51单片机UART通信与波特率的计算

UART通信原理

通讯过程描述

1. 当没有通信信号时，通信线路保持高电平。
2. 发送数据之前, 先发送一个0表示起位，表示起始位。
3. 接着发送8位数据位，数据位是先低后高的顺序。
4. 数据位发送完毕，再发送一个1表示停止位。

通讯数据帧图

• UART完整串行数据帧:
  

UART模块的使用

51单片机的 UART 串口的结构由串行口控制寄存器 SCON ，发送电路和接收电路三部分构成。

串口控制寄存器

• SCON串行控制寄存器的位分配(地址为0x98, 可位寻址)

位	7	6	5	4	3	2	1	0
符号	SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI
复位值	0	0	0	0	0	0	0	0

位	符号	描述
7	SM0	这两位共同决定了串口通信的模式0 ～模式 3 共 4 种模式 。 最常用的就是模式 1 ，也就是 SM0=0 SM1=1 ，其它模式从略。
6	SM1
5	SM2	多机通信控制位（极少用），模式 1 直接清零。
4	REN	使能串行接收。由软件置位使能接收，软件清零则禁止接收。
3	TB8	模式2 和 3 中要发送的第 9 位数据（很少用）。
2	RB8	模式2 和 3 中接收到的第 9 位数据（很少用），模式 1 用来接收停止位。
1	TI	发送中断标志位，当发送电路发送到停止位的中间位置时，TI 由硬件置 1必须通过软件清零。
0	RI	接收中断标志位，当接收电路接收到停止位的中间位置时，RI 由硬件置 1必须通过软件清零。。

• 串口模式1: 1 位起始位， 8 位数据位和 1 位停止位。

  • SM0 = 0; SM1 = 1;

波特率

波特率的概念

• 波特率就是发送二进制数据位所用的时间，用baud表示。

• 发送1位二进制数据的持续时间为1/baud

波特率计算公式

• 对于STC89C52单片机来说, 波特率发生器只能由定时器T1/T2产生，不能由T0产生。

• 使用T1的模式2[自动重装模式], 定时器的重载值计算公式为:

  $$TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 / 12 / 2 / 16 / 波特率$$
  • 256 : 定时器模式2(8位)的溢出值
  • 晶振值: 11059200
  • 12 : 一个机器周期(STC89C52中一个时钟周期等于12个时钟周期, 具体看芯片手册)
  • 16： 串口模块将一位信号采集16次，将其中7,8,9次取出来，如果这三次中两次如果是高电平就认为这位数据是1。
  • 波特率: 要设定的波特率

• 电源管理寄存器PCON, 设置后它可以将波特率提高一倍

  PCON |= 0x80

  • 此时波特率公式为:
    $$TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 / 12 / 16 / 波特率$$

• 参考代码

  //  程序名称: uart/main.c
  //  程序简述: uart实例
  //  维护人员: ieeqc
  // 	创建日期：2020/9/13
  //	最后修改时间：2020/9/13
   
  /*
  	功能描述: 单片机usb接上计算机并实现通讯, 将其结果+1发送给计算机
  	
  	实现步骤:
  	- 1. 配置串口为模式1
  	- 2. 配置定时器T1为模式2
  	- 3. 根据波特率计算TH1和TL1的初值, 如果有需要则可以使用PCNF进行波特率加倍
  	- 4. 打开定时器控制寄存器, 让定时器跑起来
  	- 5. 开启UART中断, 1.接收并解析数据, 2.处理数据, 3.发送数据 
  	
  	程序注释:
  	- 波特率计算公式:
  		TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 / 机器周期 / 2 / 16 / 波特率
  		- 机器周期: STC89C52RC的机器周期是'晶振/12'
  		- 16: 单片机uart模块会将每一个数据位取16次， 然后判断中间值来确定是'0'还是'1'
  	
  	- 波特率加倍:
  		PCON |= 0x80;那么计算公式为:
  			- TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12/16/波特率
  */
   
   
  #include<reg52.h>
   
  #define Crystal_Frequency 11059200 // 定义当前单片机的晶振频率
  #define BAUDRATE 9600	             // 定义当前单片机UART所采用的波特率
   
   
  void ConfigUART(unsigned int baud); // 串口初始化
   
  void main() {
  	EA = 1; // 打开使能总中断
  	ConfigUART(BAUDRATE);
  	while(1);
  }
   
   
  /* 串口配置函数, baud-通信波特率 */
  void ConfigUART(unsigned int baud) {
  	SCON = 0x50;  // 配置为串口为模式1
  	TMOD &= 0x0F; // 清0 T1的控制位
  	TMOD |= 0x20; // 配置T1为模式2
  	
  	TH1 = 256 - (Crystal_Frequency / 12 / 32) / baud; // 计算T1重载值
  	TL1 = TH1;  // 初值等于重载值
  	ET1 = 0;    // 禁止T1中断
  	ES = 1;     // 使能串口中断
  	TR1 = 1;    // 启动T1
  }
   
   
  /* 串口中断服务函数 */
  void Uart_Interrupt() interrupt 4 {
  	
  	if (RI) {// 接收到字节
  		RI = 0; // 手动清零接收中断标志位
  		SBUF = SBUF + 1; // 接收的数据 +1 后发回，左边是发送 SBUF ，右边是接收 SBUF
  	}
  	
  	if (TI) {// 字节发送完毕
  		TI = 0; // 手动清零 发送中断标志位
  	}
  }