单片机想和其他设备建立通信少了你（串口）可不行

单片机的串口（Serial Port）是一种非常重要且常用的通信接口，下面从基本概念、工作原理、通信协议、应用场景以及使用示例几个方面详细介绍：

基本概念

串口是一种用于在单片机和其他设备（如计算机、传感器、执行器等）之间进行数据传输的接口。它以逐位的方式传输数据，每次只传输一个数据位，具有硬件连接简单、成本低、可靠性高等优点。常见的串口标准有 RS - 232、RS - 485 等。

工作原理

  • 数据发送：单片机将要发送的数据按位依次通过串口发送引脚（TXD）输出。在发送之前，数据通常会被存储在发送缓冲区中，然后按照一定的波特率（数据传输速率）逐位发送出去。
  • 数据接收：单片机通过串口接收引脚（RXD）逐位接收外部设备发送过来的数据。接收到的数据会先被存储在接收缓冲区中，等待单片机进行处理。

通信协议

  • 异步通信：
    • 这是单片机串口最常用的通信方式。在异步通信中，数据是一帧一帧地传输的，每帧数据包含起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位。
    • 起始位：用于表示一帧数据的开始，通常为低电平。
    • 数据位：要传输的实际数据，一般为 5 - 8 位。
    • 奇偶校验位：用于检测数据传输过程中是否发生错误，分为奇校验和偶校验。
    • 停止位：用于表示一帧数据的结束，通常为高电平，位数可以是 1 位、1.5 位或 2 位。
  • 同步通信：
    • 同步通信需要一个时钟信号来同步发送方和接收方的操作。在同步通信中，数据是连续传输的，没有起始位和停止位，而是通过时钟信号来确定每个数据位的传输时刻。

应用场景

  • 调试信息输出：在单片机开发过程中，通过串口将调试信息发送到计算机上，方便开发人员进行调试和故障排查。
  • 与外部设备通信：与传感器、执行器、显示器等外部设备进行数据交换，实现数据采集、控制等功能。
  • 远程通信：通过串口与其他单片机或设备进行远程通信，实现分布式系统的控制和数据传输。

以下是一个简单的 51 单片机串口通信示例代码，实现了单片机通过串口向计算机发送数据的功能：

  1. #include 
  2.  
  3. // 初始化串口
  4. void UART_Init() {
  5.     TMOD |= 0x20;  // 设置定时器 1 为模式 2
  6.     TH1 = 0xFD;    // 设置波特率为 9600
  7.     TL1 = 0xFD;
  8.     SCON = 0x50;   // 设置串口为模式 1，允许接收
  9.     TR1 = 1;       // 启动定时器 1
  10. }
  11.  
  12. // 发送一个字符
  13. void UART_SendChar(char c) {
  14.     SBUF = c;      // 将字符写入发送缓冲区
  15.     while (!TI);   // 等待发送完成
  16.     TI = 0;        // 清除发送完成标志
  17. }
  18.  
  19. // 发送字符串
  20. void UART_SendString(char *str) {
  21.     while (*str) {
  22.         UART_SendChar(*str++);
  23.     }
  24. }
  25.  
  26. void main() {
  27.     UART_Init();   // 初始化串口
  28.     while (1) {
  29.         UART_SendString("Hello, World!\r\n");  // 发送字符串
  30.         for (int i = 0; i < 10000; i++);       // 延时
  31.     }
  32. }

 串口数据收发的模式

以下为你详细介绍单片机串口数据的收发相关内容，包括原理、流程以及不同单片机的代码示例。

原理

数据发送

单片机将待发送的数据存储在发送缓冲区，按照设定的波特率（每秒传输的比特数），把数据逐位从发送引脚（TXD）输出。发送前会添加起始位，数据传输结束后添加停止位，部分情况还会加入奇偶校验位来保证数据传输的准确性。

数据接收

接收引脚（RXD）持续监测外部信号，当检测到起始位后，开始按位接收数据，将接收到的数据暂存于接收缓冲区。接收完成一帧数据后，通过判断停止位来确认数据接收结束，若有奇偶校验位，还会进行校验操作。

