51单片机串口多机通信
- 需要用的的寄存器 (了解的可直接跳到下一节）
  - TMOD 定时器/计数器模式控制寄存器
  - TCON 定时器控制寄存器
  - SCON 串口控制寄存器
  - PCON 电源控制位寄存器
  - IE 中断中断使能寄存器
- 补充说明，TH1 预置值计算，中断源
  - 波特率计算公式
  - 中断源
- 主从机工作模式和串口初始化代码
  - （Master host）主机串口初始化，串口发送，中断接收代码
  - （Slave host ）从机串口初始化，串口发送，中断接收代码
- 主从机的地址标识
- 主从机的数据帧约束
- 接线图和注意事项
- 后续可以进行的功能扩展（设想）
- 完整代码链接

51单片机串口多机通信

实验所用硬件： STC89C52、11.0592MHz 晶振，9600bps

需要用的的寄存器 (了解的可直接跳到下一节）

TMOD 定时器/计数器模式控制寄存
TCON 定时器控制寄存器
SCON 串口控制寄存器
PCON 电源控制位寄存器
IE(interrupt enable) 中断中断使能寄存器

TMOD 定时器/计数器模式控制寄存器

定时器/计数器模式控制寄存器TMOD是一个逐位定义的8位寄存器，但只能使用字节寻址，其字节地址为89H。

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
GATE	C/T	M1	M0	GATE	C/T	M1	M0

D0~D3 :为T0定时/计数器的设置，D4~D7为T1定时/计数器的设置。
GATE ：为门控位，GATE=0时，只要在编写程序时，使TCON中的TRO或TR1为1，就可以启动定时器/计数器工作。
- GATE=1时，不仅要在编写程序时，使TCON中的TR0或TR1为1，且需要外部引脚也为高电平，才能工作。
C/T :定时/计数模式切换，C/T=0时为定时模式，C/T=1时为计数模式。
M1,M0 :用来选择定时计/计数器的工作方式，一般使用都是采用16位的计时计数器

M1	M0	工作模式	说明
0	0	0	13位计时计数器（8192）
0	1	1	16位计时计数器（65535）
1	0	2	8位计时计数器，可自动重新载入计数值（256）
1	1	3	当成两组独立的8位计时器（256，T0 和T1 不能同时使用

TCON 定时器控制寄存器

定时器控制寄存器，作用是控制定时器的启、停，标志定时器溢出和中断情况。

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0

TF1 ：TF1=1表示T1有中断产生。（Timer Flag，定时器标志位）
TR1 ：TR1=1表示T1开始运行。（单片机中T0引脚，需要高低电平的驱动）
TF0 ：TF0=1表示T0有中断产生。
TR0 ：TR0=1表示T0开始运行。（单片机中T1引脚，需要高低电平的驱动）
IE1 ：IE1=1表示INT1有中断产生。
IT1 ：IT1=1表示INT1为下降沿触发，IT1=0表示INT1为低电平触发。
IE0 ：IE0=1表示INT0有中断产生。
IT0 ：IT0=1表示INT0为下降沿（负跳变）触发，IT0=0表示INT0为低电平触发。

外部中断：
- IE0/IE1：外部中断请求标志位当INT0(INT1)引脚出现有效的请求信号，此位由单片机自动置1，CPU开始响应，处理中断，而当入中断程序后由单片机自动置0.
- IT0/IT1:外部中断触发方式控制位 //选择有效信号 IT0/IT1=1:脉冲触发方式,下降沿有效。IT0/IT1=0:电平触发方式,低电平有效。

SCON 串口控制寄存器

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	T1	RI

SM0、SM1工作方式控制位
SM2：多机通信控制位，1-允许、0-不允许
REN：串行接收允许位。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
RI：接收中断标志位

