UART串口通信的初步認(rèn)識(shí)

通信，按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸與交換。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，通信則與傳感器、存儲(chǔ)芯片、外圍控制芯片等技術(shù)緊密結(jié)合，成為整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”。沒(méi)有通信，單片機(jī)所實(shí)現(xiàn)的功能僅僅局限于單片機(jī)本身，就無(wú)法通過(guò)其它設(shè)備獲得有用信息，也無(wú)法將自己產(chǎn)生的信息告訴其它設(shè)備。如果單片機(jī)通信沒(méi)處理好的話，它和外圍器件的合作程度就受到限制，最終整個(gè)系統(tǒng)也無(wú)法完成強(qiáng)大的功能，由此可見(jiàn)單片機(jī)通信技術(shù)的重要性。UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用異步收發(fā)器）串行通信是單片機(jī)最常用的一種通信技術(shù)，通常用于單片機(jī)和電腦之間以及單片機(jī)和單片機(jī)之間的通信。

11.1 串行通信的初步認(rèn)識(shí)

通信按照基本類型可以分為并行通信和串行通信。并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以實(shí)現(xiàn)字節(jié)為單位通信，但是通信線多占用資源多，成本高。比如我們前邊用到的P0 = 0xFE;一次給P0的8個(gè)IO口分別賦值，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)輸出，類似于有8個(gè)車道同時(shí)可以過(guò)去8輛車一樣，這種形式就是并行的，我們習(xí)慣上還稱P0、P1、P2和P3為51單片機(jī)的4組并行總線。

而串行通信，就如同一條車道，一次只能一輛車過(guò)去，如果一個(gè)0xFE這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要傳輸過(guò)去的話，假如低位在前高位在后的話，那發(fā)送方式就是0-1-1-1-1-1-1-1-1，一位一位的發(fā)送出去的，要發(fā)送8次才能發(fā)送完一個(gè)字節(jié)。

STC89C52有兩個(gè)引腳是專門用來(lái)做UART串行通信的，一個(gè)是P3.0一個(gè)是P3.1，它們還分別有另外的名字叫做RXD和TXD，由它們組成的通信接口就叫做串行接口，簡(jiǎn)稱串口。用兩個(gè)單片機(jī)進(jìn)行UART串口通信，基本的演示圖如圖11-1所示。

圖11-1 單片機(jī)之間UART通信示意圖

圖中，GND表示單片機(jī)系統(tǒng)電源的參考地，TXD是串行發(fā)送引腳，RXD是串行接收引腳。兩個(gè)單片機(jī)之間要通信，首先電源基準(zhǔn)得一樣，所以我們要把兩個(gè)單片機(jī)的GND相互連接起來(lái)，然后單片機(jī)1的TXD引腳接到單片機(jī)2的RXD引腳上，即此路為單片機(jī)1發(fā)送而單片機(jī)2接收的通道，單片機(jī)1的RXD引腳接到單片機(jī)2的TXD引腳上，即此路為單片機(jī)2發(fā)送而單片機(jī)1接收的通道。這個(gè)示意圖就體現(xiàn)了兩個(gè)單片機(jī)相互收發(fā)信息的過(guò)程。

當(dāng)單片機(jī)1想給單片機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，比如發(fā)送一個(gè)0xE4這個(gè)數(shù)據(jù)，用二進(jìn)制形式表示就是0b11100100，在UART通信過(guò)程中，是低位先發(fā)，高位后發(fā)的原則，那么就讓TXD首先拉低電平，持續(xù)一段時(shí)間，發(fā)送一位0，然后繼續(xù)拉低，再持續(xù)一段時(shí)間，又發(fā)送了一位0，然后拉高電平，持續(xù)一段時(shí)間，發(fā)了一位1……一直到把8位二進(jìn)制數(shù)字0b11100100全部發(fā)送完畢。這里就涉及到了一個(gè)問(wèn)題，就是持續(xù)的這“一段時(shí)間”到底是多久？由此便引入了通信中的一個(gè)重要概念——波特率，也叫做比特率。

