4.3 串口通信
4.3.1 通信的概念
通信一詞按照傳統的理解就是信息的傳輸與交換。
對于單片機來說，通信則與傳感器、存儲芯片、外圍控制芯片等技術緊密結合，成為整個單片機系統的“神經中樞”；沒有通信，單片機所實現的功能僅僅局限于單片機本身，就無法通過其它設備獲得有用信息，也無法將自己產生的信息告訴其它設備。如果單片機通信沒處理好的話，它和外圍器件的合作程度就受到限制，最終整個系統也無法完成強大的功能，由此可見單片機通信技術的重要性。
UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用異步收發器）串行通信是單片機最常用的一種通信技術，通常用于單片機和電腦之間以及單片機和單片機之間的通信。
4.3.2 串口通信介紹
串口通信是按照位（bit）發送和接收，串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據；這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸低。
串口是計算機上一種非常通用的設備通信協議，大多數計算機（不包括筆記本電腦，主要是臺式主機）包含兩個基于RS-232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議。
圖4-3-1 標準RS232串口
上面圖中的串行接口叫做 RS232 接口，由于現在筆記本電腦都不帶這種 9 針串口了，所以和單片機通信越來越趨向于使用USB協議虛擬的串口(就是使用USB轉串口協議芯片，實現串口與USB協議互轉，比如：CH340)。 標準的RS232接口里，2號引腳是接收數據口RXD，3號引腳是發送數據TXD，對于 RS232 標準來說，它的TXD 和 RXD 的電壓， -3V～-15V 電壓代表是 1， +3～+15V 電壓代表是 0。因此電腦的 9 針 RS232串口是不能和單片機直接連接的，需要用一個電平轉換芯片 MAX232 來完成，單片機上的電壓是TTL標準，TTL電平信號規定，+5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”。
STC90C51RC/RD+系列單片機串口通信對應的專用管腳是P3.0/RxD和P3.1/TxD，由它們組成的通信接口就叫做串行接口，簡稱串口。
圖4-3-2 兩個單片機之間串口通信示意圖
圖中， GND 表示單片機系統電源的參考地， TXD 是串行發送引腳， RXD 是串行接收引腳。兩個單片機之間要通信，首先電源基準得一樣，所以要把兩個單片機的 GND 相互連接起來，然后單片機1的TXD引腳接到單片機2 的 RXD 引腳上，即此路為單片機 1 發送而單片機 2 接收的通道，單片機 1 的 RXD 引腳接到單片機 2 的 TXD 引腳上，即此路為單片機 2 發送而單片機 1 接收的通道。這個示意圖就體現了兩個單片機相互收發信息的過程。
當單片機 1 想給單片機 2 發送數據時，比如發送一個 0xE4 這個數據，用二進制形式表示就是 0b11100100，在 UART 通信過程中，是低位先發，高位后發的原則，那么就讓 TXD首先拉低電平，持續一段時間，發送一位 0，然后繼續拉低，再持續一段時間，又發送了一位 0，然后拉高電平，持續一段時間，發了一位 1……一直到把 8 位二進制數字 0b11100100全部發送完畢。
這里就涉及到了一個問題，就是持續的這“一段時間”到底是多久？由此便引入了通信中的一個重要概念——波特率，也叫做比特率。
波特率就是發送二進制數據位的速率，習慣上用 baud 表示，即發送一位二進制數據的持續時間=1/baud。在通信之前，單片機 1 和單片機 2 首先都要明確的約定好它們之間的通信波特率，必須保持一致，收發雙方才能正常實現通信。
約定好速度后，還要考慮第二個問題，數據什么時候是起始，什么時候是結束？不管是提前接收還是延遲接收，數據都會接收錯誤。在 UART 通信的時候，一個字節是 8 位，規定當沒有通信信號發生時，通信線路保持高電平，當要發送數據之前，先發一位 0 表示起始位，然后發送 8 位數據位，數據位是先低后高的順序，數據位發完后再發一位 1 表示停止位。這樣本來要發送一個字節的 8 位數據，而實際上一共發送了 10 位，多出來的兩位其中一位起始位，一位停止位。而接收方，原本一直保持的高電平，一旦檢測到了一位低平，那就知道了要開始準備接收數據了，接收到 8 位數據位后，然后檢測到停止位，再準備下一個數據的接收。
