51单片机嵌入式开发：13、STC89C52RC 之 RS232与电脑通讯

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第十三节课，RS232与电脑通讯

1 概述

RS232（Recommended Standard 232）是一种常用的串行通信接口标准，用于在计算机和外部设备之间传输数据。RS232是由电子工业协会（Electronic Industries Association）制定的，最初是为了连接计算机和调制解调器之间进行数据通信而设计的。以下是关于RS232的一些基本介绍：
（1） 物理接口：RS232使用传统的串行通信方式，使用一对差分信号线进行数据传输。常见的RS232物理接口是使用DB-9或DB-25连接器，其中DB-9连接器具有9个引脚，而DB-25连接器具有25个引脚。
（2） TTL信号：RS232使用两个信号线（通常称为TX和RX）来传输数据。这些信号线与地之间的电压差表示二进制数据的逻辑状态。通常，高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0。RS232底层一般是由UART电路转化而来,如图所示。

（3） 通信速率：RS232支持多种通信速率（波特率），典型的速率包括2400、4800、9600、19200、38400、57600和115200等。通信双方必须在相同的波特率下进行通信才能正常传输数据。
（4） 数据格式：RS232通信使用异步串行传输方式，其中数据被分为连续的字节进行传输。每个字节包含起始位、数据位、可选的奇偶校验位和停止位。数据位的常见大小为8位。
（5） 控制信号：除了数据传输信号外，RS232还定义了一些控制信号，用于控制通信过程。其中包括RTS（请求发送）、CTS（发送就绪）、DTR（数据终端就绪）和DSR（数据设备就绪）等信号。
（6） 通信距离和线缆：由于RS232信号受到信号损耗和干扰的影响，其通信距离较短，通常不超过50英尺（15米）。常见的RS232线缆是使用三线链接，其中包括发送线、接收线和地线。
（7） 应用领域：RS232广泛应用于计算机和外部设备之间的串行通信，例如连接调制解调器、打印机、终端、传感器、工业设备和其他串口设备等。
需要注意的是，随着技术的发展，RS232逐渐被更快速、更先进的通信接口（如USB、Ethernet等）所取代，但在某些特定的应用场景中仍然广泛使用。

2 Uart介绍

2.1 概述

UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）是一种常见的串行通信接口，用于在计算机系统或微控制器与外部设备之间进行数据传输。UART是一个硬件模块，用于将并行数据转换为串行数据以进行传输，并将接收到的串行数据转换为并行数据。
以下是关于UART的一些基本信息：
（1） 功能：UART负责将并行数据转换为串行数据并发送，同时接收串行数据并将其转换为并行数据。它提供了一种异步通信的方式，其中数据被分为连续的字节进行传输。
（2） 数据传输：UART使用两个信号线进行数据传输：一个用于发送数据（TX，传输线路），另一个用于接收数据（RX，接收线路）。发送方将并行数据转换为连续的位流，并通过发送线路将其发送给接收方。接收方通过接收线路接收位流，并将其重新转换为并行数据。
（3） 波特率：UART通信使用波特率来定义数据传输的速率。波特率是指每秒传输的位数。通信双方必须在相同的波特率下进行通信才能正确传输和接收数据。
（4） 数据格式：UART通信中的数据帧通常由起始位、数据位、可选的奇偶校验位和停止位组成。起始位用于指示数据传输的开始，停止位用于指示数据传输的结束。数据位的大小一般为5、6、7或8位。
（5） 逻辑电平：UART通信使用逻辑电平来表示数据的逻辑状态。通常，高电平表示逻辑1，低电平表示逻辑0。逻辑电平的具体电压取决于特定的电平标准，如TTL（Transistor-Transistor Logic）或CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）。
（6） 缓冲区：UART通信中，发送方和接收方通常都具有缓冲区用于临时存储数据。发送方将数据写入发送缓冲区，而接收方从接收缓冲区读取接收到的数据。
（7） 应用领域：UART广泛应用于各种设备和系统中，包括嵌入式系统、传感器、通信模块、无线模块、显示器、调制解调器、打印机和许多其他外部设备。
需要注意的是，UART是一种硬件接口，与特定的通信协议无关。在实际应用中，UART通常与其他协议（如RS232、RS485等）结合使用，以实现特定的数据传输要求。