波特率就是發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)位的速率，習(xí)慣上用baud表示，即我們發(fā)送一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間=1/baud。在通信之前，單片機(jī)1和單片機(jī)2首先都要明確的約定好它們之間的通信波特率，必須保持一致，收發(fā)雙方才能正常實(shí)現(xiàn)通信，這一點(diǎn)大家一定要記清楚。

約定好速度后，我們還要考慮第二個(gè)問(wèn)題，數(shù)據(jù)什么時(shí)候是起始，什么時(shí)候是結(jié)束呢？不管是提前接收還是延遲接收，數(shù)據(jù)都會(huì)接收錯(cuò)誤。在UART通信的時(shí)候，一個(gè)字節(jié)是8位，規(guī)定當(dāng)沒(méi)有通信信號(hào)發(fā)生時(shí)，通信線路保持高電平，當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)之前，先發(fā)一位0表示起始位，然后發(fā)送8位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位是先低后高的順序，數(shù)據(jù)位發(fā)完后再發(fā)一位1表示停止位。這樣本來(lái)要發(fā)送一個(gè)字節(jié)的8位數(shù)據(jù)，而實(shí)際上我們一共發(fā)送了10位，多出來(lái)的兩位其中一位起始位，一位停止位。而接收方呢，原本一直保持的高電平，一旦檢測(cè)到了一位低電平，那就知道了要開(kāi)始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)了，接收到8位數(shù)據(jù)位后，然后檢測(cè)到停止位，再準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)的接收。我們圖示看一下，如圖11-2所示。

圖11-2 串口數(shù)據(jù)發(fā)送示意圖

圖11-2串口數(shù)據(jù)發(fā)送示意圖，實(shí)際上是一個(gè)時(shí)域示意圖，就是信號(hào)隨著時(shí)間變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如在單片機(jī)的發(fā)送引腳上，左邊的是先發(fā)生的，右邊的是后發(fā)生的，數(shù)據(jù)位的切換時(shí)間就是波特率分之一秒，如果能夠理解時(shí)域的概念，后邊很多通信的時(shí)序圖就很容易理解了。

11.2 RS232通信接口

在我們的臺(tái)式電腦上，一般都會(huì)有一個(gè)9針的串行接口，這個(gè)串行接口叫做RS232接口，它和UART通信有關(guān)聯(lián)，但是由于現(xiàn)在筆記本電腦都不帶這種9針串口了，所以和單片機(jī)通信越來(lái)越趨向于使用USB虛擬的串口，因此這一節(jié)的內(nèi)容作為了解內(nèi)容，大家知道有這么回事就行了。

我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串口，在物理結(jié)構(gòu)上分為9針的和9孔的，習(xí)慣上我們也稱之為公頭和母頭，如圖11-3所示。

圖11-3 RS232通信接口

RS232接口一共有9個(gè)引腳，分別定義是：1、載波檢測(cè)DCD；2、接收數(shù)據(jù)RXD；3、發(fā)送數(shù)據(jù)TXD；4、數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR；5、信號(hào)地線SG；6、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好DSR；7、請(qǐng)求發(fā)送RTS；8、清除發(fā)送CTS；9、振鈴提示RI。我們要讓這個(gè)串口和我們單片機(jī)進(jìn)行通信，我們只需要關(guān)心其中的2腳RXD、3腳TXD和5腳GND即可。

雖然這三個(gè)引腳的名字和我們單片機(jī)上的串口名字一樣，但是卻不能直接和單片機(jī)對(duì)連通信，這是為什么呢？隨著我們了解的內(nèi)容越來(lái)越多，我們得慢慢知道，不是所有的電路都是5V代表高電平而0V代表低電平的。對(duì)于RS232標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，它是個(gè)反邏輯，也叫做負(fù)邏輯。為何叫負(fù)邏輯？它的TXD和RXD的電壓，-3V～-15V電壓代表是1，+3～+15V電壓代表是0。低電平代表的是1，而高電平代表的是0，所以稱之為負(fù)邏輯。因此電腦的9針RS232串口是不能和單片機(jī)直接連接的，需要用一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來(lái)完成，如圖11-4所示。

