51单片机的UART应用

串行通信方式：将数据字节分成一位一位的行驶在一条传输线上进行传输，如图：

异步串行通讯方式：异步串行通信数据格式一般为字符格式，一个字符一个字符（即一帧）地传输，每个字符一位一位的传输，各个位是以固定的时间（即波特率）传送的，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符间的间隙没有固定的间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平），字符本身由5-7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位（也可以没有校验位），最后一位或一位半或两位停止位，停止位后面是不定长的空闲位。其一帧字符信息由4部分组成：起始位、数据位、奇偶检验位、停止位。停止位和空闲位都规定为高电平，这样就保证了起始位开始处有一个下跳沿。

通讯的发送和接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收，为使双方收发协调，要求发送和接收的时钟尽可能一致（即波特率要一致），所以收发设备都要保持一致的协议配置，波特率、停止位、数据位、校验位等。如图：

帧格式：

波特率：波特率即数据传速率，表示每秒传送二进制代码的位数，它的单位是b/s。波特率对于CPU与外界的通信是很重要的，假设数据传送的速率是120字符/s，而每个字符格式包含10个代码位（一个起始位，一个中止位、8位数据位D0-D7），这是传送的波特率为：10bit/字符*120字符/s = 1200 b/s。波特率即为1200 b/s。每一位的时间即为1/1200。

串行口结构：51单片机串行口是一个可编程全双工的通信接口，具有Uart（通用异步收发器）的全部功能，能同时进行数据的发送与接收，也可作为同步一位寄存器使用。其主要由两个独立的串行数据缓冲寄存器SBUF （一个发送，一个接收）和发送控制器、接收控制器,输入移位寄存器及若干控制门电路。如图：

上图中有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H，可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入，不能读出；接收缓冲器只能读出，不能写入。

上图中可以看出，接收器是双缓冲结构，在前一个字节被从接收缓冲器SBUF读出之前，第二个字节即开始接收（串行输入至移位寄存器），但是，在第二个字节接收完毕而前一个字节CPU未读取时，会丢失前一个字节。

串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读、写的。当向SBUF发送“写”命令时（SBUF = num，假设num是我已经定义好的一个变量），即是向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，发送完后发送中断标志位TI则自动置1。

在满足串行口接收中断标志位RI = 0的条件下，置允许接收位REN = 1，就会接收一帧数据进入移位寄存器，并装载到接收SBUF中，同时使RI = 1，当发读SBUF命令时（num = SBUF），便由接收缓冲器SBUF取出信息通过89c51内部总线送CPU。

对于发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误，一般不需要用双缓冲结构来保持最大传送速率。

串口方式1：10位数据异步通讯口，1起始，8数据，1停止，TXD（P3.1）为数据发送引脚，RXD（P3.0）为数据接收引脚。其传输波特率可变，对51而言，波特率有定时器1的溢出率而决定，一般而言，在单片基于单片机，单片机与计算机，计算机与计算机串口通讯时，基本都市选择方式1，所以此种方式必须掌握。

串口方式1的编程实现：

方式1数据输出时序图如下：

当数据被写入SBUF寄存器后，单片机自动开始从起始位发送数据，发送到停止位的开始时，由内部硬件将TI置1，向CPU申请中断，接下来可在中断服务程序中进行相关处理。

接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器的最左边，
控制电路进行最后一次移位，当RI=0且SM2=0（或结收到的停止位为1）时，
将接受到的9位数据前8位数据装入接收SBUF，第九位（停止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU申请中断，

串行口控制字及控制寄存器

SCON：

SM0、SM1工作方式控制位

SM2：多机通信控制位，1-允许、0-不允许；主要用于方式2和方式3。

REN：串行接收允许位（相当于串行接收的开关，在串行通信接收控制过程中，如果满足RI = 0和REN = 1的条件，就允许接收。）。1-允许、0-不允许

TB8：发送数据第九位

RB8：接收数据第九位

TI：发送中断标志位，在一帧数据发送完时被置位。在串行发送到停止位的开始时由硬件置位，可用软件查询。它同时也申请中断。TI置位意味着向CPU提供“发送缓冲器SBUF已空”的信息，CPU可以准备发送下一帧数据。串行口发送中断被响应后，TI不会自动清0，必须软件清0.