2.2 STC89C52UART介绍

STC89C52中的串行I/O端口与80C52中的串口兼容。它提供同步和异步通信模式。它作为通用异步收发器（UART）在三种全双工模式（模式1、2和3）下运行。异步传输和接收可以同时发生，并且具有不同的波特率串行I/O端口包括以下增强功能：
•帧错误检测
•自动地址识别
（1） UART模块：STC89C52芯片内部集成了一个UART模块，该模块提供了与外部设备进行串口通信的功能。
（2） 引脚：串口通信需要使用芯片上的特定引脚与外部设备连接。在STC89C52中，串口通信使用P3.0（RXD）和P3.1（TXD）引脚。其中，RXD引脚用于接收数据，TXD引脚用于发送数据。

（3） 波特率设置：UART通信的一个重要参数是波特率，它定义了数据传输的速率。在STC89C52中，可以通过设置相关的寄存器来配置波特率。常见的波特率设置可以是9600、19200、38400、57600等。
（4） 数据格式：UART通信涉及的数据格式包括数据位、奇偶校验和停止位等。在STC89C52中，可以通过设置寄存器来配置数据位数、奇偶校验和停止位数。常见的数据格式是8位数据位、无奇偶校验和1个停止位。
（5） 缓冲区：STC89C52的UART模块具有发送和接收缓冲区，用于临时存储数据。发送数据时，将数据写入发送缓冲区，然后UART模块将数据从缓冲区发送到TXD引脚。接收数据时，UART模块从RXD引脚接收数据，并将数据存储在接收缓冲区中，供单片机读取。
（6） 中断：STC89C52的UART模块支持中断机制，可以通过配置相关的中断寄存器来启用接收和发送中断。使用中断可以提高串口通信的效率和可靠性。
（7） 编程：使用STC89C52的串口通信功能，需要在单片机程序中配置相关的寄存器和处理接收和发送的数据。具体的编程方式和操作方法可以参考STC89C52的数据手册和开发工具的相关文档。

2.3 STC89C52 UART寄存器介绍

UART寄存器用于配置和控制UART通信的参数和操作。以下是STC89C52中与UART相关的一些常用寄存器：
（1） SCON（Synchronous Control Register）：用于配置UART的工作模式和控制UART的操作。其中的位字段包括：
SM0和SM1：UART工作模式选择位，用于设置UART的工作模式（如波特率、数据位数、校验位等）。
REN：接收使能位，用于启用或禁用UART的接收功能。
TI：发送中断标志位，用于指示上一次发送是否完成。
RI：接收中断标志位，用于指示接收到数据。
（2） TMOD（Timer/Counter Mode Register）：用于配置定时器/计数器的工作模式。其中的位字段包括：
T1M1和T1M0：定时器1工作模式选择位。
T0M1和T0M0：定时器0工作模式选择位。
TH1和TL1（Timer1 High Byte 和 Timer1 Low Byte）：用于配置定时器1的初值，从而设置UART的波特率。
（3） PCON（Power Control Register）：用于配置和控制电源管理功能。其中的位字段包括：
SMOD：串口模式选择位，用于控制UART的波特率加倍。
其他位字段用于配置和控制其他电源管理功能。
（4） SBUF（Serial Buffer Register）：用于存储UART接收和发送的数据。
这些寄存器提供了对UART通信的配置和控制，您可以根据具体的需求和应用，对这些寄存器进行适当的设置和操作。

2.4 STC89C52 UART操作

（1）简单的接收发送程序

/******************************************************************/
void sys_uart_init(void)
{SCON  = 0x50;		        /* SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收         */TMOD |= 0x20;               /* TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload        */TH1   = 0xFD;               /* TH1:  reload value for 9600 baud @ 11.0592MHz   */TR1   = 1;                  /* TR1:  timer 1 run                          */EA    = 1;                  /*打开总中断*/ES    = 1;                  /*打开串口中断*/}/******************************************************************/
/*                  串口中断程序                                  */
/******************************************************************/static unsigned char Temp = 0;          //定义临时变量 void UART_isr(void) interrupt 4 //串行中断服务程序
{if(RI)                        //判断是接收中断产生{RI=0;                      //标志位清零Temp=SBUF;                 //读入缓冲区的值P1=Temp;                   //把值输出到P1口，用于观察SBUF=Temp;                 //把接收到的值再发回电脑端}if(TI)                        //如果是发送标志位，清零{TI=0;}
}

