串口通信实验指导书

串口通信实验
一、实验目的
1、掌握8051单片机串行口工作原理；
2、掌握串口编程与调试方法；
3、掌握串口通信中标志位的查询法与中断法
二、实验任务
1、设置仿真器模块和Keil软件
2、接收PC机发送的控制命令，并返回字符；
3、根据控制命令，控制LED的亮灭；
三、实验设备
1、ID101 89S5x单片机模块
2、ID216 流水灯与交通灯模块
3、ID204 RS232模块(或者ID205 USB转串口模块)
4、STC单片机仿真模块（IAP15W4K58S4）
5、ID205 USB转串口模块
6、USB线（方口/打印机数据线）
7、RS232线（235连线，23交叉，选用）
8、便携电源箱（220V电源线、4芯端子直流电源线）
四、实验内容和步骤
（一）串口通信介绍
串口通信（Serial Communications）的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。

尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串最基本的串口通信只需要使用3根线即可完成全双工通信，分别是地线、发送、接收。

串口通信也可以有其他辅助通信线用于握手，但不是必须的。

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

波特率：这是一个衡量符号传输速率的参数。

指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。

起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符的开始，
接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。

数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数，是通信中的真正有效信息。

数据位的位数可以由通信双方共同约定，一般可以是5位、7位或8位，标准的ASCII码是0~127（7位），扩展的ASCII码是0~255（8位）。

传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。

停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。

它一定是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。

奇偶校验位：奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，奇偶检验位不是必须有的。

如果是奇校验，需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位；如果是偶校验，需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。

举例来说，假设传输的数据位为01001100，如果是奇校验，则奇校验位为0（要确保总共有奇数个1），如果是偶校验，则偶校验位为1（要确保总共有偶数个1）。

由此可见，奇偶校验位仅是对数据进行简单的置逻辑高位或逻辑低位，不会对数据进行实质的判断，这样做的好处是接收设备能够知道一个位的状态，有可能判断是否有噪声干扰了通信以及传输的数据是否同步。

计算机上的串口是具有RS-232 标准的串行接口，而RS-232 的标准中定义了其电气特性：高电平“1”信号电压的范围为-15V~-3V，低电平“0”信号电压的范围为+3V~+15V，高低电平用相反的电压表示，至少有6V 的压差,非常好的提高了数据传输的可靠性。

由于单片机的管脚电平为TTL，单片机与RS-232 标准的串行口进行通信时，首先要解决的便是电平转换的问题。

一般来说，可以选择一些专业的集成电路芯片，如图中的MAX3232。

MAX3232 芯片内部集成了电压倍增电路，单电源供电即可完成电平转换，而且工作电压宽，3V~5.5V 间均能正常工作。

但是，随着计算机的发展，占有较大体积的9针串口接口被逐步淘汰，取而代之是标准的USB接口，但是这种串行通信方式一直备用硬件设备使用，所以就出现了计算机端的USB转串口模块。

在我们实验中，只是短距离的通信，USB转串口模块的串口信号电平为TTL电平，可以与单片机串口直接连接。

常用的国内USB转串口芯片，是CH340，使用时需要安装驱动。

串口通信连接图如下：
2.仿真器引脚与传统标准80C51单片机引脚对比
传统51单片机都有一个全双工串行接口，P3.0为RXD接收端口，P3.1为TXD发送端口，如下图中右图。

而后来出来的51单片机，如STC单片机都有一个或多个串口，如下图中左图，仿真器单片机中，拥有2个串口（P3.0为RXD1接收端口，P3.1为TXD1发送端口；P1.0为RXD2接收端口，P1.1为TXD2发送端口）。

本实验中，由于采用了STC单片机型仿真器，占用了传统的P3.0/P3.1串口，串口实验只能使用串口2（P1.0/P1.1）。

使用串口2，参考STC15系列单片机手册，配置P_SW2（外设功能切换寄存器2）、S2CON（串口2 控制寄存器）、定时器2（T2H/T2L,波特率）、IE2（中断控制寄存器2）。

仿真时，单片机型号选择STC15F2K60S2.
图STC仿真器模块与传统89C51单片机引脚定义
（二）查询方式
（1）初始化
//初始化串口2 P1.0->RXD2 P1.1->TXD2
void InitUART2 (void)
{
P_SW2 &= ~S2_S0; //S2_S0=0 (P1.0/RxD2, P1.1/TxD2)
S2CON = 0x50; // SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收 P1.0->RXD2 P1.1->TXD2
T2L = (65536 - (FOSC/4/BAUD)); //设置波特率重装值
T2H = (65536 - (FOSC/4/BAUD))>>8;
AUXR = 0x14; //T2为1T模式, 并启动定时器2
IE2 = 0x00; //去使能串口2中断
EA = 0; //关闭总中断
}
（2）查询接收中断请求标志
while(!(S2CON & S2RI)); //查询单字节是否接收结束，未置位则等待
S2CON &= ~S2RI; //清除S2RI位
Uart2_rev = S2BUF; //取出接收到的数据字节
（3）查询发送中断请求标志
S2BUF = data8; //发送data8字节
while(!(S2CON & S2TI)); //查询单字节是否发送结束，未置位则等待
S2CON &= ~S2TI; //清除S2TI位
（二）中断方式
（1）初始化
//初始化串口2 P1.0->RXD2 P1.1->TXD2
void InitUART2 (void)
{
P_SW2 &= ~S2_S0; //S2_S0=0 (P1.0/RxD2, P1.1/TxD2)
S2CON = 0x50; // SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收 P1.0->RXD2 P1.1->TXD2
T2L = (65536 - (FOSC/4/BAUD)); //设置波特率重装值
T2H = (65536 - (FOSC/4/BAUD))>>8;
AUXR = 0x14; //T2为1T模式, 并启动定时器2
IE2 = 0x01; //使能串口2中断
EA = 1; //打开总中断
}
（2）中断处理程序
void Uart2() interrupt 8 using 1
{
if (S2CON & S2RI)
{
S2CON &= ~S2RI; //清除S2RI位
Uart2_rev = S2BUF; //Uart2_rev为定义的全局变量，存储接收的串口字节。

}
else if (S2CON & S2TI)
{
S2CON &= ~S2TI; //清除S2TI位
p_Uart2_tx++;
if(*p_Uart2_tx!='\0')//发送未结束，继续;*p_Uart2_tx为发送字符串的收地址指针
{
S2BUF = *p_Uart2_tx;
}
}
}
（四）实验步骤
1、熟悉待完成的功能，准备好需要的实验模块、线缆和Keil软件；
2、按功能需求连接好硬件，检查硬件；一般情况下，电源指示灯全亮表示硬件正常；注意直流电源线缆检查，在插入单片机之前，用万用表检查绿色端子的输出电压是否正确。

3、设置Keil软件，选择单片机型号，主时钟，仿真器设置等。

4、按功能需求编写代码，仿真，调试；
（五）上位机串口调试软件界面。