串口通信以及波特率计算方法

串口通信

51单片机内部自带UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器），可实现单片机的串口通信

RS-232 也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口,比如我们的电脑主机的9针串口，最高速率为20kb/s

RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其传送距离最大为约15米。所以RS-232适合本地设备之间的通信

硬件电路

简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）

TXD与RXD要交叉连接

当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线

当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

电平标准

电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

TTL电平：+5V表示1，0V表示0

RS232电平：-3 ~ -15V表示1，+3 ~ +15V表示0

RS485电平：两线压差+2 ~ +6V表示1，-2 ~ -6V表示0（差分信号）

常见通信接口比较

名称	引脚定义	通信方式	特点
UART	TXD、RXD	全双工、异步	点对点通信
I²C	SCL、SDA	半双工、同步	可挂载多个设备
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工、同步	可挂载多个设备
1-Wire	DQ	半双工、异步	可挂载多个设备

此外还有CAN、USB等

通信方式

全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据

半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线

单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输

异步：通信双方各自约定通信速率

同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率

总线：连接各个设备的数据传输线路（类似于一条马路，把路边各住户连接起来，使住户可以相互交流）

51串口通信工作模式

STC89C52有1个UART

STC89C52的UART有四种工作模式：

模式0：同步移位寄存器

模式1：8位UART，波特率可变（常用）

模式2：9位UART，波特率固定

模式3：9位UART，波特率可变

串口参数及时序图

波特率：串口通信的速率（发送和接收各数据位的间隔时间）

在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为**（二进制）码元**

波特率可以被理解为一个设备在单位时间内发送（或接收）了多少码元（二进制）的数据，它是对符号传输速率的一种度量，表示单位时间内传输符号的个数（传符号率）

比特率又称“二进制位速率”，俗称“码率”。表示单位时间内传送比特的数目。用于衡量数字信息的传送速度，常写作bit/sec。根据每帧图像存储时所占的比特数和传输比特率，可以计算数字图像信息传输的速度

检验位：用于数据验证

停止位：用于数据帧间隔

串口模式图

SBUF：串口数据缓存寄存器，物理上是两个独立的寄存器，但占用相同的地址。写操作时，写入的是发送寄存器，读操作时，读出的是接收寄存器

由图可知需要用到T1定时器，使用定时器设置波特率，也需要开启中断

串口使用定时器1，模式选择8位自动重装载

数据显示模式

在串口助手中与单片机收发数据时有两种数据形式：

HEX模式/十六进制模式/二进制模式：以原始数据的形式显示

文本模式/字符模式：以原始数据编码后的形式显示，该编码依据ASCII码表，是十六进制的对应字符显示

波特率计算

SMOD:波特率选择位。当用软件置位SMOD，即SMOD=1，则使串行通信方式1、2、3的波特率加倍；SMOD=0，则各工作方式的波特率不加倍。复位时SMOD=0。

一般选择不加倍，所以SMOD为0，SYSclk是单片机时钟，也就是晶振的频率，11.0592MHz，运算时要转化为基本单位Hz，即11059200Hz

定时器工作模式是8位自动重装载，TH1和TL1赋的初值一样

9600：

12T模式定时器1溢出率：11059200Hz/12/(256-TH1) = 11059200Hz/12*(256-TH1) = 921600/(256-TH1)

9600 = 2^SMOD/32*(921600/(256-TH1)) = 1/32 * (921600/(256-TH1)) = 28800/(256-TH1)

256-TH1 = 28800/9600 = 3，TH1 = 256-3 = 253，253转为十六进制就是FD，所以TH1 = TL1 = FD

4800：

12T模式定时器1溢出率：11059200Hz/12/(256-TH1) = 11059200Hz/12*(256-TH1) = 921600/(256-TH1)

4800= 2^SMOD/32*(921600/(256-TH1)) = 1/32 * (921600/(256-TH1)) = 28800/(256-TH1)

256-TH1 = 28800/4800 = 6，TH1 = 256 - 6 = 250，253转为十六进制就是FA，所以TH1 = TL1 = FA