微控制器學習（七）串列埠

CodeReaper發表於2021-08-21
串列埠

目錄

參考資料：https://www.bilibili.com/video/BV1Mb411e7re?p=19

一、串列埠相關資訊

1. 串列埠簡介

串列埠是一種應用十分廣泛的通訊介面，串列埠成本低、容易使用、通訊線路簡單，可實現兩個裝置的互相通訊。

微控制器的串列埠可以使微控制器與微控制器、微控制器與電腦、微控制器與各式各樣的模組互相通訊，極大的擴充套件了微控制器的應用範圍，增強了微控制器系統的硬體實力。

51微控制器內部自帶UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用非同步收發器)，可實現微控制器的串列埠通訊。

2. 串列埠線路的連線

  • 簡單雙向串列埠通訊有兩根通訊線(傳送端TXD和接收端RXD)
  • TXD與RXD要交叉連線
  • 當只需單向的資料傳輸時，可以直接一根通訊線
  • 當電平標準不一致時，需要加電平轉換晶片

示意圖：

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3. 串列埠電平標準

電平標準是資料1和資料0的表達方式，是傳輸線纜中人為規定的電壓與資料的對應關係，串列埠常用的電平標準有如下三種:

  • TTL電平: +5V表示1，0V表示0 （微控制器使用的是這個）
  • RS232電平: -3--15V表示1，+3~+15V表示0
  • RS485電平:兩線壓差+2+6V表示1，-2-6V表示0 (差分訊號)

4. 常見通訊介面比較

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相關術語：

  • 全雙工：通訊雙方可以在同一時刻互相傳輸資料
  • 半雙工：通訊雙方可以互相傳輸資料，但必須分時複用一根資料線
  • 單工：通訊只能有一方傳送到另一方，不能反向傳輸
  • 非同步：通訊雙方各自約定通訊速率
  • 同步：通訊雙方靠一根時鐘線來約定通訊速率
  • 匯流排：連線各個裝置的資料傳輸線路(類似於一條馬路，把路邊各住戶連線起來，使住戶可以相互交流)

二、51微控制器的UART

1. STC89C52的UART資源

STC89C52有1個UART
STC89C52的UART有四種工作模式：

  • 模式0 :同步移位暫存器
  • 模式1 : 8位UART，波特率可變(常用)
  • 模式2 : 9位UART，波特率固定
  • 模式3 : 9位UART，波特率可變

2. 串列埠引數

波特率：串列埠通訊的速率(傳送和接收各資料位的間隔時間)
檢驗位：用於資料驗證
停止位：用於資料幀間隔

示意圖如下：

image-20210820155624570

3. 串列埠模式圖

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4. 中斷通路的配置

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從大的方向來說就是當微控制器使用串列埠來傳送資料或接受資料，都會先把資料寫入到快取SBUF中，然後會提出中斷申請，然後再經過中斷通路執行對應的中斷程式。

5. 串列埠相關暫存器

微控制器學習（七）串列埠

三、相關暫存器的配置

SCON暫存器

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1. SM0，SM1

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我們主要通過配置這兩位來設定UART的工作模式，如上所說，串列埠有4種工作模式，而我們常用的為第二種，故需要設定SM0=0，SM1=1。

2. REN

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3. TI和RI

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簡單地說就是當微控制器使用串列埠傳送或接收資料後，TI或RI位就會置一，告訴我們資料已被髮送或接收了，然後我們需要在程式碼層對其重新置零。

程式碼配置

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
0 1 0 1 0 0 0 0

所以配置的程式碼為：

SCON = 0x50; // 0101 0000

PCON暫存器

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由於我們不需要檢測幀錯誤，故我們這裡只需要配置SMOD，我們不需要波特率加倍，故這裡置零，所以總的配置為：

PCON = 0x7F;

至於為什麼其他的位全部為1我也不太清楚，我是根據STC-ISP軟體生成的程式碼配置的

使用STC-ISP軟體自動生成配置程式碼

其實後面還有幾項重要的配置，可是b站視訊中的老師講的很不清楚，直接就使用軟體生成程式碼了，我也只能照做了。。。

開啟STC-ISP軟體並開啟到【波特率計算器】的tab：

image-20210820170428993

然後按照上圖這樣配置需要的引數，然後我們就獲得了串列埠配置的所有程式碼。

然後我們即可將這段程式碼複製到專案中，注意還需要將與AUXR相關的兩個語句刪除掉，上一部分已經說明過我們當前版本的微控制器是不需要配置這個的。

總的程式碼如下：

void UartInit(void) // 4800bps@11.0592MHz
{
    PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
    SCON = 0x50;  // 8位資料,可變波特率
    TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位
    TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重灌方式
    TL1 = 0xFA;   //設定定時初值
    TH1 = 0xFA;   //設定定時器重灌值
    ET1 = 0;      //禁止定時器1中斷
    TR1 = 1;      //啟動定時器1
}

