51單片機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)原理有哪些？

51單片機(jī)是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了許多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)。

MCS-51單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。MCS-51單片機(jī)的內(nèi)核是8051CPU，CPU的內(nèi)部集成有運(yùn)算器和控制器，運(yùn)算器完成運(yùn)算操作(包括數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等)，控制器完成取指令、對(duì)指令譯碼以及執(zhí)行指令。

51單片機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)原理主要包括以下幾個(gè)方面：

串行接口設(shè)計(jì)：51單片機(jī)內(nèi)部具有一個(gè)全雙工串行接口，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的串行接口模式，并根據(jù)需要配置相應(yīng)的寄存器。

波特率設(shè)置：串行通信的速率由波特率決定。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)通信速率的要求，選擇合適的波特率。在51單片機(jī)中，可以通過配置波特率選擇位來設(shè)置波特率。

數(shù)據(jù)幀格式設(shè)計(jì)：在串行通信中，需要設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)幀格式，包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)通信協(xié)議的要求，選擇合適的數(shù)據(jù)幀格式。

錯(cuò)誤檢測(cè)和處理：在串行通信中，可能會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，如數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤、幀格式錯(cuò)誤等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮如何進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和處理，以確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。

通信協(xié)議設(shè)計(jì)：在串行通信中，需要設(shè)計(jì)合適的通信協(xié)議，包括數(shù)據(jù)傳輸格式、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的要求，選擇合適的通信協(xié)議。

51系列單片機(jī)的通用異步收發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示，UART與單片機(jī)內(nèi)部8位數(shù)據(jù)總線相連，SBUF是收發(fā)緩沖器，由接收緩沖器和發(fā)送緩沖器兩部分構(gòu)成，二者具有同一地址(99H)，但他們之間是相互獨(dú)立的，即發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出數(shù)據(jù)，而接收緩沖器則只能讀出而不能寫入數(shù)據(jù)。實(shí)際使用時(shí)通過不同的讀緩沖器和寫緩沖器指令來區(qū)分對(duì)哪個(gè)緩沖器操作。所以51系列單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)通信的啟動(dòng)方法很簡(jiǎn)單，只要將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器就能啟動(dòng)數(shù)據(jù)的發(fā)送，而在接收數(shù)據(jù)時(shí)，只要讀取保存在接收緩沖器中的內(nèi)容即可。單片機(jī)會(huì)按照讀或?qū)懙姆绞讲煌?，自?dòng)分配要訪問的目標(biāo)寄存器是發(fā)送SBUF還是接收SBUF。

UART工作時(shí)，定時(shí)器用于產(chǎn)生通信需要的時(shí)鐘，控制寄存器用于對(duì)串行口的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控和設(shè)置。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SBUF后，數(shù)據(jù)在發(fā)送控制器的控制下，按位從TXD引腳移出;外部數(shù)據(jù)在接收控制器的控制下，從RXD引腳移入移位寄存器并對(duì)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，恢復(fù)后的數(shù)據(jù)保存至接收SBUF中供軟件讀取。

當(dāng)接收SBUF中的數(shù)據(jù)沒有被軟件讀取時(shí)，移位寄存器還可以暫時(shí)接收并保存下一個(gè)新數(shù)據(jù)，從而避免發(fā)生數(shù)據(jù)溢出，這種結(jié)構(gòu)也是串行口特有的接收雙緩沖結(jié)構(gòu)。發(fā)送器則沒有類似的數(shù)據(jù)緩沖結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)單片機(jī)是主動(dòng)的，不存在數(shù)據(jù)過載的問題。

51單片機(jī)串口通信相關(guān)的寄存器主要有SCON、SBUF、PCON、TMOD等。

1. SCON：這是串口控制寄存器，用來設(shè)定串行口的工作方式、接受/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)指示。

2. SBUF：這是串口緩沖寄存器，用于存儲(chǔ)待發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)。

3. PCON：這是電源控制寄存器，用于設(shè)置電源控制位。

4. TMOD：這是定時(shí)器模式寄存器，用于設(shè)定定時(shí)器的工作模式。

這些寄存器在串口通信中起著重要的作用，通過配置這些寄存器的值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)串口通信的控制和數(shù)據(jù)的傳輸。

程序舉例：

/**

* @brief 串口初始化，9600bps@11.0592MHz

* @param 無

* @retval 無

*/

void Uart_Init(void) //9600bps@11.0592MHz

{

PCON &= 0x7F; //波特率不倍速

SCON = 0x50; //8位數(shù)據(jù),可變波特率

TMOD &= 0x0F; //清除定時(shí)器1模式位(可有可無)

TMOD |= 0x20; //設(shè)定定時(shí)器1為8位自動(dòng)重裝方式(位或也是一樣的)

TL1 = 0xFD; //設(shè)定定時(shí)初值

TH1 = 0xFD; //設(shè)定定時(shí)器重裝值

TR1 = 1; //啟動(dòng)定時(shí)器1

ET1 = 0; //禁止定時(shí)器1中斷

ES=1; //串口中斷允許控制位

EA=1; //中斷允許總控制位

//IE=0x90; //也可這樣代替倒數(shù)的三個(gè)，分別是ET1=0;ES=1;EA=1;

}