UART通信方式简明教程
Uart 即最常见的串口通信方式，相信你点进来之前就对此有或多或少的了解了，不对基本介绍做赘述，
Uart协议采用两根数据总线，一根是RXD，一根是TXD，怎么区分呢？R是Receive接收的意思，T是Transmit发送的意思
协议需要掌握的有3个：时序、寄存器
Uart协议标准的构成为：起始位0+8位数据位+结束位1
这里分为含有Uart控制器的MCU和模拟UART的MCU讲解具体实现：
含有Uart控制器的MCU例如stc89c52(RC)，
我们首先使用定时器1作为串行通信的波特率发生器。T1溢出率经2分频（或不分频）后又经16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即波特率。
说白了就是我们多个MCU通信，需要一个共同的时钟，或者说每秒钟内说话的字数需要一致，否则无法正常说话。
说到现在，该谈谈怎么去发送和接收数据了，stc89c52(RC)内置了缓冲寄存器SBUF，你需要发送数据的时候就把数据写到SBUF里面即可
如果是想要接受数据呢？那就去读取SBUF好了！甚至为了使得这个过程更简单，两个过程使用的是同一个寄存器，同一个地址0x99
一段代码带你更清楚的理解这个过程
#include<reg52.h>
#define uint unsigned int
void UART_Init();
uint num ;
int main()
{
UART_Init();
while(1);
}
void UART_Init()
{
//配置定时器，使其成为“波特率发生器”，让接收和发送的设置直接能够同步
TMOD = 0x20; //定时器0工作模式2，自动重装8位计数器
TH1 = 0xfd;//配置定时器参数
TL1 = 0xfd;//定时器溢出时，会自动将高8位中的值赋值给低8位.比特率9600
TR1 = 1;//T1置数运行位
SM0 = 0;//上图有介绍
SM1 = 1;//上图有介绍
REN = 1;//REN是接收运行控制位
EA = 1;//EA为中断允许控制位，即打开中断
ES = 1;//EA为串口中断允许控制位，即打开串口中断
}
void UART() interrupt 4 //串口中断
{
if(RI == 1) //如果接收到计算机发的数据，当接收完一个数据的时候，MCU会让RI也就是接收中断位置1
{
num = SBUF; //读SBUF寄存器，取出数据
RI = 0; //清除标志位，让MCU继续接收数据
SBUF = ++num; //把数据加1后再发送给计算机
}
if(TI == 1) //如果发送完毕
{
TI = 0; //清除标志位
}
}无UART控制器的MCU，我们可以采用模拟的方式实现如上过程
#include "config.h"
/***************************************************************************/
typedef bit BOOL;
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
#define Timer0_Reload (65536 - MAIN_Fosc / BaudRate / 3)
#define D_RxBitLenth 9 //9: 8 + 1 stop
#define D_TxBitLenth 9 //9: 1 stop bit
sbit RXB = P3^0; //define UART TX/RX port
sbit TXB = P3^1;
uchar data TBUF,RBUF;
uchar data TDAT,RDAT;
uchar data TCNT,RCNT; //发送和接收检测 计数器(3倍速率检测)
uchar data TBIT,RBIT; //发送和接收的数据计数器
uchar data t, r;
uchar data buf[16];
bit TING,RING; //正在发送或接收一个字节
bit REND; //接收完的标志位
#define RxBitLenth 9 //8个数据位+1个停止位
#define TxBitLenth 9 //8个数据位+1个停止位
//-----------------------------------------
//UART模块的初始变量 initial UART module variable
void UART_INIT()
{
TING = 0;
RING = 0;
REND = 0;
TCNT = 0;
RCNT = 0;
}
void main()
{
InternalRAM_enable();
// ExternalRAM_enable();
Timer0_1T();
Timer0_AsTimer();
Timer0_16bitAutoReload();
Timer0_Load(Timer0_Reload);
Timer0_InterruptEnable();
Timer0_Run();
EA = 1; //打开总中断 open global interrupt switch
UART_INIT(); //UART模块的初始变量
while (1)
{
if (REND) //如果接收完,把接收到的值存入接收buff
{
REND = 0;
buf[r++ & 0x0f] = RBUF;
}
if(!TING) //发送空闲
{
if (t != r) //有要发送的数据
{
TBUF = buf[t++ & 0x0f];
TING = 1;
}
}
}
}
//-----------------------------------------
//定时器0中断程序for UART 以波特率3倍的速度采样判断 开始位 Timer interrupt routine for UART
void tm0(void) interrupt 1
{
if (RING)
{
if (--RCNT == 0) //接收数据以定时器的1/3来接收
{
