day41-硬件学习之 UART

一、UART基础概念

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 通用异步收发器；

参与通信的设备称为主机；

通信的本质是信息的传达；

1.1 通信方式

1.2 串行通信与并行通信

并行通信：通信双方之间有两根及以上的数据线传输信息；传输速率较高，但会占用大量的芯片资源传输速率较高，但会占用大量的芯片资源.
串行通信：通信双方之间只有一根数据线传输信息；系统占用资源少，结构简单等优点。

USB（统一串口总线）

1.3 UART

UART（串口）是一种通信方式，全双工串行通信方式

作为常用的串行通信方式，以TTL为例，串口通信在不同主机之间的数据格式为：

空闲时数据线为高电平；
发送时发送一个低电平表示起始位；
发送的第一个比特是最低位(最右边)bit0即LBS;
校验位分为奇校验，偶校验和无校验。奇校验是指确保数据位加上校验位中"1"，1的总数为奇数；偶校验是指确保数据位加上校验位中"1"，1的总数为偶数；
为保证下一个字节发送前的起始位能够表现出来，校验位之后发送一个停止位1。（将数据分隔）；

数据传输速率：

串行通信用波特率(bit per second)来描述数据传输的速率，记作bps。常见的波特率有1200、2400，4800，9600，115200等，表示每秒钟传输的比特数。

串行的异步通信与同步通信：

异步通信：指通信中两个字符（8位）之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的；

收发双方的波特率必须是事先约定好的；

同步通信：要求发收双方具有同频同相的同步；

用专用时钟信号线来控制时钟的节奏，以 $I^{2}C$ 为例：

SDA（数据线）
SCL（时钟线）：用于同步双方时钟的节奏，一般由发送方决定；

主机间通信时的电器物理问题：

主机间通信无论采用并行还是串行方式，都无法避免一个物理现象：导线内阻不为零

造成的电压衰减。以之前讨论的TTL电平为例，主机之间的距离会造成高电平在接收端出现衰减现象和串扰(指不同信号之间相互干扰导致信号失真)影响。

        1.TTL(Transistor-Transistor Logic)通常指的就是芯片引脚产生的电压，这个电压值跟选择的芯片有关，在51单片机系统下是5v；在2440下是3.3v等等。5vTTL通信距离通常被限制在10~20米之间，如果需要更远的距离，怎么解决呢？

        2. 为解决这个问题IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)颁布了RS232标准，其中规定了：

逻辑高电平（逻辑1）：在-3V到-15V之间

逻辑低电平（逻辑0）：在+3V到+15V之间

收发主机间有三根线，分别是收、发和地，因此RS232是全双工的。理论上RS232能够传输20~30米。

        3.同理RS485使用两根信号线（A和B）来传输数据，通过比较A和B之间的电压差来识别信息，电压范围分别为+7V到+12V和-7V到-12V。正电压表示高电平,负电压表示低电平。这种差分信号传输方式提高了抗干扰能力。RS485的传输距离可达1200米，适用于大范围的数据传输需求。由于采用的是压差，RS485在传输数据的某一时刻，两根线都要用到，所以它是半双工的。

二、串口通讯（51单片机）

硬件部分（USB下载电路）

Windows表示串口为COMn；

2.1 SBUF寄存器

2.2 SCON寄存器与PCON寄存器

STC89C51RC/RD+系列单片机的串行口设有两个控制寄存器:串行控制寄存器SCON和波特率选择特殊功能寄存器PCON

2.2.1 SCON寄存器

2.2.2 PCON寄存器

xdata 的作用：不将内容放在芯片内部的RAM中，放在扩展的RAM中

uart.c

#include "uart.h"
#include <reg52.h>void init_uart(void)
{//串口接收SCON &= ~(3 << 6);SCON |= (1 << 6) | (1 << 4);//使参数生效PCON &= ~(1 << 6);PCON |= (1 << 7);//设置波特率，51单片机使用定时器1TMOD &= ~(0x0F << 4);TMOD |= (2 << 4);  //TMOD |= (1 << 5);前者更有可读性TL1 = 230;TH1 = 230;//打开定时器1TCON |= (1 << 6);//打开中断控制位及串口控制位IE |= (1 << 7) | (1 << 4);}//中断服务函数（TI RI都会导致中断）
//1.void uart_handler(void) interrupt 4
//{
//	if((SCON & (1 << 0)) == 1)
//	{
//		P2 = SBUF;//用LED显示
//		SCON &= ~(1 << 0);
//	}	
//}
//2.
xdata char rcv_buffer[32];
unsigned int pos = 0;
void uart_handler(void) interrupt 4
{if((SCON & (1 << 0)) == 1){if(pos < 32){rcv_buffer[pos++] = SBUF;rcv_buffer[pos] = 0;}SCON &= ~(1 << 0);}	
}//发送（轮询）
void send_char(char ch)
{SBUF = ch;while((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);	
}void send_buffer(const char *p, unsigned int len)
{while(len--){send_char(*p++);	}
}void send_str(const char *p)
{while(*p){send_char(*p++);}
}

main.c

#include "uart.h"
#include "delay.h"
#include <reg52.h>
#include <string.h>//int main(void)
//{
//	const char *s = "Hello World!";
//	char buffer[] = {0xAA, 0xBB, 0x00, 0x11};
//	init_uart();
//	while(1)
//	{
//		//send_char('A');
//		send_buffer(s,strlen(s));
//		//send_buffer(buffer, sizeof(buffer) / sizeof(*buffer));
//		delay(0xAFFF);	
//	}
//}//int main(void)
//{
//	init_uart();
//	while(1)
//	{
//		if(pos != 0)
//		{
//			delay(0xAFFF);
//			send_buffer(rcv_buffer, pos);
//			pos = 0;	
//		}
//			
//	}int main(void)
{//xdata char buffer[16];init_uart();while(1){if(pos != 0){delay(0xAFFF);if(strcmp(rcv_buffer, "Hello") == 0){send_str("Hi");}else if(strcmp(rcv_buffer, "see u later") == 0){send_str("bye");}pos = 0;	}}
}