（2）带有一定校验判断功能的用法

/******************************************************************/
/*                  串口中断程序                                  */
/******************************************************************/static unsigned char uart_temp = 0;          //定义临时变量 
static unsigned char uart_cnt = 0;          //定义临时变量 void UART_isr(void) interrupt 4 //串行中断服务程序
{if(RI)                        //判断是接收中断产生{RI=0;                      //标志位清零uart_temp=SBUF;                 //读入缓冲区的值if(uart_cnt==0){if(0x02 == uart_temp){uart_cnt = 1;}else{uart_cnt = 0;}}else if(uart_cnt==1){if(0x05 == uart_temp){uart_cnt = 2;}else{uart_cnt = 0;}}else if(uart_cnt==2){uart_cnt = 0;P1=uart_temp;                   //把值输出到P1口，用于观察SBUF=uart_temp;                 //把接收到的值再发回电脑端}else{uart_cnt = 0;}}if(TI)                        //如果是发送标志位，清零{TI=0;}
} 

（3）重定向使用printf
首先屏蔽uart中断，其次引用文件stdio.h文件，然后重定向putchar函数，至此，使用printf可以实现打印功能。

//c51_uart.c文件#include "includes.h"/*-----------------------------------------------名称：串口通信内容：连接好串口或者usb转串口至电脑，下载该程序，打开电源打开串口调试程序，将波特率设置为9600，无奇偶校验晶振11.0592MHz，发送和接收使用的格式相同，如都使用字符型格式，在发送框输入 hello，I Love MCU ，在接收框中同样可以看到相同字符，说明设置和通信正确
------------------------------------------------*//******************************************************************/
void sys_uart_init(void)
{SCON  = 0x50;		        /* SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收         */TMOD |= 0x20;               /* TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload        */TH1   = 0xFD;               /* TH1:  reload value for 9600 baud @ 11.0592MHz   */TR1   = 1;                  /* TR1:  timer 1 run                          */EA    = 1;                  /*打开总中断*///ES    = 1;                  /*打开串口中断*/}void Uart_SendChar(unsigned char  dat)
{SBUF = dat; while(!TI); TI = 0; 
}char putchar(char c)//重定向
{Uart_SendChar(c);return c;}/******************************************************************/
/*                  串口中断程序                                  */
/******************************************************************/static unsigned char uart_temp = 0;          //定义临时变量 
static unsigned char uart_cnt = 0;          //定义临时变量 void UART_isr(void) interrupt 4 //串行中断服务程序
{if(RI)                        //判断是接收中断产生{RI=0;                      //标志位清零uart_temp=SBUF;                 //读入缓冲区的值if(uart_cnt==0){if(0x02 == uart_temp){uart_cnt = 1;}else{uart_cnt = 0;}}else if(uart_cnt==1){if(0x05 == uart_temp){uart_cnt = 2;}else{uart_cnt = 0;}}else if(uart_cnt==2){uart_cnt = 0;P1=uart_temp;                   //把值输出到P1口，用于观察SBUF=uart_temp;                 //把接收到的值再发回电脑端}else{uart_cnt = 0;}}if(TI)                        //如果是发送标志位，清零{TI=0;}
} 

（5）整体工程代码如下

//main.c文件

#include "includes.h"/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数  //10us                         */
/******************************************************************/
void delay_us(unsigned int us)//delay us
{while(us--){}
}/******************************************************************/
/*                    微秒延时函数                                */
/******************************************************************/
void delay_ms(unsigned int Ms)//delay us
{while(Ms--){delay_us(100);}
}/*------------------------------------------------延时子程序
------------------------------------------------*/
void delay(unsigned int cnt) 
{while(--cnt);
}/*------------------------------------------------主函数
------------------------------------------------*/
void main (void)
{sys_timer_init();sys_uart_init();delay(10);delay_ms(10);sys_ledtube_on2();sys_ledtube_on1();//首先定义处于什么状态，tx1838_type = 1;printf("hello");while (1){
//		sys_keynum_ledon(9);sys_tx1838_test();}
}

//includes.h文件

#ifndef __INCLUDES_H__
#define __INCLUDES_H__//#include<reg52.h> #include<intrins.h> //汇编指令_nop_
#include<stdio.h> 	//标准输入输出//_nop_(); 产生一条NOP指令
//作用：对于延时很短的，要求在us级的，采用“_nop_”函数，这个函数相当汇编NOP指令，延时几微秒。
//NOP指令为单周期指令，可由晶振频率算出延时时间。//8051 为每个机器周期 12 时钟
//对于12M晶振，延时1uS。
//11.0592M晶振，延时1.0851uS。//对于延时比较长的，要求在大于10us，采用C51中的循环语句来实现。//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#include "STC89C5xRC_RDP.h"//应用层头文件
//#include "c51_gpio.h"
#include "c51_ledtube.h"
//#include "c51_key.h"
#include "c51_timer.h"
//#include "c51_exit.h"
//#include "c51_lcd1602.h"
//#include "c51_iic.h"
#include "c51_tx1838.h"
#include "c51_uart.h"extern void delay(unsigned int cnt);
extern void delay_us(unsigned int us);//delay us;
extern void delay_ms(unsigned int Ms);//delay Ms;#endif

