51单片机UART结构
介绍
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是51单片机中用于串行通信的重要模块。它允许单片机通过串行接口与其他设备进行数据交换，广泛应用于嵌入式系统中。UART通信是异步的，意味着数据传输不需要时钟信号同步，而是通过起始位、数据位、校验位和停止位来协调通信。
本文将详细介绍51单片机的UART结构，包括其工作原理、寄存器配置、代码示例以及实际应用场景。
UART的基本结构
51单片机的UART模块主要由以下几个部分组成：
- 发送缓冲器（SBUF）：用于存储待发送的数据。
- 接收缓冲器（SBUF）：用于存储接收到的数据。
- 波特率发生器：用于生成通信所需的波特率。
- 控制寄存器（SCON）：用于配置UART的工作模式。
- 状态寄存器（SCON）：用于指示UART的状态，如发送完成、接收完成等。
波特率
波特率是指每秒传输的位数（bps）。常见的波特率有9600、19200、38400等。波特率的选择需要与通信双方一致，否则会导致通信失败。
数据帧格式
UART通信的数据帧通常包括以下部分：
- 起始位：1位，低电平，表示数据传输的开始。
- 数据位：5-8位，实际传输的数据。
- 校验位：1位，用于错误检测（可选）。
- 停止位：1-2位，高电平，表示数据传输的结束。
UART寄存器配置
51单片机的UART功能主要通过配置以下几个寄存器来实现：
- SCON（串行控制寄存器）：用于设置UART的工作模式和状态。
- PCON（电源控制寄存器）：用于设置波特率加倍位（SMOD）。
- SBUF（串行数据缓冲器）：用于存储发送和接收的数据。
SCON寄存器
SCON寄存器的各位定义如下：
| 位 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 7 | SM0 | 工作模式选择位 |
| 6 | SM1 | 工作模式选择位 |
| 5 | SM2 | 多机通信控制位 |
| 4 | REN | 接收使能位 |
| 3 | TB8 | 发送数据的第9位 |
| 2 | RB8 | 接收数据的第9位 |
| 1 | TI | 发送中断标志位 |
| 0 | RI | 接收中断标志位 |
波特率设置
波特率的设置通常通过定时器1来实现。以下是一个常见的波特率计算公式：
波特率 = (2^SMOD / 32) * (定时器1溢出率)
其中，SMOD是PCON寄存器中的波特率加倍位。
代码示例
以下是一个简单的UART通信示例代码，展示了如何配置UART并发送和接收数据。
c
#include <reg51.h>
void UART_Init() {
SCON = 0x50; // 设置UART为模式1，8位数据，1位停止位
TMOD = 0x20; // 设置定时器1为模式2
TH1 = 0xFD; // 设置波特率为9600
TL1 = 0xFD;
TR1 = 1; // 启动定时器1
ES = 1; // 使能串口中断
EA = 1; // 使能全局中断
}
void UART_Send(char data) {
SBUF = data; // 将数据放入发送缓冲器
while (!TI); // 等待发送完成
TI = 0; // 清除发送中断标志
}
char UART_Receive() {
while (!RI); // 等待接收完成
RI = 0; // 清除接收中断标志
return SBUF; // 返回接收到的数据
}
void main() {
UART_Init();
UART_Send('A'); // 发送字符'A'
char received = UART_Receive(); // 接收数据
while (1);
}
代码解释
- UART_Init()：初始化UART，设置波特率为9600，并启用串口中断。
- UART_Send()：发送一个字符，并等待发送完成。
- UART_Receive()：接收一个字符，并返回接收到的数据。
实际应用场景
UART在嵌入式系统中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：
- 与PC通信：通过串口调试助手与PC进行数据交换，调试程序。
- 与传感器通信：与温度传感器、湿度传感器等设备进行数据采集。
- 多机通信：在多个单片机之间进行数据交换，实现分布式控制系统。
总结
本文详细介绍了51单片机的UART结构，包括其工作原理、寄存器配置、代码示例以及实际应用场景。通过本文的学习，你应该能够理解UART的基本概念，并能够在实际项目中应用UART进行串行通信。
附加资源与练习
- 练习1：修改代码，实现单片机与PC的双向通信。
- 练习2：尝试使用不同的波特率进行通信，观察通信效果。
- 附加资源：查阅51单片机的数据手册，了解更多关于UART的详细信息。
提示
在实际项目中，UART通信的稳定性和可靠性非常重要。建议在调试时使用示波器或逻辑分析仪来观察通信波形，确保数据传输的正确性。