教学课件单片机创新开发教程ch12 使用串口.pptx

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1、单片机创新开发教程-基于STC8吴险峰第12章 使用串口单片机通过串口与外部设备通信。串口类型有很多，单片机中主要是UART，I2C、SPI和单总线等。本章主要介绍UART和串口助手工具的应用。1.情境导入2.学习目标3.相关知识4.项目设计5.项目实现6.知识拓展7.强化练习12.1情境导入小白：“单片机GPIO口感觉学得差不多了。输入有按键、ADC器件，输出有LED灯、数码管、PWM器件。再配合中断定时控制就能做很多项目了。”小牛：“单片机还要必须和外部设备进行信息交换。比如你知道单片机的程序需要通过计算机编译后下载到单片机运行。单片机很多控制信号需要通过计算机发出。这些都需要用到单片机串

2、口通信。现在是物联网时代，不能对外通信的单片机项目价值很低。”小白：“好的，我来学习串口。”12.2 学习目标【知识目标】1.学习基本的串口概念。2.掌握UART的方式和种类。3.掌握STC8串口的结构。【能力目标】1.能使用串口助手工具。2.能进行串口编程。3.会使用Proteus串口终端。4.能设置Proteus仿真日志级别。12.3 相关知识l12.3.1.串口概念l12.3.2.UARTl12.3.3.STC8单片机串口结构l12.3.4.串口1的功能l12.3.5.串口编程步骤l12.3.6.图形化指令l12.3.7.串口打印函数printfl12.3.8.串口工具12.3 相关知识

3、12.3.1.串口概念单片机通信是单片机与外部设备或其他计算机之间的信息交换，可以分为并行通信与串行通信。并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。并行通信控制简单、传输速度快，但是端口占用多。串行通信端口占用少，但数据的传送控制比并行通信复杂。串口就是采用串行通信方式的扩展接口。串口类型有很多，单片机中主要是UART，I2C、SPI和单总线等几类，本章主要介绍UART。其他串口通信方式将在后面的章节论述。12.3 相关知识12.3.2.UART通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousRecei

4、ver/Transmitter，UART)，是一种异步收发传输器，是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx和Tx）就可以完成通信过程，因此也称为异步通信。异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔多少是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位间的时间间隔是固定的。12.3 相关知识12.3.2.UART1.帧格式帧格式 UART的帧格式包含起始位、数据位、校验位和停止位，如图12-1所示。其中各位的意义如下。起始位：先发出一个逻

5、辑“0”信号，表示传输字符的开始。数据位：可以是58位逻辑“0”或“1”。如ASCII码（7位），扩展BCD码（8位）。校验位：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平。空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有资料传送。12.3 相关知识12.3.2.UART2.波特率波特率（BaudRate）表示数据传送速率，即每秒钟传送的二进制位数。波特率通常单位是bit/s，例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位（1个起始位，7个数据位，1个校验位，1个结束位），则其传送的波特率为1

6、01201200字符/秒1200波特。为提高通信速率，可以在1200基础上倍频，所以形成了2400、4800、9600、19200等标准波特率。3.TTL单片机上的UART采用的电平标准是TTL（双极型三极管逻辑电路），不过实际也不一定是TTL电平，只是沿用了TTL的说法。因为现在大部分数字逻辑都是CMOS工艺做的，用MOS管取代了三极管。除了TTL，还有RS232和RS485本质上也属于UART类型。TTL电平：全双工（逻辑1：2.4V5V，逻辑0：0V0.5V）RS-232电平：全双工（逻辑1：-15V-3V，逻辑0：+3V+15V）RS-485：半双工（逻辑1：+2V+6V，逻辑0：-6

7、V-2V）这里的电平指电压差。RS232和RS485主要用于计算机和工控机。UART一般就是指的一般就是指的TTL，和计算机通信时，需要用到逻辑电平转换。12.3 相关知识12.3.3.STC8单片机串口结构STC8H系列单片机具有4个全双工异步串行通信接口。每个串行口由2个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。每个串行口的数据缓冲器由2个互相独立的接收、发送缓冲器构成，可以同时发送和接收数据。串口2/串口3/串口4都只有两种工作方式，这两种方式的波特率都是可变的。用户可用软件设置不同的波特率和选择不同的工作方式。主机可通过查询或中断方式对接收/发送进行程序处

