11.4 單片機(jī) IO 口模擬 UART 串口通信

為了讓大家充分理解 UART 串口通信的原理，我們先把 P3.0 和 P3.1 當(dāng)做 IO 口來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)際串口通信的過(guò)程，原理搞懂后，我們?cè)偈褂眉拇嫫髋渲脤?shí)現(xiàn)串口通信過(guò)程。

對(duì)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 口模擬 UART 串行通信程序是一個(gè)簡(jiǎn)單的演示程序，我們使用串口調(diào)試助手下發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加1后，再自動(dòng)返回。

串口調(diào)試助手，這里我們直接使用 STC-ISP 軟件自帶的串口調(diào)試助手，先把串口調(diào)試助手的使用給大家說(shuō)一下，如圖11-6所示。第一步要選擇串口助手菜單，第二步選擇十六進(jìn)制顯示，第三步選擇十六進(jìn)制發(fā)送，第四步選擇 COM 口，這個(gè) COM 口要和自己電腦設(shè)備管理器里的那個(gè) COM 口一致，波特率按我們程序設(shè)定好的選擇，我們程序中讓一個(gè)數(shù)據(jù)位持續(xù)時(shí)間是1/9600秒，那這個(gè)地方選擇波特率就是選9600，校驗(yàn)位選 N，數(shù)據(jù)位8，停止位1。

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圖11-6 串口調(diào)試助手示意圖

串口調(diào)試助手的實(shí)質(zhì)就是利用電腦上的 UART 通信接口，發(fā)送數(shù)據(jù)給我們的單片機(jī)，也可以把我們的單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)接收到這個(gè)調(diào)試助手界面上。

因?yàn)槌醮谓佑|通信方面的技術(shù)，所以我把后面的 IO 模擬串口通信程序進(jìn)行一下解釋?zhuān)蠹铱梢赃吙次业慕忉屵吙闯绦颍训讓釉硐葟氐着?/p>

變量定義部分就不用說(shuō)了，直接看 main 主函數(shù)。首先是對(duì)通信的波特率的設(shè)定，在這里我們配置的波特率是9600，那么串口調(diào)試助手也得是9600。配置波特率的時(shí)候，我們用的是定時(shí)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 在進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng) TL0 溢出后，不僅僅會(huì)讓 TF0 變1，而且還會(huì)將 TH0 中的內(nèi)容重新自動(dòng)裝到 TL0 中。這樣有一個(gè)好處，就是我們可以把想要的定時(shí)器初值提前存在 TH0 中，當(dāng) TL0 溢出后，TH0 自動(dòng)把初值就重新送入 TL0 了，全自動(dòng)的，不需要程序中再給 TL0 重新賦值了，配置方式很簡(jiǎn)單，大家可以自己看下程序并且計(jì)算一下初值。

波特率設(shè)置好以后，打開(kāi)中斷，然后等待接收串口調(diào)試助手下發(fā)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先要進(jìn)行低電平檢測(cè) while (PIN_RXD)，若沒(méi)有低電平則說(shuō)明沒(méi)有數(shù)據(jù)，一旦檢測(cè)到低電平，就進(jìn)入啟動(dòng)接收函數(shù) StartRXD()。接收函數(shù)最開(kāi)始啟動(dòng)半個(gè)波特率周期，初學(xué)可能這里不是很明白。大家回頭看一下我們的圖11-2里邊的串口數(shù)據(jù)示意圖，如果在數(shù)據(jù)位電平變化的時(shí)候去讀取，因?yàn)闀r(shí)序上的誤差以及信號(hào)穩(wěn)定性的問(wèn)題很容易讀錯(cuò)數(shù)據(jù)，所以我們希望在信號(hào)最穩(wěn)定的時(shí)候去讀數(shù)據(jù)。除了信號(hào)變化的那個(gè)沿的位置外，其它位置都很穩(wěn)定，那么我們現(xiàn)在就約定在信號(hào)中間位置去讀取電平狀態(tài)，這樣能夠保證我們讀的一定是正確的。

一旦讀到了起始信號(hào)，我們就把當(dāng)前狀態(tài)設(shè)定成接收狀態(tài)，并且打開(kāi)定時(shí)器中斷，第一次是半個(gè)周期進(jìn)入中斷后，對(duì)起始位進(jìn)行二次判斷一下，確認(rèn)一下起始位是低電平，而不是一個(gè)干擾信號(hào)。以后每經(jīng)過(guò)1/9600秒進(jìn)入一次中斷，并且把這個(gè)引腳的狀態(tài)讀到 RxdBuf 里邊。等待接收完畢之后，我們?cè)侔堰@個(gè) RxdBuf 加1，再通過(guò) TXD 引腳發(fā)送出去，同樣需要先發(fā)一位起始位，然后發(fā)8個(gè)數(shù)據(jù)位，再發(fā)結(jié)束位，發(fā)送完畢后，程序運(yùn)行到 while (PIN_RXD)，等待第二輪信號(hào)接收的開(kāi)始。

