为了让大家充分理解 UART 串口通信的原理,我们先把 P3.0 和 P3.1 当做 IO 口来进行模拟实际串口通信的过程,原理搞懂后,我们再使用寄存器配置实现串口通信过程。
 
对于 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 口模拟 UART 串行通信程序是一个简单的演示程序,我们使用串口调试助手下发一个数据,数据加 1 后,再自动返回。
 
串口调试助手,这里我们直接使用 STC-ISP 软件自带的串口调试助手,先把串口调试助手的使用给大家说一下,如图 所示。第一步要选择串口助手菜单,第二步选择十六进制显示,第三步选择十六进制发送,第四步选择 COM 口,这个 COM 口要和自己电脑设备管理器里的那个 COM 口一致,波特率按我们程序设定好的选择,我们程序中让一个数据位持续时间是 1/9600 秒,那这个地方选择波特率就是选 9600,校验位选 N,数据位 8,停止位 1。
 
图  串口调试助手示意图
 
串口调试助手的实质就是利用电脑上的 UART 通信接口,发送数据给我们的单片机,也可以把我们的单片机发送的数据接收到这个调试助手界面上。
 
因为初次接触通信方面的技术,所以我把后面的 IO 模拟串口通信程序进行一下解释,大家可以边看我的解释边看程序,把底层原理先彻底弄懂。
 
变量定义部分就不用说了,直接看 main 主函数。首先是对通信的波特率的设定,在这里我们配置的波特率是 9600,那么串口调试助手也得是 9600。配置波特率的时候,我们用的是定时器 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 在进行计数,当 TL0 溢出后,不仅仅会让 TF0 变 1,而且还会将 TH0 中的内容重新自动装到 TL0 中。这样有一个好处,就是我们可以把想要的定时器初值提前存在 TH0 中,当 TL0 溢出后,TH0 自动把初值就重新送入 TL0 了,全自动的,不需要程序中再给 TL0 重新赋值了,配置方式很简单,大家可以自己看下程序并且计算一下初值。
 
波特率设置好以后,打开中断,然后等待接收串口调试助手下发的数据。接收数据的时候,首先要进行低电平检测 while (PIN_RXD),若没有低电平则说明没有数据,一旦检测到低电平,就进入启动接收函数 StartRXD()。接收函数最开始启动半个波特率周期,初学可能这里不是很明白。大家回头看一下我们的图 11-2 里边的串口数据示意图,如果在数据位电平变化的时候去读取,因为时序上的误差以及信号稳定性的问题很容易读错数据,所以我们希望在信号最稳定的时候去读数据。除了信号变化的那个沿的位置外,其它位置都很稳定,那么我们现在就约定在信号中间位置去读取电平状态,这样能够保证我们读的一定是正确的。
 
一旦读到了起始信号,我们就把当前状态设定成接收状态,并且打开定时器中断,第一次是半个周期进入中断后,对起始位进行二次判断一下,确认一下起始位是低电平,而不是一个干扰信号。以后每经过 1/9600 秒进入一次中断,并且把这个引脚的状态读到 RxdBuf 里边。等待接收完毕之后,我们再把这个 RxdBuf 加 1,再通过 TXD 引脚发送出去,同样需要先发一位起始位,然后发 8 个数据位,再发结束位,发送完毕后,程序运行到 while (PIN_RXD),等待第二轮信号接收的开始。
 
#include
 
sbit PIN_RXD = P3^0; // 接收引脚定义
 
sbit PIN_TXD = P3^1; // 发送引脚定义
 
bit RxdOrTxd = 0; // 指示当前状态为接收还是发送
 
bit RxdEnd = 0; // 接收结束标志
 
bit TxdEnd = 0; // 发送结束标志
 
unsigned char RxdBuf = 0; // 接收缓冲器
 
unsigned char TxdBuf = 0; // 发送缓冲器
 
void ConfigUART(unsigned int baud);
 
void StartTXD(unsigned char dat);
 
void StartRXD();
 
void main(){
 
EA = 1; // 开总中断
 
ConfigUART(9600);
 
while (1){ // 配置波特率为 9600
 
while (PIN_RXD); // 等待接收引脚出现低电平,即起始位
 
StartRXD(); // 启动接收
 
while (!RxdEnd); // 等待接收完成
 
StartTXD(RxdBuf+1); // 接收到的数据+1 后,发送回去
 
while (!TxdEnd); // 等待发送完成
 
}
 
}
 
/* 串口配置函数,baud- 通信波特率 */
 
void ConfigUART(unsigned int baud){
 
TMOD &= 0xF0; // 清零 T0 的控制位
 
TMOD |= 0x02; // 配置 T0 为模式 2
 
TH0 = 256 - (11059200/12)/baud; // 计算 T0 重载值
 
}
 
/* 启动串行接收 */
 
void StartRXD(){
 
TL0 = 256 - ((256-TH0)>>1); // 接收启动时的 T0 定时为半个波特率周期
 
ET0 = 1; // 使能 T0 中断
 
TR0 = 1; // 启动 T0
 
RxdEnd = 0; // 清零接收结束标志
 
RxdOrTxd = 0; // 设置当前状态为接收
 
}
 
/* 启动串行发送,dat- 待发送字节数据 */
 
void StartTXD(unsigned char dat){
 
TxdBuf = dat; // 待发送数据保存到发送缓冲器
 
TL0 = TH0; //T0 计数初值为重载值
 
ET0 = 1; // 使能 T0 中断
 
TR0 = 1; // 启动 T0
 
PIN_TXD = 0; // 发送起始位
 
TxdEnd = 0; // 清零发送结束标志
 
RxdOrTxd = 1; // 设置当前状态为发送
 
}
 
/* T0 中断服务函数,处理串行发送和接收 */
 
void InterruptTimer0() interrupt 1{
 
static unsigned char cnt = 0; // 位接收或发送计数
 
if (RxdOrTxd){ // 串行发送处理
 
cnt++;
 
if (cnt <= 8){ // 低位在先依次发送 8bit 数据位
 
PIN_TXD = TxdBuf & 0x01;
 
TxdBuf >>= 1;
 
}else if (cnt == 9){ // 发送停止位
 
PIN_TXD = 1;
 
}else{ // 发送结束
 
cnt = 0; // 复位 bit 计数器
 
TR0 = 0; // 关闭 T0
 
TxdEnd = 1; // 置发送结束标志
 
}
 
}else{ // 串行接收处理
 
if (cnt == 0){ // 处理起始位
 
if (!PIN_RXD){ // 起始位为 0 时,清零接收缓冲器,准备接收数据位
 
RxdBuf = 0;
 
cnt++;
 
}
 
}else{ // 起始位不为 0 时,中止接收
 
TR0 = 0; // 关闭 T0
 
}else if (cnt <= 8){ // 处理 8 位数据位
 
RxdBuf >>= 1; // 低位在先,所以将之前接收的位向右移
 
// 接收脚为 1 时,缓冲器最高位置 1,
 
// 而为 0 时不处理即仍保持移位后的 0
 
if (PIN_RXD){
 
RxdBuf |= 0x80;
 
}
 
cnt++;
 
}else{ // 停止位处理
 
cnt = 0; // 复位 bit 计数器
 
TR0 = 0; // 关闭 T0
 
if (PIN_RXD){ // 停止位为 1 时,方能认为数据有效
 
RxdEnd = 1; // 置接收结束标志
 
}
 
}
 
}
 
}