51单片机-串口通信
1.基本概念
（1）串行通信，并行通信
| 通信方式 | 数据传输方式 | 所需数据线数量 | 传输速度 | 传输距离 | 抗干扰能力 | 硬件成本 | 常见接口/应用 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 串行通信 | 数据一位一位 (bit) 依次传输 | 少（通常 1 根数据线 + 控制线） | 相对较低（单次仅 1 bit），但可通过高速协议弥补 | 长距离可靠（可达数米到数十公里） | 高（线少、同步机制强） | 成本低（布线简单） | UART、SPI、I²C、USB、CAN、RS232、RS485 |
| 并行通信 | 多个位（一般 8 位或 16 位）同时在多条线上并行传输 | 多（一般 8/16/32 根数据线 + 控制线） | 高（一次传多个 bit） | 短距离（通常在 PCB 内或板间连接） | 差（易受时序偏差和干扰影响） | 成本高（线多、排布复杂） | 内存总线、CPU 与外设总线、老式打印机并口 (LPT) |
（2）单工，半双工，全双工通信
| 通信方式 | 传输方向 | 是否可同时双向 | 带宽利用率 | 常见接口/标准 | 典型应用场景 | 举例 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 单工 (Simplex) | 只能单向传输 | 否 | 低（仅一方使用通道） | 无特殊接口要求 | 信息广播、数据采集 | 收音机、电视广播、键盘输入 |
| 半双工 (Half Duplex) | 可双向传输，但同一时刻只能一个方向 | 否 | 中等（通道可切换方向，但有等待时间） | RS485、对讲机协议 | 节点较多但不要求实时双向通信的总线系统 | 对讲机、RS485 总线、旧式无线电台 |
| 全双工 (Full Duplex) | 可双向传输 | 是（同时收发） | 高（收发通道同时利用） | RS232、UART、TCP/IP、光纤通信 | 实时交互、数据吞吐要求高 | 电话、以太网、UART 串口通信 |
（3）什么是串口通信
串口通信：指通过串行接口（如 UART）逐位传输数据的通信方式。
（4）串口通信的通信时序
- 空闲时数据线为高电平；
- 发送发发送一个低电平表示起始位；
- 发送的第一个比特是最低为(最右边);
- 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。
（5）串口通信的速率（波特率）
决定因素：
串口的时钟频率（晶振 + 分频器）。
通信双方必须设置为相同的波特率。
常见波特率：
9600、19200、38400、57600、115200、230400 bps 等。
（6）同步通信、异步通信
同步通信：通信双方共享同一个时钟信号，数据和时钟同步进行（如 SPI、I²C）。
异步通信：没有公共时钟，用起始位/停止位来实现同步（如 UART）。
串口通信（UART）：属于 异步通信。
（7）TTL，RS232，RS485
| 标准 | 电平范围 | 逻辑定义 | 通信方式 | 传输距离 | 特点/应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| TTL | 0V（低） ~ 5V/3.3V（高） | 高电平=1，低电平=0 | 单端 | < 1m | 芯片之间短距离通信，常见于 MCU、模块接口（如 STM32、Arduino 的 UART） |
| RS232 | -3V ~ -15V 表示逻辑 1；+3V ~ +15V 表示逻辑 0（与 TTL 相反） | 反逻辑 | 点对点 | ≤ 15m | 早期电脑串口、调制解调器，抗干扰比 TTL 强 |
| RS485 | 差分信号：A、B 两根线电压差 | A-B > +200mV = 1；A-B < -200mV = 0 | 半双工或全双工（多点总线） | ≤ 1200m | 抗干扰强，支持多机通信，常用于工业现场总线、485 转换器 |
2.代码
（1）初始化
void init_uart(void)
{unsigned char t;t = SCON;t &= ~(3 << 6);t |= (1 << 6) | (1 << 4);SCON = t;PCON |= (1 << 7);TCON |= (1 << 6);t = TMOD;t &= ~(0xFFFF);t |= (1 << 5);t |= (1 << 0);TMOD = t;TH1 = 204;TL1 = 204;TH0 = a >> 8;TL0 = a;IE |= (1 << 4) | (1 << 7) | (1 << 1);}（2）发送函数
void send_char(char ch)
{SBUF = ch;while((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);
}void send_buffer(const char *p, int len)
{while(len--){send_char(*p++);}
}（3）串口中断服务函数
xdata char rcv_buffer[64] = {0};
int pos = 0;void uart_handler(void) interrupt 4
{if((SCON & (1 << 0)) != 0){rcv_buffer[pos++] = SBUF;SCON &= ~(1 << 0);}
}8051 的存储空间分为几类：
DATA：内部 RAM 的低 128 字节（0x00 ~ 0x7F），可直接寻址。
IDATA：内部 RAM 的全部 256 字节（0x00 ~ 0xFF），间接寻址。
XDATA：外部 RAM（0x0000 ~ 0xFFFF，最大 64KB），通过
MOVX指令访问。CODE：程序存储器（ROM/Flash），存放程序和常量。
（4）检验大小端存储函数
void check_mcu_endianness(void)
{int n = 0x1234;unsigned char *s = (unsigned char *)&n;int i;for (i = 0; i < sizeof(n); ++i){sprintf(buffer, "%X", s[i]); send_buffer(buffer, strlen(buffer));send_char(' '); }send_char('\n');
}（5）检测51单片机中数据类型所占用的字节
int n;
n = sizeof(int);
sprintf(buffer, "int size = %d", n);
send_buffer(buffer, strlen(buffer));（6）通信协议解析函数
unsigned char sumOfTheArray(unsigned char *p, int len)
{unsigned char sum = 0;int i;for(i = 0;i < len; ++i){sum += p[i];}return sum;
}void timer0_handler(void) interrupt 1
{ P2 ^= (1 << 1);TH0 = a >> 8;TL0 = a;
}int *p;
int n = 0;void parse(void)
{if((unsigned char)rcv_buffer[0] == 0xAA && (unsigned char)rcv_buffer[pos - 1] == 0x0D){if((unsigned char)rcv_buffer[1] == 0x01){if(sumOfTheArray(rcv_buffer, 5) == (unsigned char)rcv_buffer[5]){if((unsigned char)rcv_buffer[2] == 0x01){ p = (int *)&rcv_buffer[3];n = *p;TCON &= ~(1 << 4);}else if((unsigned char)rcv_buffer[2] == 0x02){p = (int *)&rcv_buffer[3];n = *p;if(200 == n){a = HZ200;TCON |= (1 << 4); }else if(400 == n){a = HZ400;TCON |= (1 << 4);}}}}}
}int main(void)
{init_uart();while(1){if(pos != 0){delay(0xFFFF);parse();pos = 0;memset(rcv_buffer, 0, sizeof(rcv_buffer));}show_number(n);}
}