發送和接收不能同時進行。

全雙工傳送：兩機的發送和接收可以同時進行

一般情況下，我們的51單片機采用的為全雙工，通過TXD，RXD兩個通信接口同時進行數據的發送和接收。

需要注意的是，51單片機在實物連線上要反接，一機的TXD應接另一機的RXD，RXD接另一機的TXD。而一些特殊型號的單片機會標注正接，即RXD接RXD，TXD接TXD。

5、串行通信接口的作用

我們單片機內部的CPU只能處理并行數據，要進行串行通信，就必須要接我們的串行接口，按串行通信協議，進行數據的處理。具體的有

A：實現數據格式化

按串行數據格式，對CPU的并行數據進行處理。

B：進行串行數據和并行數據的轉換

發送端，并行轉串行送接收端；

接收端，串行轉并行送CPU；

C：控制數據的傳輸速率

接口應具備對數據傳輸速率----波特率的控制選擇能力（具有波特率發生器）

D：進行傳送錯誤檢測

發送時，接口對傳送數據在的生成奇偶校驗位或校驗碼；在接收時接口檢查校驗位或校驗碼，以確定傳送中是否有誤碼。

51單片機內含的通信接口：

51單片機內含一個全雙工的異步通信接口，通過對串行接口寫控制字可以選擇其數據格式，內含波特率發生器，提供可選波特率，可完成雙機通信或多機通信。

二、串行口的結構和工作原理

1、串行口結構

串行口主要由兩個數據緩沖寄存器SBUF和一個輸入移位寄存器組成，內部還有一個串行控制寄存器SCON和一個波特率發生器（T1定時器或內部時鐘及分頻器組成）

我們串行口發送的數據先逐位進入接收端移位寄存器，再送入接收端SBUF。移位寄存器和SBUF采用了雙緩沖結構，避免兩幀數據發送混亂。

2、串行口工作原理

A：發送機CPU向SBUF寫入數據，啟動發送過程

B：按SCON設定好的控制方式和設定的波特率，由低位到高位一位一位的按移位時鐘發送到電纜線上

C：數據通過電纜線到達接收機

D：接收機按照設定的波特率，按移位時鐘一位一位的由低到高移入SBUF

因此我們的發送機，接收機波特率必須保持一致，才可以正常的收發數據，即發送機移出的剛好被接收機移入。

E：發送機發完一幀數據（發送緩沖器空），硬件置位發送中斷標志位TI（SCON.1）位可作為查詢標志，如果設置為允許中斷，將引起中斷，發送機可再發送下一幀數據。（先發后查）

F：接收機，預先置位REN（SCON.4）即允許接收，再按波特率由低到高進入接收機移位寄存器，數據收齊后（接收緩存器滿），硬件置位RI（SCON.0），可作為查詢標志，如果設置為允許中斷，將引起接收中斷，CPU方可從SBUF中讀入這幀數據。（先查后收）

總結：

① 查詢方式發送的過程：發送一個數據→查詢TI→發送下一個數據（先發后查）

查詢方式接收的過程：查詢RI→讀入一個數據→查詢RI→讀入下一個數據（先查后收）

②通信雙方波特率必須相同

3、波特率的設定

第一種方式：

系統時鐘分頻值

第二種方式：

定時器T1提供（針對基礎51來講）

波特率計算：

當串口工作在工作方式0和2時，波特率固定。

方式0時 fosc / 12

方式2時 SMOD=0 fosc / 32 或 SMOD=1 fosc / 64

方式1時

波特率=(2^SMOD/32)*(單片機時鐘頻率/(256-X)) //X是初值

但一般情況下，我們是先確定波特率，再確定定時計數器初值

三、串行口的控制寄存器

1、串口工作方式寄存器SCON

2、電源控制寄存器PCON

四、串行口的具體應用編程

1、定好波特率

串行口波特率有兩種方式：固定波特率和可選波特率

當使用可變波特率時，應先計算T1的計數初值，并對T1初始化

當使用固定波特率時，選擇方式0、2

2、填寫控制字

對SCON寄存器設置工作方式，若為接受程序，需置為REN=1（允許接收），同時將TI、RI置零（串口中斷標志位）

3、選擇串行通信方式

串行通信可采用兩種方式：查詢方式和中斷方式

TI和RI是一幀數據發送或接收完的標志，可用于查詢；如果允許中斷，可引起中斷。

查詢方式：

發送一個數據→查詢TI→發送下一個數據（先發后查）

查詢RI→讀入一個數據→查詢RI→讀入下一個數據（先查后收）

中斷方式：

發送程序：發送一個數據→等待中斷，在中斷中發送下一個數據

接受程序：等待中斷，在中斷中再接受一個數據

注意：兩種方式中，都要軟件請TI、RI標志位，即用程序語句清0

4、約定標志字符

為了收發雙方的協調，除了兩邊的波特率要保持一致，也可以約定標志字符作為發送數據的起始，先發送標志字符，待對方收到并回應之后，再正式發數據。

當我們采用多機通信時，標志字符就相當于是各個分機的地址

五、查詢方式和中斷方式詳細流程

1、查詢方式

2、中斷方式

六、例程

#include "reg52.h"

typedef unsigned int u16;   

typedef unsigned char u8;

void UsartInit()

{

SCON=0X50; //  0101 0000  設置為工作方式1  

TMOD=0X20; //  0010 0000  設置計數器工作方式2

PCON=0X80; //  1000 0000波特率加倍

TH1=0XF3; //計數器初始值設置，波特率9600

TL1=0XF3;

ES=1; //打開接收中斷

EA=1; //打開總中斷

TR1=1; //打開計數器

}

void main()

{

UsartInit();  //串口初始化

while(1);

}

void Usart() interrupt 4  //串行口中斷

{

u8 receiveData;

receiveData=SBUF;//出去接收到的數據

RI = 0;//清除接收中斷標志位 軟件清零

SBUF=receiveData;//將接收到的數據放入到發送寄存器

while(!TI); //等待發送數據完成

TI=0; //清除發送完成標志位

}