//c51_tx1838.h文件

#ifndef __C51_TX1838_H__
#define __C51_TX1838_H__#define  NEC 	P32 //红外线接收头  extern unsigned char tx1838_cnt;
extern unsigned char tx1838_type;
extern unsigned char tx1838_data[4];extern void sys_tx1838_test(void);#endif

//c51_timer.c文件

#include "includes.h"void sys_timer_init(void)
{sys_timer0_init();sys_timer1_init();sys_timer2_init();sys_wdog_init();clr_wdg();
}/*------------------------------------------------定时器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void sys_timer0_init(void)
{TMOD |= 0x01;	  //使用模式1，16位定时器，使用"|"符号可以在使用多个定时器时不受影响		     TH0=0x00;	      //给定初值，这里使用定时器最大值从0开始计数一直到65535溢出TL0=0x00;//EA=1;            //总中断打开 等最后一个中断打开//ET0=1;           //定时器中断打开TR0=1;           //定时器开关打开
}/*------------------------------------------------定时器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void sys_timer1_init(void)
{TMOD |= 0x20;	  //使用模式2，	     TH1=0x05;	      //给定初值，这里使用定时器最大值从5开始计数一直到255溢出TL1=0x00;//EA=1;            //总中断打开//ET1=1;           //定时器中断打开//TR1=1;           //定时器开关打开
}/*------------------------------------------------定时器初始化子程序
------------------------------------------------*/
void sys_timer2_init(void)
{RCAP2H = 0/256;//RCAP2L = 0/256;//ET2=1;                     //打开定时器中断//EA=1;                      //打开总中断//TR2=1;                     //打开定时器开关
}void sys_wdog_init(void)
{ //WDT_CONTR = 0x35;
}void clr_wdg(void)
{//WDT_CONTR = 0x35;
}/*------------------------------------------------定时器中断子程序
------------------------------------------------*/
void Timer0_isr(void) interrupt 1
{TH0=0x00;		  //重新赋值TL0=0x00;//sys_led_test1(); //流水灯操作
}/*------------------------------------------------定时器中断子程序
------------------------------------------------*/
void Timer1_isr(void) interrupt 3
{//sys_led_test1(); //流水灯操作}	/*------------------------------------------------定时器中断子程序
------------------------------------------------*/
void Timer2_isr(void) interrupt 5//定时器2中断
{TF2=0;//sys_led_test1(); //流水灯操作
}

//c51_timer.h文件

#ifndef __C51_TIMER_H__
#define __C51_TIMER_H__extern void sys_timer_init(void);
extern void sys_timer0_init(void);
extern void Timer0_isr(void);
extern void sys_timer1_init(void);
extern void Timer1_isr(void);
extern void sys_timer2_init(void);
extern void Timer2_isr(void);extern void sys_wdog_init(void);
extern void clr_wdg(void);#endif

//c51_ledtube.c文件

#include "includes.h"// 显示段码值01234567,可对应原理图查看显示不同图形对应的引脚高点电平配置状态
unsigned char const EL[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,\0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//0-F/********************************************************
函数名称：sys_ledtube_on1
函数功能：点亮一个数码管全为亮起来
入口参数：
出口参数：
修    改：
内    容：
********************************************************/
void sys_ledtube_on1(void)
{//根据原理图，将P0口全部输出高电平，P2选择0号数码管P0=0xFF;//取显示数据，段码P2=0;  	//取位码
}/********************************************************
函数名称：sys_ledtube_on2
函数功能：显示一组数据
入口参数：
出口参数：
修    改：
内    容：
********************************************************/
static unsigned char ledtube_cnt = 0;
void sys_ledtube_on2(void)
{ledtube_cnt++;if(ledtube_cnt>7){ledtube_cnt = 0;}P0 = 0x00;				//防止切换数码管瞬间有虚影出现P2 = 0x00;P0 = EL[ledtube_cnt];	//取显示数据，段码P2 = ledtube_cnt;  		//取位码//根据人眼适应虚影缓冲时间为50ms左右//我们调整delay在500以下可以看到明显的看起来是一串数据一起显示delay(100); 			
}/********************************************************
函数名称：sys_keynum_ledon
函数功能：显示按键数值
入口参数：按键数值
出口参数：
修    改：
内    容：
********************************************************/
void sys_keynum_ledon(unsigned char num)
{//根据原理图，将P0口全部输出高电平，P2选择0号数码管P0=EL[num];//取显示数据，段码P2=0;  	//取位码
}

