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如何通过TXD、RXD与上位机进行数据交换？

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2021-10-9 07:43:31　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × liutiefu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kasdlak 该类别下有 11 个回答。邀请回答 yuxiangxyz 该类别下有 11 个回答。邀请回答 dfgsdf 该类别下有 10 个回答。邀请回答 uuwyfsdfsf 该类别下有 10 个回答。邀请回答 fansz 该类别下有 10 个回答。邀请回答 szj0213 该类别下有 10 个回答。邀请回答 gXDhn 该类别下有 9 个回答。邀请回答剪刀脚该类别下有 9 个回答。邀请回答胡扯123 该类别下有 9 个回答。邀请回答乔伊斯e 该类别下有 9 个回答。邀请回答山中老虎该类别下有 9 个回答。邀请回答哥儿该类别下有 9 个回答。邀请回答悬崖勒马2 该类别下有 9 个回答。邀请回答 fhdgxfvx 该类别下有 8 个回答。邀请回答 pingnai 该类别下有 8 个回答。邀请回答楼斌该类别下有 8 个回答。邀请回答 Lucia_nie 该类别下有 8 个回答。邀请回答 dsdfshf 该类别下有 8 个回答。邀请回答 fhj920535793 该类别下有 8 个回答。邀请回答举报 fanB 相关推荐 • 简述主机与外设进行数据交换的几种常用方式 2019 • STM32F103上网络通信实验中服务器与客户端连接但不能进行数据交换该怎么办？ 974 • 应用程序和驱动程序之间是如何进行数据交换的 1736 • 利用FPGA自带的IP核实现双口RAM用于2片MCU进行数据交换时多次读数据后RAM中数据变为了0 4281 • 初学DSP 想请教一下各位大神，关于F2812数据交换 2329 • 设备与IoT中心之间进行数据交换的功能 2132 • 怎么利用FPGA实现数据无阻塞交换？ 2066 • 串口的RXD和TXD能和数据线复用吗 3221 • ESP-WROOM-02和MCU之间不会通过UART进行任何数据交换的原因？ 271 • 51单片机的RXD TXD可以和P**直接相连输出到串口上进行通信么 2830* 1个回答

写在前面

这篇博客主要记录下单片机是如何通过TXD、RXD与上位机进行数据交换的。
　　先介绍下51单片机中与串口通信有关的各种寄存器。
　　首先，上位机如果要发送数据给单片机，单片机接收到数据之后，会存入到SBUF这个发送/接收寄存器，这个寄存器非常特殊，兼具发送和接收时存放数据的功能。如果是data = SBUF，则会把SBUF接收到上位机发送过来的数据存入到data中；如果是SBUF = data，则会把单片机想要发送的数据即data中的数据送入到SBUF中，然后再通过串口发送到上位机。
　　在接收数据时，单片机会产生中断，不然单片机不知道什么时候接收完一位数据，这个中断叫做串口中断，服务程序是interrupt4，标志位是RI，所以进入串口中断服务程序时一定要记得把RI清零，不然程序就会一直进入串口中断服务程序。控制串口中断的寄存器叫SCON，它的每一位如下：
　　

　　SM0、SM1这两位与TMOD中控制定时器0、1的M0、M1类似，SM0和SM1是用来控制串口工作方式的。通过改变SM0、SM1的值可以让串行口工作在4种方式:
[tr]SM0SM1波特率[/tr]

0	0	fosc/12(主振频率/12)
0	1	可变
1	0	fosc/32(主振频率/36)、fosc/64
1	1	可变

这里关于4种工作方式如果展开了讲的话，实在太庞大，所以读者如果有疑惑可以自行百度。这里解释一下用定时器产生固定波特率的问题，我翻看了很多其他同学写的博客，发现他们有很多都不清楚方式1和3中为啥要给TH1、TL1(这里用定时器1举例)一个固定的初值。其实这个固定的初值是很多其他前辈算出来的初值，如果要自己计算也是完全可以的，公式如下(戴胜华教授《单片机原理与应用》)：
　　

　　上式中出现到SMOD1，这一位是由电源寄存器PCON的第七位来控制的，假设我们规定好串行口工作在方式1或3的一个初值，原本波特率为9600，SMOD置1后，波特率翻倍，会变为19200,，很好理解。
　　注意注意：这里的串行口工作方式0123跟定时器工作方式0123不是同一个东西，一定要分开。
　　串行口工作方式为0123任意一种都能通过使用定时器1工作在方式2来产生相应的波特率。
　　这里给出常用波特率相对应的定时器初值：
　　