圖11-4 MAX232轉(zhuǎn)接圖

這個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)把標(biāo)準(zhǔn)RS232串口電平轉(zhuǎn)換成我們單片機(jī)能夠識(shí)別和承受的UART 0V/5V電平。從這里大家似乎慢慢有點(diǎn)明白了，其實(shí)RS232串口和UART串口，它們的協(xié)議類型是一樣的，只是電平標(biāo)準(zhǔn)不同而已，而MAX232這個(gè)芯片起到的就是中間人的作用，它把UART電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，也把RS232電平轉(zhuǎn)換成UART電平，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)RS232接口和單片機(jī)UART之間的通信連接。

11.3 USB轉(zhuǎn)串口通信

隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)上還有RS232串口通信的大量使用，但是商業(yè)技術(shù)的應(yīng)用上，已經(jīng)慢慢的使用USB轉(zhuǎn)UART技術(shù)取代了RS232串口，絕大多數(shù)筆記本電腦已經(jīng)沒(méi)有串口這個(gè)東西了，那我們要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和電腦之間的通信該怎么辦呢？

我們只需要在電路上添加一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口芯片，就可以成功實(shí)現(xiàn)USB通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)UART串行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，在我們的開(kāi)發(fā)板上，我們使用的是CH340T這個(gè)芯片，如圖11-5所示。

圖11-5 USB轉(zhuǎn)串口電路

圖中左下方J1和J2是兩個(gè)跳線的組合，大家可以在我們板子左下方的位置找到，我們需要用跳線帽把中間和下邊的針短接在一起。右側(cè)的CH340T這個(gè)電路很簡(jiǎn)單，把電源、晶振接好后，6腳和7腳的DP和DM分別接USB口的2個(gè)數(shù)據(jù)引腳上去，3腳和4腳通過(guò)跳線接到了我們單片機(jī)的TXD和RXD上去。

CH340T的電路里3腳位置加了個(gè)4148的二極管，是一個(gè)小技巧。因?yàn)镾TC89C52這個(gè)單片機(jī)下載程序時(shí)需要冷啟動(dòng)，就是先點(diǎn)下載后上電，上電瞬間單片機(jī)會(huì)先檢測(cè)需要不需要下載程序。雖然單片機(jī)的VCC是由開(kāi)關(guān)來(lái)控制，但是由于CH340T的3腳是輸出引腳，如果沒(méi)有此二極管，開(kāi)關(guān)后級(jí)單片機(jī)在斷電的情況下，CH340T的3腳和單片機(jī)的P3.0（即RXD）引腳連在一起，有電流會(huì)通過(guò)這個(gè)引腳流入后級(jí)電路并且給后級(jí)的電容充電，造成后級(jí)有一定幅度的電壓，這個(gè)電壓值雖然只有兩三伏左右，但是可能會(huì)影響到正常的冷啟動(dòng)。加了二極管后，一方面不影響通信，另外一個(gè)方面還可以消除這種不良影響。這個(gè)地方可以暫時(shí)作為了解，大家如果自己做這類電路，可以參考一下。

11.4 IO口模擬UART串口通信

為了讓大家充分理解UART串口通信的原理，我們先把P3.0和P3.1當(dāng)做IO口來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)際串口通信的過(guò)程，原理搞懂后，我們?cè)偈褂?a href="http://www.ttokpm.com/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器配置實(shí)現(xiàn)串口通信過(guò)程。

對(duì)于UART串口波特率，常用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200等速率。IO口模擬UART串行通信程序是一個(gè)簡(jiǎn)單的演示程序，我們使用串口調(diào)試助手下發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加1后，再自動(dòng)返回。