四、通過程式碼使用串列埠

1. 通過串列埠傳送資料

編寫函式：

void UartSendByte(unsigned char Data) {
    SBUF = Data;
    while (TI == 0);
    TI = 0;
}

即我們將一個位元組的資料寫入到SBUF暫存器中，然後微控制器即會自動將這個位元組的資料傳送出去，傳送後TI位會被置一。此時代表資訊傳送完成，我們需要手動將TI位置零。

然後我們可以編寫一個每隔一段時間傳送一個遞增的數字的程式：

unsigned char dataToSend = 0;

int main() {
    UartInit();
    while (1) {
        UartSendByte(dataToSend);
        dataToSend++;
        defaultDeley();
    }
}

tips：

接收資料可以使用STC-ISP軟體自帶的串列埠助手：

image-20210820171213135

此時我們需要注意將波特率設定為和我們前面配置的一致，這樣我們才能確保接收到正確的資料。

執行結果：

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2. 通過串列埠接收資料

我們使用串列埠接收資料並進行處理需要藉助中斷系統，當微控制器使用串列埠傳送或接收資料時都會發出中斷請求，此時我們需要先配置中斷通路（二. 4），即：

ES = 1;
EA = 1;

在Uart_Init()函式中新增這兩句即可。

總的配置語句為：

void Uart_Init(void) // 4800bps@11.0592MHz
{
    PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
    SCON = 0x50;  // 8位資料,可變波特率
    TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位
    TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重灌方式
    TL1 = 0xFA;   //設定定時初值
    TH1 = 0xFA;   //設定定時器重灌值
    ET1 = 0;      //禁止定時器1中斷
    TR1 = 1;      //啟動定時器1
	// 配置中斷通路
    ES = 1;
    EA = 1;
}

然後我們在檢視串列埠中斷訊號對應的中斷號：

微控制器學習（七）串列埠

由圖可知對應的中斷號為4，因此我們可以像定時器那樣編寫中斷程式（函式）：

void UART_Routine() interrupt 4 {
    ...
}

因為接受資料和傳送資料都會觸發中斷程式，我們這裡只使用中斷程式來接受資料，故我們可以先使用一個if語句進行過濾：

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

當RI == 1，即遇到接受資訊而觸發的中斷時，我們將接受到的資訊進行處理，我們可以用接收到的位元組資料來控制LED燈的亮滅，則我們可以如下編寫：

void UART_Routine() interrupt 4 {
    if(RI == 1) {
        // 將接收到的資料取反後賦值到P2，則bit為1時亮燈
        P2 = ~SBUF;
        // 然後將接收到的資料傳送出去
        Uart_SendByte(SBUF);
        // RI需要手動置零
        RI = 0;
    }
}

不要忘記RI位需要手動置零

主函式：

int main() {
    Uart_Init();
    while (1) {}
}

然後我們即可使用【串列埠助手】傳送資訊到微控制器上了。

fv4R0I.gif

五、將串列埠相關功能封裝成模組

// Uart.c
#include "Uart.h"
#include<Atmel/REGX52.H>

void Uart_Init(void) // 4800bps@11.0592MHz
{
    PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
    SCON = 0x50;  // 8位資料,可變波特率
    TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位
    TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重灌方式
    TL1 = 0xFA;   //設定定時初值
    TH1 = 0xFA;   //設定定時器重灌值
    ET1 = 0;      //禁止定時器1中斷
    TR1 = 1;      //啟動定時器1

    ES = 1;
    EA = 1;
}

void Uart_SendByte(unsigned char Data) {
    SBUF = Data;
    while (TI == 0);
    TI = 0;
}

/*
接收串列埠資料中斷函式模板
void UART_Routine() interrupt 4 {
    if(RI == 1) {
        
        RI = 0;
    }
}
*/

標頭檔案寫上函式宣告即可。

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