SM0和SM1

串行口工作方式选择位，两个选择位对应四种通信方式，如下表，其中f_{osc是振荡频率}

SM0	SM1	工作方式	功能	波特率
0	0	方式0	8位同步移位寄存器	f_osc/12
0	1	方式1	10位UART	可变
1	0	方式2	11位UART	f_osc/32 或 f_osc/64
1	1	方式3	11位UART	可变

工作方式2

(SM0 SM1 :1 0)：串行口为11位异步通信接口。
- 发送或接收一帧信息包括1位起始位“0”、8位数据位、1位可编程位、1位停止位“1”。
- 发送数据：
  - 发送前，先根据通信协议由软件设置TB8为“奇偶校验位”或“数据标识位”，然后将要发送的数据写入SBUF，即能启动发送器。
  - 发送过程是由执行任何一条以SBUF为目的寄存器的指令而启动的，把8位数据装入SBUF，同时还把TB8装到发送移位寄存器的第9位上，然后从TXD(P3.1)端口输出一帧数据。
- 接收数据：
  - 先置REN=1，使串行口为允许接收状态，同时还要将RI清“0”。
  - 然后再根据SM2的状态和所接收到的RB8的状态决定此串行口在信息到来后是否置R1=1，并申请中断，通知CPU接收数据。
工作方式3

(SM0 SM1 :1 1)：为波特率可变的11位异步通信方式，除了波特率有所区别之外，其余方式都与方式2相同。

SM2

多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。
- 若SM2 = 1,允许多机通信。
  - 多机通信协议规定，第9位数据（D8）为1，说明本帧数据为地址帧；
  - 若第9位数据为0，则本帧数据为数据帧。
- 若SM2 = 0, 即不属于多机通信情况，则接收完一帧数据后，不管第9位数据是0还是1，都置RI = 1，接收到的数据装入SBUF中。
  - 在方式0时SM2必须置0。在方式1时，若SM2 = 1，则只有接收到有效停止位时，RI才置1，以便接收下一帧数据。
1. 多机通信时
  - 当一个89c51（主机）与多个89c51（从机）通信时，所有从机的SM2位都置1，主机首先发送的一帧数据为地址，即某从机号，其中第9位为1。
  - 所有的从机接收数据后，将其中第9位数据装入RB8中。各个从机根据接收到的第9位数据（RB8中）的值来决定从机是否再接收主机的信息。
    - 若（RB8）= 0，说明是数据帧，则使接收中断标志位RI = 0，信息丢失，
    - 若RB8 = 1，说明是地址帧，数据装入SBUF并置RI = 1，中断所有从机，被寻址的目标从机清除SM2，以接收主机发来的一帧数据，其它从机仍然保持SM2 = 1。
REN

允许接收控制位，由软件置1或清0
- REN = 1时，允许接收，相当于串行接收的开关
- REN = 0时，禁止接收
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。
TB8, RB8
- TB8
发送数据的第9位（D8）装入TB8中。在方式2或方式3中，根据发送数据的需求由软件置位或复位。在许多通信协议中可用作奇偶校验位，也可以在多机通信中作为发送地址帧或者数据帧的标志位。
- RB8
接收数据的第9位，原理同TB8
TI, RI
- 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，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,。
- 注意
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.

PCON 电源控制位寄存器

电源控制位寄存器PCON中只有SMOD位与串口工作有关，如下图所示

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
SMOD	X	X	X	GF1	GF0	PD	IDL

SMOD：波特率倍增位。在方式1、2、3中，当SMOD = 1时，波特率提高一倍。

IE 中断中断使能寄存器

位	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
符号	EA	–	ET2	ES	ET1	EX1	ET0	EX0
复位值	0	–	0	0	0	0	0	0

想要中断发生时，CPU能处理中断函数，就必须使能相应的中断，通过IE配置即可。为1时使能，为0不使能

EA （enable ALL ）：中断使能总开关位。1开启，0关闭。若EA不开启，即便5个中断都开启，CPU也不会处理中断。
EX0：外部中断INT0使能
EX1：外部中断INT1使能
ET0：定时器0中断使能
ET1：定时器1中断使能
ET2：定时器2中断使能
ES: 串口中断使能