#include <reg52.h>
sbit PIN_RXD = P3^0; //接收引腳定義
sbit PIN_TXD = P3^1; //發(fā)送引腳定義
bit RxdOrTxd = 0; //指示當(dāng)前狀態(tài)為接收還是發(fā)送
bit RxdEnd = 0; //接收結(jié)束標(biāo)志
bit TxdEnd = 0; //發(fā)送結(jié)束標(biāo)志
unsigned char RxdBuf = 0; //接收緩沖器
unsigned char TxdBuf = 0; //發(fā)送緩沖器
void ConfigUART(unsigned int baud);
void StartTXD(unsigned char dat);
void StartRXD();

void main(){
    EA = 1; //開(kāi)總中斷
    ConfigUART(9600);
    while (1){ //配置波特率為9600
        while (PIN_RXD); //等待接收引腳出現(xiàn)低電平，即起始位
        StartRXD(); //啟動(dòng)接收
        while (!RxdEnd); //等待接收完成
        StartTXD(RxdBuf+1); //接收到的數(shù)據(jù)+1后，發(fā)送回去
        while (!TxdEnd); //等待發(fā)送完成
    }
}
/* 串口配置函數(shù)，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 為模式2
    TH0 = 256 - (11059200/12)/baud; //計(jì)算 T0 重載值
}
/* 啟動(dòng)串行接收 */
void StartRXD(){
    TL0 = 256 - ((256-TH0)>>1); //接收啟動(dòng)時(shí)的 T0 定時(shí)為半個(gè)波特率周期
    ET0 = 1; //使能 T0 中斷
    TR0 = 1; //啟動(dòng) T0
    RxdEnd = 0; //清零接收結(jié)束標(biāo)志
    RxdOrTxd = 0; //設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)為接收
}
/* 啟動(dòng)串行發(fā)送，dat-待發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù) */
void StartTXD(unsigned char dat){
    TxdBuf = dat; //待發(fā)送數(shù)據(jù)保存到發(fā)送緩沖器
    TL0 = TH0; //T0 計(jì)數(shù)初值為重載值
    ET0 = 1; //使能 T0 中斷
    TR0 = 1; //啟動(dòng) T0
    PIN_TXD = 0; //發(fā)送起始位
    TxdEnd = 0; //清零發(fā)送結(jié)束標(biāo)志
    RxdOrTxd = 1; //設(shè)置當(dāng)前狀態(tài)為發(fā)送
}
/* T0 中斷服務(wù)函數(shù)，處理串行發(fā)送和接收 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
    static unsigned char cnt = 0; //位接收或發(fā)送計(jì)數(shù)
    if (RxdOrTxd){ //串行發(fā)送處理
        cnt++;
        if (cnt <= 8){ //低位在先依次發(fā)送 8bit 數(shù)據(jù)位
            PIN_TXD = TxdBuf & 0x01;
            TxdBuf >>= 1;
        }else if (cnt == 9){ //發(fā)送停止位
            PIN_TXD = 1;
        }else{ //發(fā)送結(jié)束
            cnt = 0; //復(fù)位 bit 計(jì)數(shù)器
            TR0 = 0; //關(guān)閉 T0
            TxdEnd = 1; //置發(fā)送結(jié)束標(biāo)志
        }
    }else{ //串行接收處理
        if (cnt == 0){ //處理起始位
            if (!PIN_RXD){ //起始位為0時(shí)，清零接收緩沖器，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位
                RxdBuf = 0;
                cnt++;
            }
        }else{ //起始位不為0時(shí)，中止接收
            TR0 = 0; //關(guān)閉 T0
        }else if (cnt <= 8){ //處理8位數(shù)據(jù)位
            RxdBuf >>= 1; //低位在先，所以將之前接收的位向右移
            //接收腳為1時(shí)，緩沖器最高位置1，
            //而為0時(shí)不處理即仍保持移位后的0
            if (PIN_RXD){
                RxdBuf |= 0x80;
            }
            cnt++;
        }else{ //停止位處理
            cnt = 0; //復(fù)位 bit 計(jì)數(shù)器
            TR0 = 0; //關(guān)閉 T0
            if (PIN_RXD){ //停止位為1時(shí)，方能認(rèn)為數(shù)據(jù)有效
                RxdEnd = 1; //置接收結(jié)束標(biāo)志
            }
        }
    }
}