五、串行串口通信（UART）

下面讲复习提纲第五部分：五、串行串口通信（UART）。这一部分常考串口作用、TXD/RXD、波特率、串口工作方式、SCON寄存器、串口中断、单机/多机通信，也容易和定时器1方式2结合出初始化程序。

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1. 串口通信是干什么的

复习提纲中写：

通信作用：实现单片机与电脑、单片机与单片机等设备的数据传输。

可以理解成：

单片机不是孤立工作的
它经常需要把数据发出去
也经常需要接收外部设备发来的命令或数据

例如：

单片机把温度值发给电脑显示
电脑通过串口给单片机发送控制命令
单片机和蓝牙模块通信
单片机和串口屏通信
两个单片机互相传递状态

串口就是这些设备之间传输数据的一种常用接口。

考试答法：

串行通信接口用于单片机与计算机、其他单片机或通信模块之间进行数据传输，可实现数据发送、接收和远程控制。

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2. 并行通信和串行通信的区别

PPT 第8章先讲了并行通信和串行通信。

并行通信

并行通信是多个数据位同时传输。

比如传输 8 位数据：

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
8根数据线同时传

优点：

速度快

缺点：

线多
成本高
不适合远距离

串行通信

串行通信是一位一位按顺序传输。

比如传输一个字节：

第0位 -> 第1位 -> 第2位 -> ... -> 第7位

优点：

线少
成本低
适合较远距离
接口简单

缺点：

同等条件下速度可能比并行慢

对比表：

对比项	并行通信	串行通信
数据传输	多位同时传	一位一位传
数据线	多	少
距离	短距离较适合	较适合长距离
成本	较高	较低
单片机常见用途	外部总线扩展	UART、模块通信、上位机通信

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3. 同步通信和异步通信

串行通信又分同步和异步。

3.1 同步通信

同步通信需要收发双方共享时钟。

可以理解成：

一根数据线传数据
另一根时钟线告诉对方什么时候采样

优点：

效率高
位同步准确

缺点：

需要额外时钟线
连接和时序更复杂

3.2 异步通信

异步通信不专门传输同步时钟，收发双方各自用自己的时钟。为了让接收方知道一帧数据从哪里开始、哪里结束，就要加起始位和停止位。

UART 常用异步通信。

典型帧格式：

空闲高电平 -> 起始位0 -> 8位数据 -> 停止位1

如果带校验位，则可能是：

起始位 + 数据位 + 校验位 + 停止位

异步通信关键要求：

收发双方波特率必须一致

否则接收方采样位置会错，数据就乱了。

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4. 单工、半双工、全双工

PPT 第8章还讲了数据传输方向。

类型	含义	例子
单工	只能单方向传输	只发不收的广播
半双工	双方都能传，但不能同时传	对讲机、常见RS-485
全双工	双方可以同时发送和接收	电话、51串口