串口調(diào)試助手，這里我們直接使用STC-ISP軟件自帶的串口調(diào)試助手，先把串口調(diào)試助手的使用給大家說(shuō)一下，如圖11-6所示。第一步要選擇串口助手菜單，第二步選擇十六進(jìn)制顯示，第三步選擇十六進(jìn)制發(fā)送，第四步選擇COM口，這個(gè)COM口要和自己電腦設(shè)備管理器里的那個(gè)COM口一致，波特率按我們程序設(shè)定好的選擇，我們程序中讓一個(gè)數(shù)據(jù)位持續(xù)時(shí)間是1/9600秒，那這個(gè)地方選擇波特率就是選9600，校驗(yàn)位選N，數(shù)據(jù)位8，停止位1。

圖11-6 串口調(diào)試助手示意圖

串口調(diào)試助手的實(shí)質(zhì)就是利用電腦上的UART通信接口，發(fā)送數(shù)據(jù)給我們的單片機(jī)，也可以把我們的單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)接收到這個(gè)調(diào)試助手界面上。

因?yàn)槌醮谓佑|通信方面的技術(shù)，所以我把后面的IO模擬串口通信程序進(jìn)行一下解釋，大家可以邊看我的解釋邊看程序，把底層原理先徹底弄懂。

變量定義部分就不用說(shuō)了，直接看main主函數(shù)。首先是對(duì)通信的波特率的設(shè)定，在這里我們配置的波特率是9600，那么串口調(diào)試助手也得是9600。配置波特率的時(shí)候，我們用的是定時(shí)器T0的模式2。模式2中，不再是TH0代表高8位，TL0代表低8位了，而只有TL0在進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)TL0溢出后，不僅僅會(huì)讓TF0變1，而且還會(huì)將TH0中的內(nèi)容重新自動(dòng)裝到TL0中。這樣有一個(gè)好處，就是我們可以把想要的定時(shí)器初值提前存在TH0中，當(dāng)TL0溢出后，TH0自動(dòng)把初值就重新送入TL0了，全自動(dòng)的，不需要程序中再給TL0重新賦值了，配置方式很簡(jiǎn)單，大家可以自己看下程序并且計(jì)算一下初值。

波特率設(shè)置好以后，打開(kāi)中斷，然后等待接收串口調(diào)試助手下發(fā)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先要進(jìn)行低電平檢測(cè)while (PIN_RXD)，若沒(méi)有低電平則說(shuō)明沒(méi)有數(shù)據(jù)，一旦檢測(cè)到低電平，就進(jìn)入啟動(dòng)接收函數(shù)StartRXD()。接收函數(shù)最開(kāi)始啟動(dòng)半個(gè)波特率周期，初學(xué)可能這里不是很明白。大家回頭看一下我們的圖11-2里邊的串口數(shù)據(jù)示意圖，如果在數(shù)據(jù)位電平變化的時(shí)候去讀取，因?yàn)闀r(shí)序上的誤差以及信號(hào)穩(wěn)定性的問(wèn)題很容易讀錯(cuò)數(shù)據(jù)，所以我們希望在信號(hào)最穩(wěn)定的時(shí)候去讀數(shù)據(jù)。除了信號(hào)變化的那個(gè)沿的位置外，其它位置都很穩(wěn)定，那么我們現(xiàn)在就約定在信號(hào)中間位置去讀取電平狀態(tài)，這樣能夠保證我們讀的一定是正確的。

一旦讀到了起始信號(hào)，我們就把當(dāng)前狀態(tài)設(shè)定成接收狀態(tài)，并且打開(kāi)定時(shí)器中斷，第一次是半個(gè)周期進(jìn)入中斷后，對(duì)起始位進(jìn)行二次判斷一下，確認(rèn)一下起始位是低電平，而不是一個(gè)干擾信號(hào)。以后每經(jīng)過(guò)1/9600秒進(jìn)入一次中斷，并且把這個(gè)引腳的狀態(tài)讀到RxdBuf里邊。等待接收完畢之后，我們?cè)侔堰@個(gè)RxdBuf加1，再通過(guò)TXD引腳發(fā)送出去，同樣需要先發(fā)一位起始位，然后發(fā)8個(gè)數(shù)據(jù)位，再發(fā)結(jié)束位，發(fā)送完畢后，程序運(yùn)行到while (PIN_RXD)，等待第二輪信號(hào)接收的開(kāi)始。