补充说明，TH1 预置值计算，中断源

TH1 预置值计算公式

注意 SMOD=0时，K=1；SMOD=1时，K=2；

T H 1 = 256 − K ∗ F o s c 384 ∗ B a u d R a t e TH1 = 256 - \frac{K*F_osc}{384*BaudRate} TH1=256−384∗BaudRateK∗Fosc

举例，波特率为9600 bps，所用晶振为 11.0592 MHz，SMOD = 1，TH1 预置值应为 0xFA.
T H 1 = 256 − 2 ∗ 11059200 384 ∗ 9600 = 250 ( 0 x F A ) TH1 = 256 - \frac{2*11059200}{384*9600} = 250 (0xFA) TH1=256−384∗96002∗11059200=250(0xFA)

中断源

中断源	引发原因	默认优先级	中断序号(C语言)	入口地址（汇编用）中断标号*8 +3得到
INT0	引脚输入低电平或者下降沿引发。此时标志位IE0=1	最高	0 0003
T0	T0对应的TF0溢出时发生。此时标志位TF0 = 1		1	000B
INT1	引脚输入低电平或者下降沿引发。此时标志位IE1=1		2	0013
T1	T1对应的TF1溢出时发生。此时标志位TF1 = 1		3	001B
串口中断	串口完成一帧字符的接受/发送引发。		4	0023
T2（如果有的话）	T2对应的TF2溢出时发生。标志位TF2 = 1	最低	5	002B

若配置好了相应的中断，当中断发生时，单片机就会自动去调用中断函数，来处理中断。

在执行中断函数前，除了串行口中断的标志位需要用代码指令软件归零外，其他的中断标志位都是硬件自动归零。

注意

中断函数可以写在分文件里，在.c源文件中的写法。

void functionNmae() interrupt 中断序号 {}

在头文件中的写法

void functionName(); //直接省略中断序号即可

主从机工作模式和串口初始化代码

51单片机的主从模式，首先要设定工作方式3：(主从模式+波特率可变)。SCON串口功能寄存器：SM0=1;SM1=1(工作方式3)

（Master host）主机串口初始化，串口发送，中断接收代码

串口发送

主机的配置发送“地址”时，把TB8设定为1，发送数据时TB8设定为0，(类似于：主机 TB8=1发送的是地址，TB8=0发送的是数据)

void TXdata(uchar addr,uchar *str){TB8 = 1; //发送地址SBUF = addr; //把地址发送出去while(!TI); //判断是否发送成功(发送成功后TI会置1，需手动清0)TI = 0;TB8 = 0; //发送数据while(*str != '\0') //发送数组{SBUF = (*str);while(!TI);TI = 0;str++;}
}

假设主机将发送“1234”给地址为1的从机：调用函数：TXdata(1,“1234$”);

主机接收

void chuan() interrupt 4 //串口中断服务函数
{ES = 0; //关闭串口中断if(RI) //再次判断，是否接收到数据(接收到数据后，RI会置1，需手动清0){RXData = SBUF;if(RXstart) //判断是否接收到过本地址{if(RXData != '$') //判断是否接收到 数据结束 标志 ${temp[j] = RXData; //没有接收到结束标志，正常保存数据至数组j++;}else //接收到 结束标志 ${RXstart= 0; //本次接收结束j = 0;}}if(RXData == 1) //判断是否呼叫本机，地址范围：000 – 254(00 - FE){RXstart = '0'; //开始接收数据}}RI = 0; //清除接收标志位ES = 1; //重新开启串口中断
}