8、理，使用十分灵活。串口1、串口2、串口3、串口4的通信口均可以通过功能管脚的切换功能切换到多组端口，从而可以将一个通信口分时复用为多个通信口。12.3 相关知识12.3.4.串口1的功能由于串口内部结构都一致，我们以串口1为例介绍其功能。串口结构如图12-2所示。12.3 相关知识12.3.4.串口1的功能1.串口串口1控制寄存器（控制寄存器（SCON）SCON是STC8的串口1控制寄存器，也是经典51的唯一串口控制器。符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0SCON98HSM0/FESM1SM2RENTB8RB8TIRI（1）SM0/FE：当PCON寄存器中的SMOD0位为1时，该位为帧错误

9、检测标志位。当UART在接收过程中检测到一个无效停止位时，通过UART接收器将该位置1，必须由软件清零。当PCON寄存器中的SMOD0位为0时，该位和SM1一起指定串口1的通信工作模式，SM0SM1串口1工作模式功能说明00模式0同步移位串行方式01模式1可变波特率8位数据方式10模式2固定波特率9位数据方式11模式3可变波特率9位数据方式（2）0SM2：允许模式2或模式3多机通信控制位。当串口1使用模式2或模式3时，如果SM2位为1且REN位为1，则接收机处于地址帧筛选状态。此时可以利用接收到的第9位（即RB8）来筛选地址帧，若RB8=1，说明该帧是地址帧，地址信息可以进入SBUF，并使RI

10、为1，进而在中断服务程序中再进行地址号比较；若RB8=0，说明该帧不是地址帧，应丢掉且保持RI=0。在模式2或模式3中，如果SM2位为0且REN位为1，接收机处于地址帧筛选被禁止状态，不论收到的RB8为0或1，均可使接收到的信息进入SBUF，并使RI=1，此时RB8通常为校验位。模式1和模式0为非多机通信方式，在这两种方式时，SM2应设置为0。（3）REN：允许/禁止串口接收控制位0：禁止串口接收数据1：允许串口接收数据（4）TB8：当串口1使用模式2或模式3时，TB8为要发送的第9位数据，按需要由软件置位或清0。在模式0和模式1中，该位不用。（5）RB8：当串口1使用模式2或模式3时，RB8

11、为接收到的第9位数据，一般用作校验位或者地址帧/数据帧标志位。在模式0和1中，该位不用。（6）TI：串口1发送中断请求标志位。在模式0中，当串口发送数据第8位结束时，由硬件自动将TI置1，向主机请求中断，响应中断后TI必须用软件清零。在其他模式中，则在停止位开始发送时由硬件自动将TI置1，向CPU发请求中断，响应中断后TI必须用软件清零。（7）RI：串口1接收中断请求标志位。在模式0中，当串口接收第8位数据结束时，由硬件自动将RI置1，向主机请求中断，响应中断后RI必须用软件清零。在其他模式中，串行接收到停止位的中间时刻由硬件自动将RI置1，向CPU发中断申请，响应中断后RI必须由软件清零。1

12、2.3 相关知识12.3.4.串口1的功能2.串口1数据寄存器（SBUF）SBUF实际是2个缓冲器，读缓冲器和写缓冲器，两个操作分别对应两个不同的寄存器，1个是只写寄存器（写缓冲器），1个是只读寄存器（读缓冲器）。对SBUF进行读操作，实际是读取串口接收缓冲区，对SBUF进行写操作则是触发串口开始发送数据。3.电源管理寄存器（PCON）PCON是除了电源管理外，还能控制串口波特率加倍。如表12-3所示。（1）SMOD：串口1波特率控制位。0：串口1的各个模式的波特率都不加倍1：串口1模式1、模式2、模式3的波特率加倍（2）SMOD0：帧错误检测控制位。0：无帧错检测功能1：使能帧错误检测功能。