RCNT = 3; //重置接收计数器 接收数据以定时器的1/3来接收 reset send baudrate counter
if (--RBIT == 0) //接收完一帧数据
{
RBUF = RDAT; //存储数据到缓冲区 save the data to RBUF
RING = 0; //停止接收 stop receive
REND = 1; //接收完成标志设置 set receive completed flag
}
else
{
RDAT >>= 1; //把接收的单b数据 暂存到 RDAT(接收缓冲)
if (RXB) RDAT |= 0x80; //shift RX data to RX buffer
}
}
}
else if (!RXB) //判断是不是开始位 RXB=0;
{
RING = 1; //如果是则设置开始接收标志位 set start receive flag
RCNT = 4; //初始化接收波特率计数器 initial receive baudrate counter
RBIT = RxBitLenth; //初始化接收的数据位数(8个数据位+1个停止位) initial receive bit number (8 data bits + 1 stop bit)
}
if (TING) //发送开始标志位 judge whether sending
{
if (--TCNT == 0) //发送数据以定时器的1/3来发送
{
TCNT = 3; //重置发送计数器 reset send baudrate counter
if (TBIT == 0) //发送计数器为0 表明单字节发送还没开始
{
TXB = 0; //发送开始位 send start bit
TDAT = TBUF; //把缓冲的数据放到发送的buff load data from TBUF to TDAT
TBIT = TxBitLenth; //发送数据位数 (8数据位+1停止位) initial send bit number (8 data bits + 1 stop bit)
}
else //发送计数器为非0 正在发送数据
{
if (--TBIT == 0) //发送计数器减为0 表明单字节发送结束
{
TXB = 1; //送停止位数据
TING = 0; //发送停止位 stop send
}
else
{
TDAT >>= 1; //把最低位送到 CY(益处标志位) shift data to CY
TXB = CY; //发送单b数据 write CY to TX port
}
}
}
}
}这个是STC公司官方的历程，写的还不错，给人一种刻意把简单的东西写复杂的感觉，我们一点一点来分析他们的代码，先附上config.h防止有同学看的很迷茫
#ifndef __CONFIG_H #define __CONFIG_H /*********************************************************/ //#define MAIN_Fosc 5529600L //定义主时钟 110 ~ 4800 //#define MAIN_Fosc 11059200L //定义主时钟 110 ~ 9600 //#define MAIN_Fosc 12000000L //定义主时钟 110 ~ 9600 #define MAIN_Fosc 22118400L //定义主时钟 220 ~ 19200 //#define MAIN_Fosc 24000000L //定义主时钟 220 ~ 19200 //#define MAIN_Fosc 33177600L //定义主时钟 220 ~ 38400 #define BaudRate 19200 //模拟串口波特率 /*********************************************************/ #include "STC15Fxxxx.H" #endif
我们一点一点来分析
typedef bit BOOL; typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint;
我是很难理解为什么单片机开发很多人喜欢自己起名字，如果真的那么多优点，为什么没有成标准？
#define Timer0_Reload(65536 - MAIN_Fosc / BaudRate / 3) #define D_RxBitLenth9//9: 8 + 1 stop #define D_TxBitLenth9//9: 1 stop bit
声明了3个常量，分别定义了重载时间、发烧接收位的长度
sbit RXB = P3^0; //define UART TX/RX port sbit TXB = P3^1;
声明P3^0和1口分别为接收和发送端口
uchar data TBUF,RBUF; uchar data TDAT,RDAT; uchar data TCNT,RCNT;//发送和接收检测 计数器(3倍速率检测) uchar data TBIT,RBIT;//发送和接收的数据计数器 uchar data t, r; uchar data buf[16];
由于模拟UART，没有缓冲寄存器SBUF，所以作者设置了TBUF和RBUF分别为发送和接收数据缓冲寄存器
而TDAT和RDAT是什么呢？他们被用来接收数据，接收到了之后将数据传送至相应的缓冲寄存器
t和r是干嘛用的呢？简单的说，就是同步。接收了多少钱，它就要发送多少次。这俩变量可以结合以下理解
while (1)
{
if (REND) //如果接收完,把接收到的值存入接收buff
{
REND = 0;
buf[r++ & 0x0f] = RBUF;
}
if(!TING) //发送空闲
{
if (t != r) //有要发送的数据
{
TBUF = buf[t++ & 0x0f];
TING = 1;
}
}
}
}其实准确的说，我认为俩变量t和r并没有初始化，大多数的编译器会自动填上0，但是我认为这是一个错误的示例。
bit TING,RING;//正在发送或接收一个字节 bit REND; //接收完的标志位