主机串口初始化

void UART_init()
{TMOD = 0x20; //定时器1，工作方式2：8位、自动重装TH1 = 0xfd; //fd: 9600bps @ 11.0592MTL1 = 0xfd; //e8: 1200bps @ 11.0592M//f4: 2400bps @ 11.0592MREN = 1; //允许串口接收SM0 = 1;SM1 = 1; //SM0和SM1：串口工作模式3，主从模式 + 波特率可变//SM2 = 1; //只接收地址(从机如此配置，主机不需要)ES = 1; //开串口中断TR1 = 1; //启动定时器1EA = 1; //中断 总开关
}

（Slave host ）从机串口初始化，串口发送，中断接收代码

注意

从机发送给主机的数据帧要以字符 ‘0’ 开头，标识这个要主机接收的。

串口发送

void TXdata(uchar *str){while(*str != '\0') //发送数组{SBUF = (*str);while(!TI);TI = 0;str++;}
}

从机接收
- 从机接收时，首先串口初始化时，使SM2=1(接收地址模式，即只能接收到TB8=1的数据，才触发中断)，主机发送TB=0的数据，被认为是总线上的主机发送给别机的通信数据，本机丢弃，不产生中断。
- 接收的地址与本机地址相符后，使SM2=0(接收数据模式，接收数据正常触发中断)。(类似于：从机 SM2=1只接收地址，SM2=0只接收数据)

void chuan() interrupt 4 //串口中断服务函数
{ES = 0; //关闭串口中断if(RI) //再次判断，是否接收到数据(接收到数据后，RI会置1，需手动清0){RXData = SBUF;if(RXstart) //判断是否接收到过本地址{if(RXData != '$') //判断是否接收到 数据结束 标志 ${temp[j] = RXData; //没有接收到结束标志，正常保存数据至数组j++;}else //接收到 结束标志 ${RXstart= 0; //本次接收结束SM2 = 1; //重新 配置为：只接收地址 模式，下次发送TB8=1才中断j = 0;}}if(RXData == 1) //判断是否呼叫本机，地址范围：000 – 254(00 - FE){RXstart = 1; //开始接收数据SM2 = 0; //配置为：接收数据 模式}}RI = 0; //清除接收标志位ES = 1; //重新开启串口中断
}

从机串口初始化

void UART_init()
{TMOD = 0x20; //定时器1，工作方式2：8位、自动重装TH1 = 0xfd; //fd: 9600bps @ 11.0592MTL1 = 0xfd; //e8: 1200bps @ 11.0592M//f4: 2400bps @ 11.0592MREN = 1; //允许串口接收SM0 = 1;SM1 = 1; //SM0和SM1：串口工作模式3，主从模式 + 波特率可变SM2 = 1; //只接收地址(从机如此配置，主机不需要)ES = 1; //开串口中断TR1 = 1; //启动定时器1EA = 1; //中断 总开关
}

主从机的地址标识

地址用一个8位字符表示可以，大小可以设置从 000-255。主机默认是0。

主从机的数据帧约束

无论是主机还是从机发送的数据帧都要以 ‘address’ 开头， ‘$’ 结尾。

{ ‘address’, ‘…’, ‘$’ }

接线图和注意事项

主机的RX 与所有从机的TX 连接。主机的TX 与所有从机的RX 连接。

从机和从机之间通信，只能通过主机中转。
各从机的TXD输出不能设置为推挽输出，要设置为开漏输出。
通信总线不能过长，最好不超过2米。

后续可以进行的功能扩展（设想）

添加控制指令

由主机 -> 从机. 可以设置数据帧 {‘slave 1 addresss’, ‘GET’, ‘$’}. 表示主机想要获取从机从传感器中获得的数据。

主机中转传输

如设置一个指令字符帧开头 {‘master address’, ‘TRANSFER’, ‘slave 2 address’, “Data”, ‘$’}. 表示数据由主机代为转发到从机 “slave 2 address”.

完整代码链接

主机

serialmaster.h
serialmaster.c

从机

serial_slave.h
serial_slave.c