RI：接收中断标志位，接收中断标志，在接收到一帧数据后由硬件置位。当RI = 1时，申请中断，表示一帧数据接收结束，并已装入接收SBUF中，要求CPU取走数据，CPU响应中断，取走数据。RI位也必须由软件来清0。

串行发送中断标志TI和接收中断标志RI是同一个中断源，CPU事先不知道是发送中断TI还是接收中断RI产生的中断请求，所以，在全双工通信时，必须由软件来判别。复位时SCON所有位都清0.

小结：
此处意在理解串口传输的几个要点：
①串口数据由TX和RX（发送和接收）两根数据线组成。
②串口数据在51单片机内，是由SBUF寄存器来存储的，且每次只能存储一位（即一个字节）。
③串口数据发送过程：读SBUF，将一位数据从TX传送出去，同时发送完毕TI置1。
④串口数据接收过程：写SBUF，将一位数据从RX接收进来，同时接收完毕RI置1。
⑤虽然从程序上看都是SBUF，但实际上内部读操作和写操作是针对不同的寄存器操作的。
⑥无论是单片机内部串口间传输、与外部串口传输，数据均可先存入存储区（如数组，flash等），然后逐位传输。

串口数据接收举例：

串口数据接收与发送都应该做成一个完整的数据包，包括包头、数据长度、数据位、校验位等；

接收一包数据不能只考虑接收一包正确的数据，还应考虑如果收到错误的数据、不完整的数据等该怎么处理，如下：

/******************************************************************************************************************
*@brief: 串口接收中断函数
*@param:
*@return:
*@descriptions: 数据收到包头0xA5开始接收指定长度的数据
*               1、有数据但没有包头0xA5，则丢弃不接收
*               2、数据有包头0xA5，但数据大于指定长度，则只接收指定的长度，多余的丢弃
*               3、数据有包头0xA5，但数据小于指定长度或50ms内没有收到完整的数据包，则不做处理
*               4、正常收到一包数据，但立即又收到一包正常的数据包，则后一包数据丢弃
********************************************************************************************************************/
uint8 UartFlagRxE = 0;  /*一包数据接收完成*/
uint8 UartRxIndex = 0;
uint8 UartRxHead =0;
uint8 UartFlagRxErr =0; /*数据出错标志位，0表示没有错；1表示数据出错*/
uint8 UartFlagRxRrrCount =0; /*数据出错计数，收到错误数据，50ms后重新开始*/
xdata uint8 UartRxPackage[UART_RX_BUFF_LEN];
xdata uint8 UartTxPackage[UART_TX_BUFF_LEN];
void uart_interrupt()  interrupt 4
{if(RI ==1)  /*接收完一个字节，RI就被硬件置一，需软件清零*/{RI =0;   /*清中断准备接收下一字节*/if(UartFlagRxE == 0)  /*解决注释中第4个问题，当UartRxPackage处理完后，UartFlagRxE会置零，才可以接收新的数据*/{if(UartRxHead ==0)  {if(SBUF0 == 0xA5) /*检测到包头*/{                   UartRxHead =1;       /*置一，下一个字节就在下一段程序保存*/UartRxIndex = 0;        /*数组指针从0开始缓存*/UartRxPackage[UartRxIndex++] =SBUF0;   /*保存包头*/ }}else{UartRxPackage[UartRxIndex++] =SBUF0; /*保存剩余的数据*/                 if(UartRxIndex >= UART_RX_PACK_LEN)  /*一包数据接收完成*/{UartRxHead = 0;            /*接收完一包数据，从0开始重新接收*/              UartFlagRxE =1;   /*接收完一包数据*/UartFlagRxErr = 0;}else    /*收到包头开始计时50ms内没有收到完整的数据包，视为数据错误，清零重新开始；UartRxHead变量要置零*/      {UartFlagRxErr = 1;UartFlagRxRrrCount = 0;/*可在定时器中计时*/}} }           }
}

可能会遇到的问题：

初始化后，发送一串初始化信息，如“UartSendString("uart_init");”，串口助手接收的是“art_init”，‘u’没有接收到；可能是串口初始化时TI被置一了（TI = 1;），应该TI被置零的（TI= 0）。

使用UART作为数据传输需要注意：

发送方的数据封装；接收方的数据解析
收到错误数据该怎么处理；
收到数据比正常一包数据要大，该怎么处理；
收到一包数据，包头正确，后面数据不完整，该怎么处理；

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