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 口來進(jìn)行模擬實際串口通信的過程，原理搞懂后，我們再使用寄存器配置實現(xiàn)串口通信過程。
對于 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簡單的演示程序，我們使用串口調(diào)試助手下發(fā)一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加 1 后，再自動返回。
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一下，如圖 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 COM 口要和自己電腦設(shè)備管理器里的那個 COM 口一致，波特率按我們程序設(shè)定好的選擇，我們程序中讓一個數(shù)據(jù)位持續(xù)時間是 1/9600 秒，那這個地方選擇波特率就是選 9600，校驗位選 N，數(shù)據(jù)位 8，停止位 1。
圖 串口調(diào)試助手示意圖
串口調(diào)試助手的實質(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)接收到這個調(diào)試助手界面上。
因為初次接觸通信方面的技術(shù)，所以我把后面的 IO 模擬串口通信程序進(jìn)行一下解釋，大家可以邊看我的解釋邊看程序，把底層原理先徹底弄懂。
變量定義部分就不用說了，直接看 main 主函數(shù)。首先是對通信的波特率的設(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。配置波特率的時候，我們用的是定時器 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)行計數(shù)，當(dāng) TL0 溢出后，不僅僅會讓 TF0 變 1，而且還會將 TH0 中的內(nèi)容重新自動裝到 TL0 中。這樣有一個好處，就是我們可以把想要的定時器初值提前存在 TH0 中，當(dāng) TL0溢出后，TH0 自動把初值就重新送入 TL0 了，全自動的，不需要程序中再給 TL0 重新賦值了，配置方式很簡單，大家可以自己看下程序并且計算一下初值。
波特率設(shè)置好以后，打開中斷，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)的時候，首先要進(jìn)行低電平檢測 while (PIN_RXD)，若沒有低電平則說明沒有數(shù)據(jù)，一旦檢測到低電平，就進(jìn)入啟動接收函數(shù) StartRXD()。接收函數(shù)最開始啟動半個波特率周期，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)位電平變化的時候去讀取，因為時序上的誤差以及信號穩(wěn)定性的問題很容易讀錯數(shù)據(jù)，所以我們希望在信號最穩(wěn)定的時候去讀數(shù)據(jù)。除了信號變化的那個沿的位置外，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，我們就把當(dāng)前狀態(tài)設(shè)定成接收狀態(tài)，并且打開定時器中斷，第一次是半個周期進(jìn)入中斷后，對起始位進(jìn)行二次判斷一下，確認(rèn)一下起始位是低電平，而不是一個干擾信號。以后每經(jīng)過 1/9600 秒進(jìn)入一次中斷，并且把這個引腳的狀態(tài)讀到 RxdBuf 里邊。等待接收完畢之后，我們再把這個 RxdBuf 加 1，再通過 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 個數(shù)據(jù)位，再發(fā)結(jié)束位，發(fā)送完畢后，程序運行到 while (PIN_RXD)，等待第二輪信號接收的開始。
#include
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; //計算 T0 重載值
}
/* 啟動串行接收 */
void StartRXD(){
TL0 = 256 - ((256-TH0)>>1); //接收啟動時的 T0 定時為半個波特率周期
ET0 = 1; //使能 T0 中斷
TR0 = 1; //啟動 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 計數(shù)初值為重載值
ET0 = 1; //使能 T0 中斷
TR0 = 1; //啟動 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，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，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，緩沖器最高位置 1，
//而為 0 時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 計數(shù)器
TR0 = 0; //關(guān)閉 T0
if (PIN_RXD){ //停止位為 1 時，方能認(rèn)為數(shù)據(jù)有效
RxdEnd = 1; //置接收結(jié)束標(biāo)志
}
}
}
}
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