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单片机模拟串口发送和波特率问题

发布时间:2025-07-25 发布时间:
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传统的8051系列单片机一般都配备一个串口,而stc 89c52rc增强型单片机也不例外,只有一个串口可供使用,这样就出问题了,假如当前单片机系统要求二个串口或多个串口进行同时通信,8051系列单片机只有一个串口可供通信就显得十分尴尬,但是在实际的应用中,有两种方法可以选择。
方法1:使用能够支持多串口通信的单片机,不过通过更换其他单片机来代替8051系列单片机,这样就会直接导致成本的增加,优点就是编程简单,而且通信稳定可靠。
方法2:在io资源比较充足的情况下,可以通过io来模拟串口的通信,虽然这样会增加编程的难度,模拟串口的波特率会比真正的串口通信低一个层次,但是唯一优点就是成本上得到控制,而且通过不同的io组合可以实现更加之多的模拟串口,在实际应用中往往会采用模拟串口的方法来实现多串口通信。
普遍使用串口通信的数据流都是1位起始位、8位数据位、1位停止位的格式的,如表1。
表1
起始位8位数据位停止位
0bit0bit1bit2bit3bit4bit5bit6bit71

要注意的是,起始位作为识别是否有数据到来,停止位标志数据已经发送完毕。起始位固定值为0,停止位固定值为1,那么为什么起始位要是0,停止位要是1呢?这个很好理解,假设停止位固定值为1,为了更加易识别数据的到来,电平的跳变最为简单也最容易识别,那么当有数据来的时候,只要在规定的时间内检测到发送过来的第一位的电平是否0值,就可以确定是否有数据到来;另外停止位为1的作用就是当没有收发数据之后引脚置为高电平起到抗干扰的作用。
在平时使用红外无线收发数据时,一般都采用模拟串口来实现的,但是有个问题要注意,波特率越高,传输距离越近;波特率越低,传输距离越远。对于这些通过模拟串口进行数据传输,波特率适宜为1200b/s来进行数据传输。
例子:在使用单片机的串口接收数据实验当中,使用串口调试助手发送16字节数据,单片机采用模拟串口的方法将接收到的数据返发到pc机。
模拟串口实验代码:



1#include"stc.h"
2
3#definerxd p3_0//宏定义:接收数据的引脚
4#definetxd p3_1//宏定义:发送数据的引脚
5#definereceive_max_bytes 16//宏定义:最大接收字节数
6
7#definetimer_enable() {tl0=th0;tr0=1;ftimeouts=0;}//使能t/c
8#definetimer_disable() {tr0=0;ftimeouts=0;}//禁止t/c
9#definetimer_wait() {while(!ftimeouts);ftimeouts=0;}//等待t/c超时
10
11
12unsignedcharftimeouts=0;//t/c超时溢出标志位
13unsignedcharrecvbuf[16];//接收数据缓冲区
14unsignedcharrecvcount=0;//接收数据计数器
15
16
17
23voidsendbyte(unsignedcharb)
24{
25unsignedchari=8;
26
27txd=0;
28
29timer_enable();
30timer_wait();
31
32
33while(i--)
34{
35if(b&1)txd=1;
36elsetxd=0;
37
38timer_wait();
39
40b>>=1;
41
42}
43
44
45txd=1;
46
47timer_wait();
48timer_disable();
49}
50
56unsignedcharrecvbyte(void)
57{
58unsignedchari;
59unsignedcharb=0;
60
61timer_enable();
62timer_wait();
63
64for(i=0;i<8;i )
65{
66if(rxd)b|=(1<67
68timer_wait();
69}
70
71timer_wait();//等待结束位
72timer_disable();
73
74returnb;
75
76}
77
83voidprintfstr(char*pstr)
84{
85while(pstr&&*pstr)
86{
87sendbyte(*pstr );
88}
89}
90
96voidtimerinit(void)
97{
98tmod=0x02;
99tr0=0;
100tf0=0;
101th0=(256-99);
102tl0=th0;
103et0=1;
104ea=1;
105}
106
112unsignedcharstartbitcome(void)
113{
114return(rxd==0);
115}
116
122voidmain(void)
123{
124unsignedchari;
125
126timerinit();
127
128printfstr("hello 8051rn");
129
130while(1)
131{
132if(startbitcome())
133{
134recvbuf[recvcount ]=recvbyte();
135
136if(recvcount>=receive_max_bytes)
137{
138recvcount=0;
139
140for(i=0;i141{
142sendbyte(recvbuf[i]);
143}
144}
145}
146
147}
148}
149
155voidtimer0irq(void) interrupt1using0
156{
157ftimeouts=1;
158}
159

代码分析
在模拟串口实验代码中,宏的使用占用了相当的一部分。
#define rxd p3_0//宏定义:接收数据的引脚
#define txd p3_1//宏定义:发送数据的引脚
#define timer_enable(){tl0=th0;tr0=1;ftimeouts=0;}//使能t/c
#define timer_disable() {tr0=0;ftimeouts=0;}//禁止t/c
#define timer_wait(){while(!ftimeouts);ftimeouts=0;}//等待t/c超时