//c51_ledtube.h文件

#ifndef __C51_LEDTUBE_H__
#define __C51_LEDTUBE_H__extern unsigned char const EL[];extern void sys_ledtube_on1(void);
extern void sys_ledtube_on2(void);extern void sys_keynum_ledon(unsigned char num);#endif

//c51_tx1838.c文件

#include "includes.h"unsigned char tx1838_cnt = 0;
unsigned char tx1838_type = 0;
unsigned char tx1838_data[4] = {0};void sys_tx1838_test(void)
{unsigned int time = 0;if(!NEC){while(!NEC);		//等待低电平结束TH0 = 0;TL0 = 0;delay_us(1);if(tx1838_type==4){tx1838_type =1;}else{while(NEC)			//等待数据位计时{if(TH0>30){tx1838_type =1;break;}}}time =(TH0<<8)+TL0; //取得脉冲宽度switch(tx1838_type){case 1:{if(time>3000 && time<7000) //接收到数据{tx1838_type = 2;tx1838_cnt = 0;		//接收位数量清0tx1838_data[0] = 0;tx1838_data[1] = 0;tx1838_data[2] = 0;tx1838_data[3] = 0;}else if(time>2000 && time<3000)//接收到重复码{tx1838_type = 3;}else{tx1838_type = 1;}break;}case 2:{tx1838_cnt ++ ;if(time>168 && time<800) //接收到数据位为0的时间长度{}else {if(time>1100 && time<1800) //接收到数据位为1的时间长度{if(tx1838_cnt<=8){tx1838_data[0] |= (1<<(tx1838_cnt-1));}else if(tx1838_cnt<=16){tx1838_data[1] |= (1<<(tx1838_cnt-9));}else if(tx1838_cnt<=24){tx1838_data[2] |= (1<<(tx1838_cnt-17));}else if(tx1838_cnt<=32){tx1838_data[3] |= (1<<(tx1838_cnt-25));}else{tx1838_type = 1;tx1838_cnt = 0;		//接收位数量清0tx1838_data[0] = 0;tx1838_data[1] = 0;tx1838_data[2] = 0;tx1838_data[3] = 0;}}else //重新解码 //接收到引导码或者结束码，或者接收到的是重复码，本章节不进行演示{tx1838_type = 1;tx1838_cnt = 0;		//接收位数量清0tx1838_data[0] = 0;tx1838_data[1] = 0;tx1838_data[2] = 0;tx1838_data[3] = 0;}}if(tx1838_cnt>=32){tx1838_type = 4;switch(tx1838_data[3])//判断数码值{case 255:sys_keynum_ledon(0);break;//0 显示相应的按键值case 254:sys_keynum_ledon(1);break;//1case 253:sys_keynum_ledon(2);break;//2case 252:sys_keynum_ledon(3);break;//3case 251:sys_keynum_ledon(4);break;//4case 250:sys_keynum_ledon(5);break;//5case 249:sys_keynum_ledon(6);break;//6case 248:sys_keynum_ledon(7);break;//7case 247:sys_keynum_ledon(8);break;//8case 246:sys_keynum_ledon(9);break;//9 显示相应的按键值}}break;}case 3: //重复码{tx1838_type = 1;sys_keynum_ledon(11);break;}case 4: //结束码{tx1838_type = 1;tx1838_cnt = 0;		//接收位数量清0break;}case 5:{break;}default:tx1838_type = 1;break;}}
}

//c51_uart.h文件

#ifndef __C51_UART_H__
#define __C51_UART_H__extern void Uart_SendChar(unsigned char  dat);
extern char putchar(char c);//重定向extern void sys_uart_init(void);
extern void UART_isr(void);#endif

3 C51 UART总结

这些总结要点提供了关于C51中UART功能的基本概述。请注意，具体的UART配置和操作方法可能因不同的C51系列和具体的芯片型号而有所差异。为了准确使用C51的UART功能，请参考相应的芯片手册、官方文档或相关资料，以获取详细的UART配置和操作说明。