11.5 UART串口通信的基本應(yīng)用

11.5.1 通信的三種基本類型

常用的通信從傳輸方向上可以分為單工通信、半雙工通信、全雙工通信三類。

單工通信就是指只允許一方向另外一方傳送信息，而另一方不能回傳信息。比如電視遙控器、收音機(jī)廣播等，都是單工通信技術(shù)。

半雙工通信是指數(shù)據(jù)可以在雙方之間相互傳播，但是同一時(shí)刻只能其中一方發(fā)給另外一方，比如我們的對(duì)講機(jī)就是典型的半雙工。

全雙工通信就發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進(jìn)行，就如同我們的電話一樣，我們說(shuō)話的同時(shí)也可以聽(tīng)到對(duì)方的聲音。

11.5.2 UART模塊介紹

IO口模擬串口通信，讓大家了解了串口通信的本質(zhì)，但是我們的單片機(jī)程序卻需要不停的檢測(cè)掃描單片機(jī)IO口收到的數(shù)據(jù)，大量占用了單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。這時(shí)候就會(huì)有聰明人想了，其實(shí)我們并不是很關(guān)心通信的過(guò)程，我們只需要一個(gè)通信的結(jié)果，最終得到接收到的數(shù)據(jù)就行了。這樣我們可以在單片機(jī)內(nèi)部做一個(gè)硬件模塊，讓它自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，接收完了，通知我們一下就可以了，我們的51單片機(jī)內(nèi)部就存在這樣一個(gè)UART模塊，要正確使用它，當(dāng)然還得先把對(duì)應(yīng)的特殊功能寄存器配置好。

51單片機(jī)的UART串口的結(jié)構(gòu)由串行口控制寄存器SCON、發(fā)送和接收電路三部分構(gòu)成，先來(lái)了解一下串口控制寄存器SCON。如表11-1表11-2所示。

表11-1 SCON——串行控制寄存器的位分配（地址0x98、可位尋址）

表11-2 SCON——串行控制寄存器的位描述

前邊學(xué)了那么多寄存器的配置，相信SCON這個(gè)地方，對(duì)于大多數(shù)同學(xué)來(lái)說(shuō)已經(jīng)不是難點(diǎn)了，應(yīng)該能看懂并且可以自己配置了。對(duì)于串口的四種模式，模式1是最常用的，就是我們前邊提到的1位起始位，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。下面我們就詳細(xì)介紹模式1的工作細(xì)節(jié)和使用方法，至于其它3種模式與此也是大同小異，真正遇到需要使用的時(shí)候大家再去查閱相關(guān)資料就行了。

在我們使用IO口模擬串口通信的時(shí)候，串口的波特率是使用定時(shí)器T0的中斷體現(xiàn)出來(lái)的。在硬件串口模塊中，有一個(gè)專門的波特率發(fā)生器用來(lái)控制發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的速度。對(duì)于STC89C52單片機(jī)來(lái)講，這個(gè)波特率發(fā)生器只能由定時(shí)器T1或定時(shí)器T2產(chǎn)生，而不能由定時(shí)器T0產(chǎn)生，這和我們模擬的通信是完全不同的概念。

如果用定時(shí)器2，需要配置額外的寄存器，默認(rèn)是使用定時(shí)器1的，我們本章內(nèi)容主要就使用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器來(lái)講解，方式1下的波特率發(fā)生器必須使用定時(shí)器T1的模式2，也就是自動(dòng)重裝載模式，定時(shí)器的重載值計(jì)算公式為：