模拟串口接收引脚为p3.0,发送引脚为p3.1。为了达到精确的定时,减少模拟串口时收发数据的累积误差,有必要通过对t/c进行频繁的使能和禁止等操作。例如宏timer_enable为使能t/c,宏timer_disable禁止t/c,宏timer_wait等待t/c超时。
模拟串口的工作波特率为9600b/s,在串口收发的数据流当中,每一位的时间为1/9600≈104us,
若单片机工作在12mhz频率下,使用t/c0工作在方式2,那么为了达到104us的定时时间,th0、tl0的初值为256-104=152,在实际的模拟串口中,往往出现收发数据不正确的现象。原因就在于th0、tl0的初值,或许很多人会疑惑,按道理来说,计算t/c0的初值是没有错的。对,是没有错,但是在sendbyte和recv的函数当中,执行每一行代码都要消耗一定的时间,这就是所谓的“累积误差”导致收发数据出现问题,因此我们必须通过实际测试得到th0、tl0的初值,最佳值256-99=157。那么在t/c初始化timerinit函数中,th0、tl0的初值不能够按照常规来计算得到,实际初值在正常初值附近,可以通过实际测试得到。
模拟串口主要复杂在模拟串口发送与接收,具体实现函数在sendbyte和recvbyte函数,这两个函数必须要遵循“1位起始位、8位数据位、1位停止位”的数据流。
sendbyte函数用于模拟串口发送数据,以起始位“0”作为移位传输的起始标志,然后将要发送的自己从低字节到高字节移位传输,最后以停止位“1”作为移位传输的结束标志。
recvbyte函数用于模拟串口接收数据,一旦检测到起始位“0”,就立刻将接收到的每一位移位存储,最后以判断停止位“1”结束当前数据的接收。
main函数完成t/c的初始化,在while(1)死循环以检测起始位“0”为目的,当接收到的数据达到宏receive_max_bytes的个数时,将接收到的数据返发到外设。

单片机模拟串口发送和波特率问题-九游会j9


通常情况下,8051系列单片机外接晶振频率一般是12mhz、24mhz、48mhz如图7-6-1,为什么会这样选取呢?从前面的章节已经介绍8051系列单片机的每12个时钟周期为一个指令周期,当8051系列单片机外接12mhz晶振时,指令周期=12/12mhz=1us;若外接24mhz晶振时,指令周期=12/24mhz=0.5us;若外接48mhz晶振时,指令周期=12/48mhz=0.25us。8051系列单片机外接能够被除尽的晶振,在使用单片机内部的定时器/计数器资源时作定时器使用时能够得到精确定时应用;当使用汇编语言编程时,可以清楚知道当前每一行代码执行的时间。
8051系列单片机外接能够被除尽的晶振即12mhz、24mhz、48mhz这些晶振时,波特率的精确性就得不到保证。

假若现在单片机外接的晶振为12mhz时,以t/c2作波特率发生器,根据波特率公式:
波特率=fosc/2x16x(65536-t)
9600=12mhz/2x16x(65536-t)
t=65496.9375
“65496.9375”不是一个整数值,是一个带有小数点的数值。对于常用的8位、9位、11位一帧的数据接收与传输,最大的允许误差分别是6.25%、5.56%、4.5%。虽然波特率允许误差,但是这样通信时便会产生积累误差,进而影响数据的正确性。唯一的解决办法就是更改单片机外接的晶振频率,更改为常用于产生精确波特率的晶振如11.0592mhz、22.1184mhz。
假若现在单片机外接的晶振为11.0592mhz时,以t/c2作波特率发生器,根据波特率公式:
波特率=fosc/2x16x(65536-t)
9600=11.0592mhz/2x16x(65536-t)
t=65500=0xffdc

虽然使用11.0592mhz、22.1184mhz的晶振能够产生精确的波特率,但是用于系统精确的定时服务不是十分的理想。例如单片机外接11.0592mhz晶振时,指令周期=12/11.0592mhz≈1.085us,是一个无限循环的小数。当单片机外接22.1184mhz晶振时,指令周期=12/22.1184mhz≈0.5425us,也是一个无限循环的小数。

串口工作在方式1时分别采用t/c1和t/c2产生常用波特率初值表如下。
波特率
(11.0592mhz)
初值波特率
(12mhz)
初值
th1、tl1
(smod=0)
th1、tl1
(smod=1)
th1、tl1
(smod=0)
th1、tl1
(smod=1)
12000xe70xd012000xe50xcb
24000xf30xe724000xf20xe5
48000xf90xf348000xf90xf2
96000xfc0xf996000xfc0xf9
144000xfd0xfb144000xfd0xfb
192000xfe0xfc192000xfe0xfc


波特率
(11.0592mhz)
初值波特率
(12mhz)
初值
rcal2hrcal2lrcal2hrcal2l
12000xfe0xe012000xfe0xc8
24000xff0x7024000xff0x64
48000xff0xd848000xff0xb2
96000xff0xdc96000xff0xd9
144000xff0xe8144000xff0xe6
192000xff0xee192000xff0xed

如果大家想通过设置不同的晶振获取更加多的波特率的值,可以下载以下工具进行计算:

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