13、此时SCON的SM0/FE为FE功能，即为帧错误检测标志位。其他的位数和单片机电源管理相关，我们在后面的低功耗章节中再详细介绍。符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0PCON87HSMODSMOD0LVDFPOFGF1GF0PDIDL12.3 相关知识12.3.4.串口1的功能4.辅助寄存器1（AUXR）AUXR能控制串口1在模式0下波特率加倍。如表12-4所示。（1）UART_M0 x6：串口1模式0的通信速度控制0：串口1模式0的波特率不加倍，固定为fosc/121：串口1模式0的波特率6倍速，即固定为fosc/12*6fosc/2（2）S1ST2：串口1波特率发射器选择位0：选择定时器

14、1作为波特率发射器1：选择定时器2作为波特率发射器符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0AUXR8EHT0 x12T1x12UART_M0 x6T2RT2_C/TT2x12EXTRAMS1ST212.3 相关知识12.3.5.串口编程步骤STC8单片机的串口编程步骤如下。（1）设置定时器T1为波特率发生器（TMOD设置）.（2）给定时器T1赋初值。（3）设置串口1工作方式（SCON设置）。（4）打开相应的中断和总中断。（5）打开定时器T1，开始产生波特率。（6）设置串口1处理程序。天问Block图形化模块默认初始化串口为模式1可变波特率8位数据方式。（1）串口1，波特率采用定时器1来控制。（

15、2）串口2，波特率采用定时器2来控制。（3）串口3，波特率采用定时器3来控制。（4）串口4，波特率采用定时器4来控制。使用的时候要注意不要和定时器冲突了。使用的时候要注意不要和定时器冲突了。12.3 相关知识12.3.6.图形化指令常用指令图形化指令实例串口引脚和波特率设置。波特率尽可能选用常用的1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200，和外部晶振有关，特殊波特率如果不能被整除，会导致波特率不准。图形化模块下拉框没有需要的波特率，可以自己添加数字模块后修改 uart_init(UART_1,UART1_RX_P30,UART1_TX_P31,96

16、00,TIM_1);串口发送数据 uart_putchar(UART_1,0 x31);/串口单个字符输出串口发送指定长度的数组数据 uart_putbuff(UART_1,buff,12);/数组输出串口发送字符串 uart_putstr(UART_1,haohaodada);/字符串输出读串口接收/发送中断请求标志位 清除串口接收/发送中断请求标志位 UART1_CLEAR_RX_FLAG获取串口接送缓存数据SBUF设置串口中断，同时打开总中断EA=1;ES=1;串口接收中断函数。串口1中断号为4；串口2中断号为8；串口3中断号为17；串口4中断号为18 void UART_R(void)

17、interrupt 4 using 1 串口格式化打印输出12.3 相关知识12.3.7.串口打印函数printf在天问Block还不能进行代码调试的情况下，通过串口进行打印调试信息至关重要。如果要输出多个参数，可以点击齿轮，然后把左边的项目拖到列表里，就能多一个输入框，自己再拖入一个数字模块，如图12-3所示。串口打印printf指令对应的C语言代码如下。printf_small(haohaodada%d,12345,);注意这里使用的是剪裁版本的printf，不是C库函数版本，功能不全，输出数据长度有限。更多用法，请查看C语言相关知识。12.3 相关知识12.3.8.串口工具通常在单片机和

18、嵌入式软件开发，需要打印调试信息，或者调试串口本身，所以需要在PC有一个工具能够打开并监控串口。一般的串口工具包括设置波特率，设置校验、数据位和停止位，能以ASCII码或十六进制接收或发送任何数据或字符（包括中文），可以任意设定自动发送周期，并能将接收数据保存成文本文件，能发送任意大小的文本文件。天问block和STC-ISP都集成了串口工具，方便使用。12.4 项目设计默认串口端口为：UART1RX(P3_0)TX(P3_1)UART2RX(P1_0)TX(P1_1)UART3RX(P0_0)TX(P0_1)UART4RX(P0_2)TX(P0_3)注意和其他特殊功能指定硬件端口（比如ADC