51 单片机的串口是：

全双工异步串行口

也就是说，它有独立的发送和接收缓冲结构，可以同时收发。

考试表达：

AT89C51/AT89S52片内串行口为全双工异步串行通信接口，可同时进行数据发送和接收。

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5. 串口引脚：TXD 和 RXD

复习提纲要求掌握：

TXD（P3.1）：发送数据
RXD（P3.0）：接收数据

一定不要记反。

P3.0 = RXD = 接收
P3.1 = TXD = 发送

两个设备连接时，要交叉连接：

单片机TXD -> 对方RXD
单片机RXD <- 对方TXD
GND        -> 对方GND

如果是单片机接 USB-TTL 模块：

P3.1/TXD -> USB-TTL的RXD
P3.0/RXD -> USB-TTL的TXD
GND      -> GND

如果接真正的 RS-232 串口，不能直接连接，因为电平标准不同，需要 MAX232 等电平转换芯片。

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6. 波特率

复习提纲中写：

波特率：决定通信速度，常用9600、115200；双方波特率必须一致才能通信。

6.1 波特率是什么意思

波特率可以粗略理解为每秒传输多少位。

例如：

9600bps：每秒约传9600位
115200bps：每秒约传115200位

UART 一帧除了 8 位数据，还可能包括起始位、停止位，所以实际每秒传输的有效字节数会小一些。

比如 9600bps，常见 1起始位 + 8数据位 + 1停止位：

1帧 = 10位
每秒约 9600 / 10 = 960字节

6.2 为什么双方波特率要一致

异步串口没有单独时钟线，接收方按照自己的波特率去采样。

如果发送方和接收方波特率不一致：

接收方采样位置偏移
可能把0读成1
一帧数据错位
接收到乱码

所以串口通信前必须约定：

波特率
数据位
停止位
校验方式

考试重点一般是波特率一致。

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7. 串口内部结构：SBUF、SCON、PCON

51 串口相关核心寄存器：

SBUF：串口数据缓冲寄存器
SCON：串口控制寄存器
PCON：电源控制寄存器，其中SMOD影响波特率

7.1 SBUF：发送和接收都叫 SBUF

SBUF 很容易让人困惑，因为读和写都叫 SBUF，但硬件上对应不同缓冲器。

写SBUF：把数据放入发送缓冲器，启动发送
读SBUF：从接收缓冲器取出收到的数据

例如发送：

SBUF = 'A';

接收：

dat = SBUF;

考试可以写：

SBUF是串行口数据缓冲寄存器，写SBUF表示发送数据，读SBUF表示读取接收到的数据。

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8. SCON 串口控制寄存器

SCON 是串口控制寄存器，字节地址 98H，可位寻址。

常用位：

位	名称	作用
SM0、SM1	工作方式选择	决定4种串口工作方式
SM2	多机通信控制	方式2/3中常用
REN	接收允许	1允许接收
TB8	发送第9位	方式2/3使用
RB8	接收第9位	方式2/3使用
TI	发送中断标志	发送完成置1
RI	接收中断标志	接收完成置1

8.1 SM0、SM1：选择工作方式

SM0	SM1	工作方式
0	0	方式0
0	1	方式1
1	0	方式2
1	1	方式3

最常用的是方式1：

SM0=0, SM1=1

8.2 REN：允许接收

如果要让串口接收数据，必须：

REN = 1;

常见初始化：

SCON = 0x50;

0x50 = 0101 0000B，含义是：

SM0=0，SM1=1：串口方式1
REN=1：允许接收

8.3 TI 和 RI

TI=1：一帧数据发送完成
RI=1：一帧数据接收完成

重点：

TI和RI必须软件清零。

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9. 串口 4 种工作方式

9.1 方式0：同步移位寄存器方式

方式0不是平时最常说的 UART 异步通信，而是同步移位方式。

特点：

8位数据
无起始位、停止位
波特率固定为 fosc/12
常用于外接移位寄存器扩展I/O

PPT 中举例用 74LS164 扩展 LED 输出。

9.2 方式1：8位异步通信，最常用

复习提纲说：

常用方式1：8位异步串行通信，可变波特率，最常用。

方式1帧格式：

1位起始位 + 8位数据位 + 1位停止位

特点：

异步通信
8位数据
可变波特率
常用于单片机与电脑、蓝牙模块、串口屏等通信

初始化常见写法：

SCON = 0x50;   // 方式1，允许接收

9.3 方式2：9位异步通信，固定波特率

方式2特点：

9位数据
固定波特率
第9位可作校验位或多机通信地址/数据标志

9.4 方式3：9位异步通信，可变波特率

方式3和方式2类似，也是 9 位数据，但波特率可变。

常用于：

多机通信
带第9位标志的数据传输

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10. 串口中断

复习提纲中写：

接收或发送完成后触发中断，实现高效数据收发。

串口中断入口：

void uart_isr(void) interrupt 4

串口中断有两个来源：

RI：接收完成
TI：发送完成

它们共用一个中断入口，所以必须在中断函数里判断。

示例：

void uart_isr(void) interrupt 4
{
    unsigned char dat;

    if (RI)
    {
        RI = 0;       // 必须清0
        dat = SBUF;   // 读取接收数据
        SBUF = dat;   // 回显
    }

    if (TI)
    {
        TI = 0;       // 必须清0
    }
}

这段程序的作用是：

收到什么字符，就发回什么字符

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11. 方式1串口初始化示例

以 11.0592MHz 晶振、9600 波特率为例，常见代码：

#include <reg51.h>

void uart_init(void)
{
    TMOD |= 0x20;   // T1方式2，自动重装
    TH1 = 0xFD;     // 9600波特率常用初值
    TL1 = 0xFD;
    SCON = 0x50;    // 串口方式1，允许接收
    TR1 = 1;        // 启动定时器1
    ES = 1;         // 开串口中断
    EA = 1;         // 开总中断
}