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率

和波特率有關(guān)的還有一個(gè)寄存器，是一個(gè)電源管理寄存器PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果寫PCON |= 0x80以后，計(jì)算公式就成了：

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /16 /波特率

公式中數(shù)字的含義這里解釋一下，256是8位定時(shí)器的溢出值，也就是TL1的溢出值，晶振值在我們的開(kāi)發(fā)板上就是11059200，12是說(shuō)1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)時(shí)鐘周期，值得關(guān)注的是這個(gè)16，我們來(lái)重點(diǎn)說(shuō)明。在IO口模擬串口通信接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，采集的是這一位數(shù)據(jù)的中間位置，而實(shí)際上串口模塊比我們模擬的要復(fù)雜和精確一些。他采取的方式是把一位信號(hào)采集16次，其中第7、8、9次取出來(lái)，這三次中其中兩次如果是高電平，那么就認(rèn)定這一位數(shù)據(jù)是1，如果兩次是低電平，那么就認(rèn)定這一位是0，這樣一旦受到意外干擾讀錯(cuò)一次數(shù)據(jù)，也依然可以保證最終數(shù)據(jù)的正確性。

了解了串口采集模式，在這里要給大家留一個(gè)思考題?！熬д裰?12/2/16/波特率”這個(gè)地方計(jì)算的時(shí)候，出現(xiàn)不能除盡，或者出現(xiàn)小數(shù)怎么辦，允許出現(xiàn)多大的偏差？把這部分理解了，也就理解了我們的晶振為何使用11.0592M了。

串口通信的發(fā)送和接收電路在物理上有2個(gè)名字相同的SBUF寄存器，它們的地址也都是0x99，但是一個(gè)用來(lái)做發(fā)送緩沖，一個(gè)用來(lái)做接收緩沖。意思就是說(shuō)，有2個(gè)房間，兩個(gè)房間的門牌號(hào)是一樣的，其中一個(gè)只出人不進(jìn)人，另外一個(gè)只進(jìn)人不出人，這樣的話，我們就可以實(shí)現(xiàn)UART的全雙工通信，相互之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。但是在邏輯上呢，我們每次只操作SBUF，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)根據(jù)對(duì)它執(zhí)行的是“讀”還是“寫”操作來(lái)選擇是接收SBUF還是發(fā)送SBUF，后邊通過(guò)程序，我們就會(huì)徹底了解這個(gè)問(wèn)題。

11.5.3 UART串口程序

一般情況下，我們編寫串口通信程序的基本步驟如下所示：

1、配置串口為模式1。

2、配置定時(shí)器T1為模式2，即自動(dòng)重裝模式。

3、根據(jù)波特率計(jì)算TH1和TL1的初值，如果有需要可以使用PCON進(jìn)行波特率加倍。

4、打開(kāi)定時(shí)器控制寄存器TR1，讓定時(shí)器跑起來(lái)。

這里還要特別注意一下，就是在使用T1做波特率發(fā)生器的時(shí)候，千萬(wàn)不要再使能T1的中斷了。

我們先來(lái)看一下由IO口模擬串口通信直接改為使用硬件UART模塊時(shí)的程序代碼，看看程序是不是簡(jiǎn)單了很多，因?yàn)榇蟛糠值墓ぷ饔布K都替我們做了。程序功能和IO口模擬的是完全一樣的。

當(dāng)然了，這個(gè)程序還是用在主循環(huán)里等待接收中斷標(biāo)志位和發(fā)送中斷標(biāo)志位的方法來(lái)編寫的，而實(shí)際工程開(kāi)發(fā)中，當(dāng)然就不能這么干了，我們也只是為了用直觀的對(duì)比來(lái)告訴同學(xué)們硬件模塊可以大大簡(jiǎn)化程序代碼，那么實(shí)際使用串口的時(shí)候就用到串口中斷了，來(lái)看一下用中斷實(shí)現(xiàn)的程序。請(qǐng)注意一點(diǎn)，因?yàn)榻邮蘸桶l(fā)送觸發(fā)的是同一個(gè)串口中斷，所以在串口中斷函數(shù)中就必須先判斷是哪種中斷，然后再作出相應(yīng)的處理。