定义了几个位变量，用来表示是否正在发送或者接收，REND->Receive End 接收结束
#define RxBitLenth 9 //8个数据位+1个停止位 #define TxBitLenth 9 //8个数据位+1个停止位
定义了两个常量，即接收和发送数据的字节位数。
//UART模块的初始变量 initial UART module variable
void UART_INIT()
{
TING = 0;//当前没有在发送
RING = 0;//当前没有在接收
REND = 0;//当前接收没有接收
TCNT = 0;//发送和接收检测计数器(3倍速率检测)
RCNT = 0;//发送和接收检测计数器(3倍速率检测)
}接下来就是主程序了，但是我想在讲解主程序之前先讲解一下中断
//定时器0中断程序for UART 以波特率3倍的速度采样判断 开始位 Timer interrupt routine for UART
void tm0(void) interrupt 1
{
if (RING)
{
if (--RCNT == 0) //接收数据以定时器的1/3来接收
{
RCNT = 3; //重置接收计数器 接收数据以定时器的1/3来接收 reset send baudrate counter
if (--RBIT == 0) //接收完一帧数据
{
RBUF = RDAT; //存储数据到缓冲区 save the data to RBUF
RING = 0; //停止接收 stop receive
REND = 1; //接收完成标志设置 set receive completed flag
}
else
{
RDAT >>= 1; //把接收的单b数据 暂存到 RDAT(接收缓冲)
if (RXB) RDAT |= 0x80; //shift RX data to RX buffer
}
}
}
else if (!RXB) //判断是不是开始位 RXB=0;
{
RING = 1; //如果是则设置开始接收标志位 set start receive flag
RCNT = 4; //初始化接收波特率计数器 initial receive baudrate counter
RBIT = RxBitLenth; //初始化接收的数据位数(8个数据位+1个停止位) initial receive bit number (8 data bits + 1 stop bit)
}
if (TING) //发送开始标志位 judge whether sending
{
if (--TCNT == 0) //发送数据以定时器的1/3来发送
{
TCNT = 3; //重置发送计数器 reset send baudrate counter
if (TBIT == 0) //发送计数器为0 表明单字节发送还没开始
{
TXB = 0; //发送开始位 send start bit
TDAT = TBUF; //把缓冲的数据放到发送的buff load data from TBUF to TDAT
TBIT = TxBitLenth; //发送数据位数 (8数据位+1停止位) initial send bit number (8 data bits + 1 stop bit)
}
else //发送计数器为非0 正在发送数据
{
if (--TBIT == 0) //发送计数器减为0 表明单字节发送结束
{
TXB = 1; //送停止位数据
TING = 0; //发送停止位 stop send
}
else
{
TDAT >>= 1; //把最低位送到 CY(益处标志位) shift data to CY
TXB = CY; //发送单b数据 write CY to TX port
}
}
}
}
}程序是很容易理解的，如果不能理解请前往定时器相关章节学习
void main()
{
InternalRAM_enable();
// ExternalRAM_enable();
Timer0_1T();
Timer0_AsTimer();
Timer0_16bitAutoReload();
Timer0_Load(Timer0_Reload);
Timer0_InterruptEnable();
Timer0_Run();
EA = 1; //打开总中断 open global interrupt switch
UART_INIT(); //UART模块的初始变量
while (1)
{
if (REND) //如果接收完,把接收到的值存入接收buff
{
REND = 0;
buf[r++ & 0x0f] = RBUF;
}
if(!TING) //发送空闲
{
if (t != r) //有要发送的数据
{
TBUF = buf[t++ & 0x0f];
TING = 1;
}
}
}
}这个主程序做了什么呢？
初始化串口->接收数据->发送数据
InternalRAM_enable(); // ExternalRAM_enable(); Timer0_1T(); Timer0_AsTimer(); Timer0_16bitAutoReload(); Timer0_Load(Timer0_Reload); Timer0_InterruptEnable(); Timer0_Run();
这些函数就不作赘述了，大家可以查看MCU的库
while (1)
{
if (REND) //如果接收完,把接收到的值存入接收buff
{
REND = 0;
buf[r++ & 0x0f] = RBUF;
}
if(!TING) //发送空闲
{
if (t != r) //有要发送的数据
{
TBUF = buf[t++ & 0x0f];
TING = 1;
}
}
}程序无限判断是否接收完成，和是否在发送空闲状态，如果接受到数据就把它存到寄存器里面，然后再发送出去，如果发送到的数据不比接收到的多，就把数据发送过去，这里存在一个明显问题
那就是
t != r
请问作者怎么解决如果发生溢出或者错误导致t!=r的情况？如果错误了，那么程序会陷入无限发送的死循环中，尚且t和r都没有初始化不谈。