下面圖片展示了一個完整的串口數據發送接收過程:
圖4-3-3 串口數據發送示意圖
4.3.3 51單片機的串口寄存器介紹
STC90C51RC/RD+系列單片機內部集成有一個功能很強的全雙工串行通信口（P3.0/RxD和P3.1/TxD），與傳統8051單片機的串口完全兼容。設有2個互相獨立的接收、發送緩沖器，可以同時發送和接收數據。
串行通信設有4種工作方式，其中兩種方式的波特率是可變的，另兩種是固定的，波特率由內部定時器/計數器產生。
4種工作模式，可通過軟件編程對SCON中的SM0、 SM1的設置進行選擇。其中模式1、模式2和模式3為異步通信，每個發送和接收的字符都帶有1個起始位和1個停止位。
發送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個緩沖器可以共用一個地址碼（99H）。兩個緩沖器統稱串行通信特殊功能寄存器SBUF。
串口相關的配置寄存器如下:
圖4-3-4
完成基本串口通信主要使用的寄存器有4個：
SCON: 串行控制寄存器 (可位尋址)
PCON: 電源控制寄存器 (不可位尋址)
IE : 中斷允許寄存器 (可位尋址)
SBUF: 發送/接收緩沖區(雙向的)
4.3.4 串行控制寄存器SCON
串行控制寄存器SCON用于選擇串行通信的工作方式和某些控制功能，其格式如下：
圖4-3-5
TI: 數據發送完成中斷請求標志位，由內部硬件自動置位(TI=1)，必須用軟件復位(TI=0)。
RI: 數據接收完成中斷請求志位，由內部硬件置位，即RI=1，必須由軟件復位，即RI=0。
SCON的所有位在復位之后全部為"0"。
REN：允許/禁止串行接收控制位。 由軟件置位REN，即REN=1為允許串行接收狀態，可啟動串行接收器RxD，開始接收信息。軟件復位REN，即REN=0，則禁止接收。
SM0/FE：當PCON寄存器中的SMOD0/PCON.6位為0時，該位和SM1一起指定串行通信的工作方式，如下表所示。
圖4-3-6
SCON寄存器主要配置串口的工作方式，啟動串口的接收功能，常用的工作模式是方式1(8位UART)。
串口工作在方式1時，波特率是可變的，可變的波特由定時器/計數器1或獨立波特率發生器產生。
示例:
SCON=0x50; //設置為工作方式1,允許串口接收
4.3.5 電源控制寄存器PCON
電源控制寄存器PCON格式如下：
圖4-3-7
SMOD: 波特率選擇位。當SMOD=1，則使串行通信方式1、 2、 3的波特率加倍；復位時SMOD=0。
SMOD0: 幀錯誤檢測有效控制位，當SMOD0=0時，與SCON寄存器中的SM0/FE位一起指定串行口的工作方式。復位時SMOD0=0。
配置示例:
PCON=0x80; //波特率加倍
4.3.6 串行口數據緩沖寄存器SBUF
STC90C51RC/RD+系列單片機的串行口緩沖寄存器(SBUF)的地址是99H，實際是2個緩沖器，寫SBUF的操作完成待發送數據的加載，讀SBUF的操作可獲得已接收到的數據。兩個操作分別對應兩個不同的寄存器，1個是只寫寄存器，1個是只讀寄存器。
示例:
u8 Rx_Byte;Rx_Byte = SBUF; //接收到的數據保存到變量中SBUF = Rx_Byte; //將變量保存的數據發送出去
4.3.7 波特率設置
圖4-3-8
圖4-3-9
圖4-3-10 常見的波特率設置
4.3.8 配置串口實現數據收發示例(波特率不加倍)
下面代碼配置串口的波特率為9600，波特率不加倍，當前運行代碼的單片機晶振是: 11.059200MHZ。
單片機工作在12T模式下(在12T架構下一個機器周期是12個時鐘周期，也就是 12/11059200 秒)
主函數里1秒鐘向串口發送一個字符串，串口開啟了接收中斷，如果收到數據就原樣將數據再發送出去。
波特率的配置方法，在STC芯片參考手冊的串口章節有示例代碼(P199)，可以參考修改。
示例代碼:
（硬件平臺說明：CPU是STC90C516RD 、晶振頻率12MHZ 、工作在12T模式下、一個機器周期為1us時間)
#include