大家可以試驗(yàn)一下，看看是不是和前邊用IO口模擬通信實(shí)現(xiàn)的效果一致，而主循環(huán)卻完全空出來(lái)了，我們就可以隨意添加其它功能代碼進(jìn)去。

11.6 通信實(shí)例與ASCII碼

我們學(xué)習(xí)串口通信主要是要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和電腦之間的信息交互，可以用電腦控制單片機(jī)的一些信息，可以把單片機(jī)的一些信息狀況發(fā)給電腦上的軟件。下面我們就做一個(gè)簡(jiǎn)單的例程，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)，在我們開(kāi)發(fā)板上的數(shù)碼管上顯示出來(lái)。

大家在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，有個(gè)小問(wèn)題要注意一下。因?yàn)镾TC89C52下載程序是使用了UART串口下載，下載完程序后，程序運(yùn)行起來(lái)了，可是下載軟件最后還會(huì)通過(guò)串口發(fā)送一些額外的數(shù)據(jù)，所以程序剛下載進(jìn)去不是顯示00，而可能是其他數(shù)據(jù)。大家只要把電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉，重新打開(kāi)一次就好了。

細(xì)心的同學(xué)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在串口調(diào)試助手發(fā)送選項(xiàng)和接收選項(xiàng)處，還有個(gè)“字符格式發(fā)送”和“字符格式顯示”，這是什么意思呢？

先拋開(kāi)我們使用的漢字不談，那么我們常用的字符就包含了09的數(shù)字、AZ/a~z的字母、還有各種標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。那么在單片機(jī)系統(tǒng)里面我們?cè)趺磥?lái)表示它們呢？ASCII碼（American Standard Code for Information Interchange，即美國(guó)信息互換標(biāo)準(zhǔn)代碼）可以完成這個(gè)使命：我們知道，在單片機(jī)中一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)可以有0～255共256個(gè)值，我們?nèi)∑渲械?～127共128個(gè)值賦予了它另外一層涵義，即讓它們分別來(lái)代表一個(gè)常用字符，其具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表11-3所示。

表11-3 ASCII碼字符表

這樣我們就在常用字符和字節(jié)數(shù)據(jù)之間建立了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，那么現(xiàn)在一個(gè)字節(jié)就既可以代表一個(gè)整數(shù)又可以代表一個(gè)字符了，但它本質(zhì)上只是一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，而我們賦予了它不同的涵義，什么時(shí)候賦予它哪種涵義就看編程者的意圖了。ASCII碼在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，我們后續(xù)的課程也會(huì)經(jīng)常使用到它，下面我們來(lái)對(duì)它做一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，同學(xué)們一定要深刻理解其本質(zhì)。

對(duì)照上述表格，我們就可以實(shí)現(xiàn)字符和數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換了，比如還是這個(gè)程序，我們發(fā)送的時(shí)候改成字符格式發(fā)送，接收還是用十六進(jìn)制接收，這樣接收和數(shù)碼管好做一下對(duì)比。

我們用字符格式發(fā)送一個(gè)小寫的a，返回一個(gè)十六進(jìn)制的0x61，數(shù)碼管上顯示的也是61，ASCII碼表里字符a對(duì)應(yīng)十進(jìn)制是97，等于十六進(jìn)制的0x61；我們?cè)儆米址袷桨l(fā)送一個(gè)數(shù)字1，返回一個(gè)十六進(jìn)制的0x31，數(shù)碼管上顯示的也是31，ASCII表里字符1對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制是49，等于十六進(jìn)制的0x31。這下大家就該清楚了：所謂的十六進(jìn)制發(fā)送和十六進(jìn)制接收，都是按字節(jié)數(shù)據(jù)的真實(shí)值進(jìn)行的；而字符格式發(fā)送和字符格式接收，是按ASCII碼表中字符形式進(jìn)行的，但它實(shí)際上最終傳輸?shù)倪€是一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。這個(gè)表格，當(dāng)然不需要大家去記住，理解它，用的時(shí)候過(guò)來(lái)查就行了。