　　举例假如我要让串口产生9600的波特率，我使用串口工作方式1、3，定时器1工作在方式2，那么公式就等于波特率(9600)=2^0/32 * fosc/12 * 1/(2^k-初值) ，这里我们晶振频率为11.0592MHz，波特率为9600Hz，注意单位转换，K是计数器的计数位数，定时器方式2为八位自动重装，所以K=8，那么等式就变为了 9600 = 1/32 * 11059200/12 * 1/(256-初值) ，化简一下 1/3 = 1/256-初值，那么初值就要为253，十六进制则是0xFD，则定时器每次放进TL1的初值就要为0xFD，这样就能产生9600的波特率。
　　再解释一下为什么定时器中的高八位和低八位相同，以定时器1举例，如果定时器1工作在方式2即八位自动重装模式，会用低八位TL1来计数，用高八位来保存计数初值。TL1计数回到0时自动将TH1中的初值送回TL1中，完成自动重装。
　　回到正题，SCON中REN这一位为允许接收控制位，置0则禁止串口接收数据，置1则反之。TB8和RB8是用于方式2和3中发送和接收数据的第9位，我这里不在过多解释，需要用的时候，再仔细百度。TI是发送中断标志位，发送完毕会自动置1，在发送数据前一定要先清零TI，发送完后可根据TI来判断是否发送完毕。RI则是接收中断标志位，可以根据RI的值来判断单片机是否接受完上位机发送来的数据。
　　总结一下，串口发送和接收涉及到的寄存器相应的位有:PCON中的SMOD，SCON中的SM0、SM1、REN、TI、RI，TH0、TL0（TH1、TL1），TMOD中的M1、M0（控制定时器的工作方式），IE中的EA、ES（允许总中断、允许串口中断），TCON中的TR0（TR1）。
　　单片机接收上位机数据工作过程大致为:定时器产生一定波特率——单片机与上位机通过TXD、RXD开始通信——单片机允许串口中断，允许接收数据——单片机接收到数据，进入串口中断服务程序，并将RI置1，软件将RI清零，读取SBUF。
　　单片机发送数据到上位机工作过程大致为：定时器产生一定波特率——单片机与上位机通过TXD、RXD开始通信——单片机赋值给TI——单片机发送数据给上位机——上位机接收到数据。
　　下面这两段程序是在郭天祥《新概念51单片机C语言教程》以及参考其他同学的博客写的。
　　
郭天祥：

#include
typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned int uint16;

uint8 flag,a,i;
uint8 code table[]="I get ";

void init(){
TMOD = 0x20; //定时器1工作在方式2，八位自动重装
TH1 = 0xfd;
TL1 = 0xfd;
TR1 = 1; //开启定时器1

SM0 = 0;
SM1 = 1; //串口工作方式1
REN = 1; //接收允许
EA = 1; //开总中断
ES = 1; //开串口中断
}

void main(){
init();
while(1){
if(flag){
ES = 0; //暂时关闭串口中断，防止在处理数据时再次发生串口中断
for(i=0;i<6;i++){
SBUF=table; //将I get放入发送寄存器
while(!TI); //检测是否发送完毕，发送完毕后自动置1
TI=0; //将发送完毕的标志位清零
}
SBUF=a; //将接受到的值发回给主机
while(!TI);
TI=0;
ES=1; //重新打开串口中断
flag=0;
}
}
}
void ser()interrupt 4{ //串口中断服务程序
RI = 0; //中断标志位
a = SBUF; //将接收到的数据存入a中
flag=1;
}

结合按键，按一下发送一行字符：

#include
typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned int uint16;
#define key_state0 0
#define key_state1 1
#define key_state2 2
***it key = P3^2;
uint8 key_value;
bit flag;

uint8 Buf[]="hello world!n";

void delay(uint16 n)
{
while (n--);
}

/*波特率为9600*/
void UART_init(void)
{
SCON = 0x50;       //串口方式1
TMOD = 0x21;       //定时器1使用方式2自动重载，定时器0用作按键扫描
TH1 = 0xFD; //9600波特率对应的预设数，定时器方式2下，TH1=TL1
TL1 = 0xFD;
TH0 = 0x4C; //50ms
TL0 = 0x00;
TR1 = 1; //开启定时器，开始产生波特率
TR0 = 1;
ET0 = 1;
EA  = 1;
}

/*发送一个字符*/
void UART_send_byte(uint8 dat)
{
SBUF = dat;    //把数据放到SBUF中
while (TI == 0); //未发送完毕就等待
TI = 0; //发送完毕后，要把TI重新置0
}