数据收发流程

发送流程
  1. 初始化串口：设置波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等参数。
  2. 准备数据：将需要发送的数据存储到变量或数组中。
  3. 发送数据：将数据逐字节写入发送缓冲区，等待发送完成标志置位。
  4. 循环发送（可选）：若有多个数据需要发送，可通过循环重复步骤 3。
接收流程
  1. 初始化串口：与发送流程的初始化参数保持一致。
  2. 等待接收：不断检测接收缓冲区是否有数据到来。
  3. 读取数据：当接收到数据后，从接收缓冲区读取数据。
  4. 数据处理：对读取到的数据进行相应的处理，如显示、存储、计算等。

不同单片机串口数据收发示例

51单片机

  1. #include 
  2.  
  3. // 初始化串口
  4. void UART_Init() {
  5.     TMOD |= 0x20;  // 设置定时器 1 为模式 2
  6.     TH1 = 0xFD;    // 设置波特率为 9600
  7.     TL1 = 0xFD;
  8.     SCON = 0x50;   // 设置串口为模式 1，允许接收
  9.     TR1 = 1;       // 启动定时器 1
  10. }
  11.  
  12. // 发送一个字符
  13. void UART_SendChar(char c) {
  14.     SBUF = c;      // 将字符写入发送缓冲区
  15.     while (!TI);   // 等待发送完成
  16.     TI = 0;        // 清除发送完成标志
  17. }
  18.  
  19. // 接收一个字符
  20. char UART_ReceiveChar() {
  21.     while (!RI);   // 等待接收完成
  22.     RI = 0;        // 清除接收完成标志
  23.     return SBUF;   // 返回接收到的字符
  24. }
  25.  
  26. void main() {
  27.     char receivedChar;
  28.     UART_Init();   // 初始化串口
  29.  
  30.     while (1) {
  31.         UART_SendChar('A');  // 发送字符 'A'
  32.         receivedChar = UART_ReceiveChar();  // 接收字符
  33.         // 可在此处对接收到的字符进行处理
  34.     }
  35. }

 32单片机  基于hal库

  1. #include "stm32f1xx_hal.h"
  2.  
  3. UART_HandleTypeDef huart1;
  4.  
  5. // 串口初始化
  6. void UART_Init() {
  7.     huart1.Instance = USART1;
  8.     huart1.Init.BaudRate = 9600;
  9.     huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  10.     huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  11.     huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  12.     huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  13.     huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  14.     huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  15.     if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {
  16.         Error_Handler();
  17.     }
  18. }
  19.  
  20. // 发送数据
  21. void UART_SendData(uint8_t *pData, uint16_t Size) {
  22.     HAL_UART_Transmit(&huart1, pData, Size, HAL_MAX_DELAY);
  23. }
  24.  
  25. // 接收数据
  26. void UART_ReceiveData(uint8_t *pData, uint16_t Size) {
  27.     HAL_UART_Receive(&huart1, pData, Size, HAL_MAX_DELAY);
  28. }
  29.  
  30. int main(void) {
  31.     HAL_Init();
  32.     UART_Init();
  33.  
  34.     uint8_t sendData[] = "Hello, STM32!";
  35.     uint8_t receiveData[20];
  36.  
  37.     while (1) {
  38.         UART_SendData(sendData, sizeof(sendData));  // 发送数据
  39.         UART_ReceiveData(receiveData, sizeof(receiveData));  // 接收数据
  40.         // 可在此处对接收到的数据进行处理
  41.     }
  42. }

代码解释

  • 51 单片机：
    • UART_Init 函数：设置定时器 1 为模式 2 以产生波特率，配置串口工作模式为模式 1 并允许接收，最后启动定时器 1。
    • UART_SendChar 函数：将字符写入发送缓冲区，等待发送完成标志 TI 置位，然后清除该标志。
    • UART_ReceiveChar 函数：等待接收完成标志 RI 置位，清除该标志后返回接收到的字符。
  • STM32 单片机：
    • UART_Init 函数：使用 HAL 库配置串口的波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等参数，并初始化串口。
    • UART_SendData 函数：调用 HAL_UART_Transmit 函数发送指定长度的数据。
    • UART_ReceiveData 函数：调用 HAL_UART_Receive 函数接收指定长度的数据。

 

注：本文转载自blog.csdn.net的Multiple-ji的文章"https://blog.csdn.net/2401_88862650/article/details/145537857"。版权归原作者所有，此博客不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如有侵权，请联系我们删除。
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