通信的學(xué)習(xí)，不像前邊控制部分那么直觀了，通信部分我們的程序只能獲得一個(gè)結(jié)果，而其過(guò)程我們卻無(wú)法直接看到，所以慢慢的可能大家就會(huì)知道有示波器和邏輯分析儀這類測(cè)量?jī)x器。如果學(xué)校實(shí)驗(yàn)室或者公司里有示波器或者邏輯分析儀這類儀器，可以拿過(guò)來(lái)抓一下串口波形，直觀的了解一下。如果暫時(shí)還沒(méi)有這些儀器，先知道這么回事，有條件再說(shuō)。因?yàn)楣ぞ哳愒O(shè)備有的比較昂貴，有條件可以盡量使用學(xué)校或者公司的。在這里我用一款簡(jiǎn)易的邏輯分析儀把串口通信的波形抓出來(lái)給大家看一下，大家了解一下即可，如圖11-7所示。

圖11-7 邏輯分析儀串口數(shù)據(jù)示意圖

分析儀和示波器的作用，就是把通信過(guò)程的波形抓出來(lái)進(jìn)行分析。先大概說(shuō)一下波形的意思。波形左邊是低位，右邊是高位，上邊這個(gè)波形是電腦發(fā)送給單片機(jī)的，下邊這個(gè)波形是單片機(jī)回發(fā)給電腦的。以上邊的波形為例，左邊第一位是起始位0，從低位到高位依次是10001100，順序倒一下，就是數(shù)據(jù)0x31，也就是ASCII碼表里的‘1’。大家可以注意到分析儀在每個(gè)數(shù)據(jù)位都給標(biāo)了一個(gè)白色的點(diǎn)，表示是數(shù)據(jù)，起始位和無(wú)數(shù)據(jù)的時(shí)候都沒(méi)有這個(gè)白點(diǎn)。時(shí)間標(biāo)T1和T2的差值在右邊顯示出來(lái)是0.102ms，大概是9600分之一，稍微有點(diǎn)偏差，在容許范圍內(nèi)即可。通過(guò)圖11-7，我們可以清晰的了解了串口通信的收發(fā)的詳細(xì)過(guò)程。

那我們這里再來(lái)了解一下，如果我們使用串口調(diào)試助手，用字符格式直接發(fā)送一個(gè)“12”，我們?cè)谖覀兊臄?shù)碼管上應(yīng)該顯示什么呢？串口調(diào)試助手應(yīng)該返回什么呢？經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，我們數(shù)碼管顯示的是32，而串口調(diào)試助手返回十六進(jìn)制顯示的是31、32兩個(gè)數(shù)據(jù)，如圖11-8所示。

圖11-8 串口調(diào)試助手?jǐn)?shù)據(jù)顯示

我們?cè)儆眠壿嫹治鰞x把這個(gè)數(shù)據(jù)抓出來(lái)看一下，如圖11-9所示。

圖11-9 邏輯分析儀抓取數(shù)據(jù)

對(duì)于ASCII碼表來(lái)說(shuō)，數(shù)字本身是字符而非數(shù)據(jù)，所以如果發(fā)送“12”的話，實(shí)際上是是分別發(fā)送了“1”和“2”兩個(gè)字符，單片機(jī)呢，先收到第一個(gè)字符“1”，在數(shù)碼管上會(huì)顯示出31這個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)字，但是馬上就又收到了“2”這個(gè)字符，數(shù)碼管瞬間從31變成了32，而我們視覺(jué)上呢，是沒(méi)有辦法發(fā)現(xiàn)這種快速變化的，所以我們感覺(jué)數(shù)碼管直接顯示的是32。