/*发送一个字符串*/
void UART_send_string(uint8 *buf)
{
while (*buf != '')
{
UART_send_byte(*buf++);
}
}

void scankey(){
static uint8 key_state;
switch(key_state){
case key_state0:
if(!key) key_state = key_state1;
break;
case key_state1:
if(!key){
UART_send_string(Buf);
delay(20000);
key_state = key_state2;
}
else{
key_state = key_state0;
}
break;
case key_state2:
if(key){
key_state = key_state0;
}
break;
default:break;
}
}

void main()
{
UART_init();
while(1)
{
if(flag){
scankey();
}
}
}

void timer0_isr() interrupt 1 using 0{
TH0 = 0xDC; //10ms
TL0 = 0x00;
flag = 1;
}

上面郭天祥那段代码中，只接收了上位机发送的一位数据，我又花了点时间改出了一段程序，分别是可以接受多位数据以及根据上位机送来的数据控制流水灯，两段代码就综合到一起了，注释部分是接收多位数据。

#include
#define key_state0 0
#define key_state1 1
#define key_state2 2
typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned int uint16;

***it key = P3^2;
// uint8 table[8];
uint8 key_value;
uint8 flag,i,dat;
bit flag1; //控制是否开始流水
//uint8 num;

void init(){
TMOD = 0x21; //定时器1工作在方式2，八位自动重装
TH1 = 0xfd;
TL1 = 0xfd;
TR1 = 0xfd; //开启定时器1
TH0 = 0x4C; //50ms
TL0 = 0x00;
TR0 = 1;
ET0 = 1;
SM0 = 0;
SM1 = 1; //串口工作方式1
EA = 1; //开总中断
ES = 1; //开串口中断
}

void scankey(){
static uint8 key_state;
switch(key_state){
case key_state0:
if(!key) key_state = key_state1;
break;
case key_state1:
if(!key){
REN = ~REN; //允许/禁止接收上位机数据
key_state = key_state2;
}
else{
key_state = key_state0;
}
break;
case key_state2:
if(key){
key_state = key_state0;
}
break;
default:break;
}
}

void main(){
init();
P1 = 0xff;
while(1){
if(!REN) P1 = 0xff; //不接收上位机数据时，关闭所有灯
if(flag){
ES = 0; //暂时关闭串口中断，防止在处理数据时再次发生串口中断
// for(i=0;i<8;i++){ //回传多位数据
// SBUF=table; //发送一位
// while(!TI); //检测是否发送完毕，发送完毕后自动置1
// TI=0; //将发送完毕的标志位清零
// }
SBUF = dat;
while(!TI);
TI = 0;
ES=1; //重新打开串口中断
flag=0;
//num=0; //清零接收计数
}
}
}
void ser()interrupt 4{ //串口中断服务程序
if(RI){
RI = 0; //中断标志位
//table[num++] = SBUF;
dat = SBUF; //将接收到的数据存入dat中
P1 = SBUF; //将收到的16进制数赋给P1
//if(num == 8) //收满8位数据，开始回传
flag=1;
}
}

void timer0_isr() interrupt 1 using 0{
TH0 = 0xDC; //10ms
TL0 = 0x00;
scankey();
}

目前程序中我觉得不足的地方是发送代码中的while(!TI)，这里会把单片机一直占用住，按照之前按键扫描延时尽量不用delay的惯例，这里的while等待我觉得也有不妥，但是不确定是不是我自己想多了，还需要以后深入学习才能得出结论。
　　如有错误，欢迎评论指正，本人也是边学边总结，一方面检验自己是否真的理解，另一方面如有错误理解也能及时发现及时改正。

　　为什么串口的波特率与定时器有关？
　　最近再次看回这篇博客不禁思考，这两者有什么联系吗？为什么要用定时器1来控制波特率为什么不能用定时器2，百度了一下发现原来51单片机串口的波特率是与定时器1的溢出率有关，这一点在上面计算波特率的时候的公式里面有体现。定时器的溢出率顾名思义就是与定时器的溢出速率有关，大概意思可能是定时器溢出一次的时间，那么晶振频率如果为11.0592MHz，时钟周期就是1/11.0592，机器周期为12/11.0592，则单片机定时器+1的时间为12/11.0592us，溢出率=溢出一次的时间=计数次数*机器周期，所以通过改变定时器的初值就能改变定时器的溢出率，也就改变了串口的波特率。
　　波特率这里也顺带解释一下，就是串口每秒能接受的比特数bit，因为串口是一位一位数据按顺序发送，波特率9600就是串口每秒钟能接收的bit数为9600位，如果上位机的波特率大于9600，那么通信就会失败，因为单片机来不及接收这么多的数据量。所以串口通信要求上下位机的波特率要一致，才能保证数据传送不出错。