19、、PWM、I2C等）不同，UART的端口可以通过功能管脚的切换功能切换到多组端口（参见表12-5指令1的下拉菜单），从而可以将一个通信口分时复用为多个通信口，通过图形化模块可以很方便设置。现在UART一般都是通过USB串口转换器件（CH34X，CP210X等）和计算机连接。天问Block默认都安装了相关驱动软件。建议使用开发板配套的STC-Link模块连接。另外STC8H8K64U本身也支持USB（STC芯片带U结尾的型号都支持USB）12.4 项目设计任务1串口发送字符voidsetup()/*本案例程序说明*/本案例可以通过软件的串口监视器查看数据/*/twen_board_init();

20、/天问51初始化uart_init(UART_1,UART1_RX_P30,UART1_TX_P31,9600,TIM_1);/初始化串口voidloop()uart_putchar(UART_1,0 x31);/串口单个字符输出delay(1000);串口1定时发送字符“1”，对应的ASSIC码为0 x31。图形化模块注释除了上次说的标注注释模块方法（详见定时器章节中任务6定时器0数码管扫描定时器计数P3.5）以外，也可以直接语句前面插入说明块。12.4 项目设计任务2串口发送字符串voidloop()uart_putstr(UART_1,haohaodada);/字符串输出delay(10

21、00);和上例相比，程序除了uart_putchar（）单字符输出改成了字符串输出函数uart_putstr（）外，其他框架一样。演示任务2结果时，打开串口工具，可以看到输出字符“haohaodada”，如图12-6所示。12.4 项目设计任务3串口发送数组charmylist5=H,e,l,l,o;voidloop()uart_putbuff(UART_1,mylist,5);/数组输出delay(1000);和上例一样，就是数组输出函数不一样。演示时打开串口工具，可以看到输出字符“Hello”，如图12-8所示。12.4 项目设计任务4串口接收（查询）voidloop()if(UART1_

22、GET_RX_FLAG)UART1_CLEAR_RX_FLAG;rec=SBUF;if(rec=0 x32)uart_putchar(UART_1,0 x31);/串口单个字符输出串口1采用查询方式，读取接收数据，这种方式效率低，当主循环里任务多的时候，容易丢失数据。打开串口工具，我们发送文本2，会自动回复文本1。注意串口工具的发送对单片机就是接收，不要混淆。串口助手工具演示如图12-10所示。12.4 项目设计任务5串口接收（中断）uint8rec=0;voidUART_R(void)interrupt4using1UART1_CLEAR_RX_FLAG;rec=SBUF;if(rec=0

23、x32)uart_putchar(UART_1,0 x31);/串口单个字符输出voidsetup()/*本案例程序说明*/本案例可以通过软件的串口监视器，发送数据，可以查看回传数据，发送2，回传1/*/twen_board_init();/天问51初始化uart_init(UART_1,UART1_RX_P30,UART1_TX_P31,9600,TIM_1);/初始化串口EA=1;ES=1;本例的主循环都是空函数，相比上例效率高，也不会因为主循环任务太多而丢失数据。串口1采用中断方式，读取接收数据。打开串口工具，我们发送十六进制32，会自动回复十六进制31。串口助手工具演示如图12-12所

24、示。12.4 项目设计任务6双串口透传voidUART1(void)interrupt4using1UART1_CLEAR_RX_FLAG;uart_putchar(UART_3,SBUF);/串口单个字符输出voidUART3(void)interrupt17using2UART3_CLEAR_RX_FLAG;uart_putchar(UART_1,S3BUF);/串口单个字符输出voidsetup()twen_board_init();/天问51初始化uart_init(UART_1,UART1_RX_P30,UART1_TX_P31,9600,TIM_1);/初始化串口EA=1;ES=1

25、;uart_init(UART_3,UART3_RX_P50,UART3_TX_P51,9600,TIM_3);/初始化串口EA=1;IE2|=0 x08;有些项目需要用到多串口。处理方式类同于前面的单串口操作。因为每个串口都需要一个定时器作为波特率发生器，因此定时器资源需要提前规划好。11.5 项目实现10.5.1开发板功能演示我们已经在本章上一节项目设计中给出了用STC-ISP串口助手的演示图，如果用天问Block自带的串口工具，结果类似。12.5 项目实现12.5.2.Proteus仿真实例1.主要步骤主要步骤（1）先测试任务）先测试任务1，原理图绘制需要增加虚拟终端（左边虚拟仪器快捷键

