51單片機如何實現(xiàn)串口通信？它的工作原理是什么？

51單片機是一種常見的微控制器，它具有串行通信接口(Serial Communication Interface，SCI)。通過串口通信接口，51單片機可以與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行串行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。

串口通信接口的工作原理是將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或命令按照一定的協(xié)議進(jìn)行編碼，然后通過串行通信接口逐位傳輸。在接收端，串行通信接口將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，還原成原始的數(shù)據(jù)或命令，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

具體來說，51單片機的串行通信接口一般包括以下幾個部分：

1. 串行數(shù)據(jù)輸入寄存器(RX)：用于接收從外部設(shè)備或系統(tǒng)傳輸過來的數(shù)據(jù)或命令，并將其存儲在寄存器中。

2. 串行數(shù)據(jù)輸出寄存器(TX)：用于將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)或命令存儲在寄存器中，然后逐位發(fā)送到外部設(shè)備或系統(tǒng)中。

3. 波特率發(fā)生器(BRG)：用于產(chǎn)生串行通信所需的波特率(即每秒鐘傳輸?shù)奈粩?shù))，從而控制數(shù)據(jù)的傳輸速率。

4. 移位寄存器(SHF)：用于將串行數(shù)據(jù)或命令在移位寄存器中逐位進(jìn)行傳輸。

5. 控制寄存器(CTR)：用于設(shè)置串行通信接口的工作模式，如串口模式0為同步模式、模式1為8位異步模式、模式2為9位異步模式等。

在進(jìn)行串行通信時，發(fā)送端和接收端需要使用相同的波特率和數(shù)據(jù)格式。波特率發(fā)生器根據(jù)所需的波特率產(chǎn)生時鐘信號，控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。移位寄存器用于逐位傳輸數(shù)據(jù)或命令，控制寄存器用于設(shè)置工作模式和中斷等參數(shù)。

下面是51單片機串口操作說明。默認(rèn)的主頻是12分頻，所以不用配置AUXR寄存器，高級的單片機要調(diào)分頻系數(shù)的時候，可能會用到AUXR寄存器。

①：SCON、PCON的配置。SCON：用于設(shè)定串行口的工作方式，這里選擇方式1(SM0=0，SM1=1)10位UART(8位數(shù)據(jù)，1位起始位，1位停止位)，波特率可變。REN是允許串行接收控制位，這里是發(fā)送，所以不需要置1。SCON=0x40。

TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式 0 時，當(dāng)串行發(fā)送第 8 位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時，由內(nèi)部硬件使 TI 置 1，向 CPU 發(fā)中斷申請。 在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清 0，取消此中斷申請。

RI：接收中斷標(biāo)志位。在方式 0 時，當(dāng)串行接收第 8 位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其 它方式，串行接收停止位的中間時，由內(nèi)部硬件使 RI 置 1，向 CPU 發(fā)中斷申請。 也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清 0，取消此中斷申請。

PCON：令SMOD=0，其他位不變。PCON&=0x7f。

SMOD：波特率倍增位。在串口方式 1、方式 2、方式 3 時，波特率與 SMOD 有 關(guān)，當(dāng) SMOD=1 時，波特率提高一倍。復(fù)位時，SMOD=0。

②波特率的確定。用8位自動重裝(方式2)定時器T1的溢出率來產(chǎn)生波特率。例如：波特率為9600，T1初始值怎么算?首先，算出溢出頻率=波特率x16x2=0.3072Mhz，從而得到T1溢出一次的時間=1÷溢出頻率 =3.2552us;假設(shè)晶振為12Mhz，那么計數(shù)一次的時間=1/(12M)x12=1us，所以計數(shù)次數(shù)=溢出一次的時間÷計數(shù)一次的時間=3.2552。發(fā)現(xiàn)計數(shù)次數(shù)不是整數(shù)，這是因為晶振頻率為12Mhz，存在誤差，如果晶振頻率為11.0592Mhz，就沒有誤差，初始值就是2^8-3=253，化成16進(jìn)制就是0xfd，所以初始值TH1=0xfd，重裝值TL1=0xfd。TMOD&=0x0f，TMOD|=0x20。打開T1，TR1=1。

③中斷的開放。因為是用T1的溢出得到波特率，所以要禁止T1中斷。ET1=0。

串口發(fā)送程序

#include

void UartInit() //9600bps@11.0592MHz

{

PCON &= 0x7F; //波特率不倍速

SCON = 0x40; //8位數(shù)據(jù),可變波特率

TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位

TMOD |= 0x20; //設(shè)定定時器1為8位自動重裝方式

TL1 = 0xFD; //設(shè)定定時初值

TH1 = 0xFD; //設(shè)定定時器重裝值

TR1 = 1; //啟動定時器1

ET1 = 0; //禁止定時器1中斷

}

void Uartsend(unsigned char byte)//發(fā)送

{

SBUF=byte;//把數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)SBUF

//數(shù)據(jù)發(fā)送完成的標(biāo)志是TI=1;所以等待數(shù)據(jù)傳送完

while(TI==0);

TI=0;//軟件清零

}

int main()

{

UartInit();

Uartsend('a');

while(1)

{

}

}

在串行通信中，常用的協(xié)議有RS-232、RS-485和UART等。其中，RS-232是最常見的串行通信協(xié)議之一，它使用正負(fù)電壓來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的0和1，通信距離可達(dá)15米左右。RS-485是RS-232的改進(jìn)型，它使用差分信號進(jìn)行傳輸，具有更高的抗干擾能力和更遠(yuǎn)的傳輸距離。UART則是另一種常用的串行通信協(xié)議，它使用起始位、數(shù)據(jù)位、可選的奇偶校驗位和停止位來表示一個數(shù)據(jù)幀，具有傳輸速度快、協(xié)議簡單等優(yōu)點。

總的來說，51單片機通過串行通信接口可以實現(xiàn)與其他設(shè)備或系統(tǒng)的串行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。串行通信接口的工作原理是將數(shù)據(jù)或命令按照一定的協(xié)議進(jìn)行編碼，然后通過串行通信接口逐位傳輸，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。