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RS232与UART串口通信.docx
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2020-04-01
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通信,按照传统的理解就是信息的传输与交换。对于单片机来说,通信则与传感器、存储芯片、外围控制芯片等技术紧密结合,成为整个单片机系统的“神经中枢”。没有通信,单片机所实现的功能仅仅局限于单片机本身,就无法通过其它设备获得有用信息,也无法将自己产生的信息告诉其它设备。如果单片机通信没处理好的话,它和外围器件的合作程度就受到限制,最终整个系统也无法完成强大的功能,由此可见单片机通信技术的重要性。UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,即通用异步收发器)串行通信是单片机最常用的一种通信技术,通常用于单片机和电脑之间以及单片机和单片机之间的通信。
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RS232 与 UART 串口通信
通信,按照传统的理解就是信息的传输与交换。对于单片机来说,通信则与传感器、存储芯片、外围控制芯片等技术
紧密结合,成为整个单片机系统的“神经中枢”。没有通信,单片机所实现的功能仅仅局限于单片机本身,就无法通过
其它设备获得有用信息,也无法将自己产生的信息告诉其它设备。如果单片机通信没处理好的话,它和外围器件的合
作程度就受到限制,最终整个系统也无法完成强大的功能,由此可见单片机通信技术的重要性。UART(Universal
Asynchronous Receiver/Transmitter,即通用异步收发器)串行通信是单片机最常用的一种通信技术,通常用于
单片机和电脑之间以及单片机和单片机之间的通信。
通信按照基本类型可以分为并行通信和串行通信。并行通信时数据的各个位同时传送,可以实现字节为单位通信,但
是通信线多占用资源多,成本高。比如我们前边用到的 P0 = 0xFE;一次给 P0 的 8 个 IO 口分别赋值,同时进行信
号输出,类似于有 8 个车道同时可以过去 8 辆车一样,这种形式就是并行的,我们习惯上还称 P0、P1、P2 和 P3
为 51 单片机的 4 组并行总线。
而串行通信,就如同一条车道,一次只能一辆车过去,如果一个 0xFE 这样一个字节的数据要传输过去的话,假如低
位在前高位在后的话,那发送方式就是 0-1-1-1-1-1-1-1-1,一位一位的发送出去的,要发送 8 次才能发送完一个字
节。
STC89C52 有两个引脚是专门用来做 UART 串行通信的,一个是 P3.0 一个是 P3.1,它们还分别有另外的名字叫做
RXD 和 TXD,由它们组成的通信接口就叫做串行接口,简称串口。用两个单片机进行 UART 串口通信,基本的演示
图如图 11-1 所示。
图 11-1, 单片机之间 UART 通信示意图
图中,GND 表示单片机系统电源的参考地,TXD 是串行发送引脚,RXD 是串行接收引脚。两个单片机之间要通信,
首先电源基准得一样,所以我们要把两个单片机的 GND 相互连接起来,然后单片机 1 的 TXD 引脚接到单片机 2 的
RXD 引脚上,即此路为单片机 1 发送而单片机 2 接收的通道,单片机 1 的 RXD 引脚接到单片机 2 的 TXD 引脚上,
即此路为单片机 2 发送而单片机 1 接收的通道。这个示意图就体现了两个单片机相互收发信息的过程。
当单片机 1 想给单片机 2 发送数据时,比如发送一个 0xE4 这个数据,用二进制形式表示就是 0b11100100,在
UART 通信过程中,是低位先发,高位后发的原则,那么就让 TXD 首先拉低电平,持续一段时间,发送一位 0,然
后继续拉低,再持续一段时间,又发送了一位 0,然后拉高电平,持续一段时间,发了一位 1„„一直到把 8 位二进制
数字 0b11100100 全部发送完毕。这里就涉及到了一个问题,就是持续的这“一段时间”到底是多久?由此便引入了
通信中的一个重要概念——波特率,也叫做比特率。
波特率就是发送二进制数据位的速率,习惯上用 baud 表示,即我们发送一位二进制数据的持续时间=1/baud。在
通信之前,单片机 1 和单片机 2 首先都要明确的约定好它们之间的通信波特率,必须保持一致,收发双方才能正常
实现通信,这一点大家一定要记清楚。
约定好速度后,我们还要考虑第二个问题,数据什么时候是起始,什么时候是结束呢?
不管是提前接收还是延迟接收,数据都会接收错误。在 UART 通信的时候,一个字节是 8 位,规定当没有通信信号
发生时,通信线路保持高电平,当要发送数据之前,先发一位 0 表示起始位,然后发送 8 位数据位,数据位是先低
后高的顺序,数据位发完后再发一位 1 表示停止位。这样本来要发送一个字节的 8 位数据,而实际上我们一共发送
了 10 位,多出来的两位其中一位起始位,一位停止位。而接收方呢,原本一直保持的高电平,一旦检测到了一位低
电平,那就知道了要开始准备接收数据了,接收到 8 位数据位后,然后检测到停止位,再准备下一个数据的接收。我
们图示看一下,如图 11-2 所示。
图 11-2, 串口数据发送示意图
图 11-2 串口数据发送示意图,实际上是一个时域示意图,就是信号随着时间变化的对应关系。比如在单片机的发送
引脚上,左边的是先发生的,右边的是后发生的,数据位的切换时间就是波特率分之一秒,如果能够理解时域的概念,
后边很多通信的时序图就很容易理解了。
在我们的台式电脑上,一般都会有一个 9 针的串行接口,这个串行接口叫做 RS232 接口,它和 UART 通信有关联,
但是由于现在笔记本电脑都不带这种 9 针串口了,所以和单片机通信越来越趋向于使用 USB 虚拟的串口,因此这一
节的内容作为了解内容,大家知道有这么回事就行了。
我们先来认识一下这个标准串口,在物理结构上分为 9 针的和 9 孔的,习惯上我们也称之为公头和母头,如图 11-3
所示。
图 11-3, RS232 通信接口
RS232 接口一共有 9 个引脚,分别定义是:1、载波检测 DCD;2、接收数据 RXD;3、发送数据 TXD;4、数据
终端准备好 DTR;5、信号地线 SG;6、数据准备好 DSR;7、请求发送 RTS;8、清除发送 CTS;9、振铃提示
RI。我们要让这个串口和我们单片机进行通信,我们只需要关心其中的 2 脚 RXD、3 脚 TXD 和 5 脚 GND 即可。
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