51單片機UART通信與波特率的計算

UART通信原理

通訊過程描述

1. 當沒有通信信號時，通信線路保持高電平。
2. 發送數據之前, 先發送一個0表示起位，表示起始位。
3. 接着發送8位數據位，數據位是先低后高的順序。
4. 數據位發送完畢，再發送一個1表示停止位。

通訊數據幀圖

• UART完整串行數據幀:
  

UART模塊的使用

51單片機的 UART 串口的結構由串行口控制寄存器 SCON ，發送電路和接收電路三部分構成。

串口控制寄存器

• SCON串行控制寄存器的位分配(地址為0x98, 可位尋址)

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

位	符號	描述
7	SM0	這兩位共同決定了串口通信的模式0 ～模式 3 共 4 種模式 。 最常用的就是模式 1 ，也就是 SM0=0 SM1=1 ，其它模式從略。
6	SM1
5	SM2	多機通信控制位（極少用），模式 1 直接清零。
4	REN	使能串行接收。由軟件置位使能接收，軟件清零則禁止接收。
3	TB8	模式2 和 3 中要發送的第 9 位數據（很少用）。
2	RB8	模式2 和 3 中接收到的第 9 位數據（很少用），模式 1 用來接收停止位。
1	TI	發送中斷標志位，當發送電路發送到停止位的中間位置時，TI 由硬件置 1必須通過軟件清零。
0	RI	接收中斷標志位，當接收電路接收到停止位的中間位置時，RI 由硬件置 1必須通過軟件清零。。

• 串口模式1: 1 位起始位， 8 位數據位和 1 位停止位。

  • SM0 = 0; SM1 = 1;

波特率

波特率的概念

• 波特率就是發送二進制數據位所用的時間，用baud表示。

• 發送1位二進制數據的持續時間為1/baud

波特率計算公式

• 對於STC89C52單片機來說, 波特率發生器只能由定時器T1/T2產生，不能由T0產生。

• 使用T1的模式2[自動重裝模式], 定時器的重載值計算公式為:

  \[TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 / 12 / 2 / 16 / 波特率 \]
  • 256 : 定時器模式2(8位)的溢出值
  • 晶振值: 11059200
  • 12 : 一個機器周期(STC89C52中一個時鍾周期等於12個時鍾周期, 具體看芯片手冊)
  • 16： 串口模塊將一位信號采集16次，將其中7,8,9次取出來，如果這三次中兩次如果是高電平就認為這位數據是1。
  • 波特率: 要設定的波特率

• 電源管理寄存器PCON, 設置后它可以將波特率提高一倍

  PCON |= 0x80
  

  • 此時波特率公式為:
    \[TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 / 12 / 16 / 波特率 \]

• 參考代碼

  //  程序名稱: uart/main.c
  //  程序簡述: uart實例
  //  維護人員: ieeqc
  // 	創建日期：2020/9/13
  //	最后修改時間：2020/9/13
  
  /*
  	功能描述: 單片機usb接上計算機並實現通訊, 將其結果+1發送給計算機
  	
  	實現步驟:
  	- 1. 配置串口為模式1
  	- 2. 配置定時器T1為模式2
  	- 3. 根據波特率計算TH1和TL1的初值, 如果有需要則可以使用PCNF進行波特率加倍
  	- 4. 打開定時器控制寄存器, 讓定時器跑起來
  	- 5. 開啟UART中斷, 1.接收並解析數據, 2.處理數據, 3.發送數據 
  	
  	程序注釋:
  	- 波特率計算公式:
  		TH1 = TL1 = 256 - 晶振值 / 機器周期 / 2 / 16 / 波特率
  		- 機器周期: STC89C52RC的機器周期是'晶振/12'
  		- 16: 單片機uart模塊會將每一個數據位取16次， 然后判斷中間值來確定是'0'還是'1'
  	
  	- 波特率加倍:
  		PCON |= 0x80;那么計算公式為:
  			- TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12/16/波特率
  */
  
  
  #include<reg52.h>
  
  #define Crystal_Frequency 11059200 // 定義當前單片機的晶振頻率
  #define BAUDRATE 9600	             // 定義當前單片機UART所采用的波特率
  
  
  void ConfigUART(unsigned int baud); // 串口初始化
  
  void main() {
  	EA = 1; // 打開使能總中斷
  	ConfigUART(BAUDRATE);
  	while(1);
  }
  
  
  /* 串口配置函數, baud-通信波特率 */
  void ConfigUART(unsigned int baud) {
  	SCON = 0x50;  // 配置為串口為模式1
  	TMOD &= 0x0F; // 清0 T1的控制位
  	TMOD |= 0x20; // 配置T1為模式2
  	
  	TH1 = 256 - (Crystal_Frequency / 12 / 32) / baud; // 計算T1重載值
  	TL1 = TH1;  // 初值等於重載值
  	ET1 = 0;    // 禁止T1中斷
  	ES = 1;     // 使能串口中斷
  	TR1 = 1;    // 啟動T1
  }
  
  
  /* 串口中斷服務函數 */
  void Uart_Interrupt() interrupt 4 {
  	
  	if (RI) {// 接收到字節
  		RI = 0; // 手動清零接收中斷標志位
  		SBUF = SBUF + 1; // 接收的數據 +1 后發回，左邊是發送 SBUF ，右邊是接收 SBUF
  	}
  	
  	if (TI) {// 字節發送完畢
  		TI = 0; // 手動清零 發送中斷標志位
  	}
  }