逐句理解：

TMOD |= 0x20：让T1工作在方式2
TH1/TL1 = 0xFD：设置波特率
SCON = 0x50：串口方式1，允许接收
TR1 = 1：启动T1产生波特率
ES = 1：允许串口中断
EA = 1：允许总中断

如果不用中断，也可以查询发送标志：

void uart_send(unsigned char dat)
{
    SBUF = dat;
    while (TI == 0);
    TI = 0;
}

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12. 单机通信和多机通信

复习提纲中说：

熟悉各种模式，掌握单机以及多机通信模式的实现过程。

12.1 单机/双机通信

最常见的是一个单片机和一个设备通信。

例如：

单片机 <-> 电脑
单片机 <-> 蓝牙模块
单片机 <-> 另一个单片机

一般使用方式1。

通信前约定：

波特率相同
数据格式相同
TXD/RXD交叉连接
共地

12.2 多机通信

多机通信常见结构：

一个主机 + 多个从机

方式2/方式3提供第9位数据，可以用来区分：

地址帧
数据帧

典型过程：

主机先发送地址帧，第9位为1
所有从机接收地址并判断是不是自己
被选中的从机继续接收数据帧
未被选中的从机忽略后续数据
主机再发送数据帧，第9位为0

SCON 中的 SM2 与多机通信有关：

SM2=1时，可让从机只对特定第9位的数据产生接收中断

考试一般不会让你完整写多机通信程序，但要知道：

方式2、方式3支持9位数据，常用于多机通信；第9位可用于区分地址帧和数据帧。

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13. 常见考法

考法1：问串口引脚

答案：

RXD为P3.0，用于接收数据；TXD为P3.1，用于发送数据。

考法2：问波特率

答案：

波特率表示串行通信的数据传输速率，通信双方必须设置相同波特率，否则会接收错误或出现乱码。

考法3：问方式1特点

答案：

方式1为8位异步串行通信方式，包含1位起始位、8位数据位和1位停止位，波特率可变，是51单片机串口最常用的工作方式。

考法4：问 TI 和 RI

答案：

TI为发送中断标志，一帧数据发送完成后置1；RI为接收中断标志，一帧数据接收完成后置1。两者都必须由软件清零。

考法5：写串口初始化

常见答案：

TMOD |= 0x20;
TH1 = 0xFD;
TL1 = 0xFD;
SCON = 0x50;
TR1 = 1;
ES = 1;
EA = 1;

考法6：问多机通信

答案：

51串口方式2和方式3为9位异步通信方式，可用于多机通信。第9位可用来区分地址帧和数据帧，主机先发送地址帧选中从机，再发送数据帧进行通信。

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14. 易混点

1. TXD 和 RXD 不要记反

P3.0 = RXD = 接收
P3.1 = TXD = 发送

2. SBUF 读写含义不同

写SBUF：发送
读SBUF：接收

3. 串口中断入口只有一个

虽然有发送和接收两个标志，但都进入：

interrupt 4

4. RI/TI 不会自动清零

必须写：

RI = 0;
TI = 0;

5. 方式1最常用

不要把方式0误认为普通串口通信。方式0更偏向同步移位寄存器扩展 I/O；普通 UART 通信最常用方式1。

6. 串口和定时器1经常绑定

方式1波特率常由 T1 方式2产生，所以串口初始化经常看到：

TMOD = 0x20;
TH1 = 0xFD;
TR1 = 1;

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第五部分背诵版

串行通信用于单片机与计算机、其他单片机或通信模块之间进行数据传输。51单片机串口引脚为P3.0/RXD和P3.1/TXD，其中RXD用于接收，TXD用于发送。连接两个串口设备时，TXD应接对方RXD，RXD应接对方TXD，并且要共地。

波特率表示串行通信的数据传输速率，通信双方波特率必须一致。51单片机串口有4种工作方式，方式0为同步移位寄存器方式，方式1为8位异步通信方式且波特率可变，是最常用方式，方式2和方式3为9位异步通信方式，可用于多机通信。

SCON是串口控制寄存器，SM0、SM1用于选择工作方式，REN用于允许接收，TI为发送完成标志，RI为接收完成标志。写SBUF表示发送数据，读SBUF表示读取接收数据。串口中断入口为interrupt 4，RI和TI共用同一中断入口，必须在中断服务程序中判断并由软件清零。