26、下选择虚拟终端，原理图绘制需要增加虚拟终端（左边虚拟仪器快捷键下选择虚拟终端VIRTUAL TERMINAL），同时和），同时和串口串口1（P30/P31）连接，如图）连接，如图12-14所示。所示。（2）任务）任务2和任务和任务3的演示结果如图的演示结果如图12-16（a）和（）和（b）所示。）所示。实验结果如图实验结果如图12-15所示，虚拟串口持续输出所示，虚拟串口持续输出“1”。（a）任务2 （b）任务312.5 项目实现12.5.2.Proteus仿真实例（3）任务）任务4和和5演示如图演示如图12-16（c）所示。这里选择了）所示。这里选择了“Echo Typed Characte

27、rs”（显示输入字符）选项，因此输入字符（显示输入字符）选项，因此输入字符2也也显示在页面中，如果不选择该选项，输出结果和图显示在页面中，如果不选择该选项，输出结果和图12-15一样，只显示一样，只显示1。（4）任务）任务6双串口。为了方便双串口。为了方便Proteus演示结果，我们将原来任务演示结果，我们将原来任务6代码改成双串口显示数据。串口代码改成双串口显示数据。串口1显示显示1，串口，串口3显示显示3，代，代码如图码如图12-17所示。所示。仿真图需要加上串口仿真图需要加上串口3，如图，如图12-18所示。演示结果如图所示。演示结果如图12-19所示。所示。12.5 项目实现12.5.

28、2.Proteus仿真实例2.难点剖析难点剖析我们可以不用打开我们可以不用打开Proteus虚拟终端，而是通过设置系统变量的跟踪级别，可以在仿真日志页面（虚拟终端，而是通过设置系统变量的跟踪级别，可以在仿真日志页面（Simulation Log）查看需）查看需要的结果。要的结果。为了跟踪串口运行状态，我们打开为了跟踪串口运行状态，我们打开UART1和和UART3的全程跟踪模式（右键单击单片机选择的全程跟踪模式（右键单击单片机选择“设置诊断设置诊断Configuration Diagnostics”，然后找到，然后找到UART1和和UART3，选择，选择“全程跟踪全程跟踪Full Trace”）

29、，如图），如图12-20所示。所示。在程序运行时，在仿真日志在程序运行时，在仿真日志页面（页面（Simulation Log）收）收到相关消息，从消息可以看到相关消息，从消息可以看出，出，UART3端口是可以设置端口是可以设置的，一开始先是找的的，一开始先是找的P0.0和和P0.1，然后才是跳转到，然后才是跳转到P5.0和和P5.3。这种功能端口的切。这种功能端口的切换主要是换主要是P_SW2外设端口切外设端口切换寄存器换寄存器2来设置。只是图形来设置。只是图形化模块已经将该功能封装了，化模块已经将该功能封装了，看不出寄存器看不出寄存器P_SW2设置过设置过程，如图程，如图12-21所示。所示

30、。12.6.知识拓展【案例】国货之光CH340l各类单片机都需要和计算机连接用来下载程序或者传输数据。现在计算机基本外设接口都是USB总线，因此就需要有USB转换芯片将USB口转换成TTL串口。l在各类不同品牌的串口芯片中，CH340作为国产USB转换芯片的代表，在激烈的市场竞争中不断发展壮大，从玩具、小家电、教育开发板等中低端市场不断赢得口碑和声誉，并持续向中高端市场发力，成为国货之光。现在CH340已经从原来简单的USB电平转换芯片变成了自带EEPROM和晶振，支持红外、蓝牙、多串口等功能的多产品系列。相关USB系列芯片出货量过亿。lCH340的成功，是中国厂商直面市场竞争，发展壮大实力，实现自主创新。也得益于国家对科技创新的长期战略规划。l【思考与启示】l1.CH340如何在市场竞争中求发展？l2.如何看待中国芯的未来？12.7强化练习1流水灯实验：用计算机键盘1和0控制单片机P6流水灯方向。当按下“1”，流水灯从左到右闪烁，按下“0”从右到左闪烁。2用天问Block自带的串口工具完成本章任务。谢谢观看