单片机之间UART通信示意图分享

陈RQING 2018-04-11 16524

电子说

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描述

　　单片机简介

　　单片机是一种集成电路芯片。它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器（CPU）、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。所以说，一片单片机芯片就具有了组成计算机的全部功能。

　　单片机串口通信有哪些

　　1、SPI

　　SPI允许单片机和外围设备或者单片机之间高速同步数据传输，SPI可以有主机和从机模式之选，通信的主从机之间通过移位寄存器同时交换数据。目前自己用的以主机模式居多。SPI需要四线：SS，MISO，MOSI，SCK。

　　通信过程：在设置好SPI的工作模式：包括SCK频率（数据传输速率），工作速度，主从模式，以及数据接收发送对应的时钟极性。在主模式下，将SS拉低表示通信的开始，然后通过向SPI数据寄存器中写入一字节的数据后自动启动时钟SCK开始进行一次通信，通信完成后会产生相应的中断标志，标志一个字节数据的传送完成。通信完成后将SS脚拉高，表示通信过程已经结束。

　　注意SS引脚的设置：当设置为从机模式时，SS引脚应设置为输入，拉低的时候SPI才能起作用，拉高的话是消极的SPI模式；在主机模式下，SS引脚可以设置，一般应设置为输出，如果设置为输入的话应保持为高，否则将不能进行正常的主机模式操作。

　　2、USART

　　USART的操作比较简单，主要是设置波特率，数据格式，以及中断允许位等，值得至于的是其USART IN SPI MODE，在SPI模式下的USART的操作跟SPI操作差不多，主要是Clock的设置，然后发送数据还是通过USART的中断进行

　　3、I2C

　　I2C接口是简单强大的通信接口，只需要两根双向总线（时钟和数据线），SCL和SDA，即可实现一个主机和最多128个从机进行通信。模拟I2C接口的过程：启动I2C，一般是在SCL为高时将SDA拉低启动数据发送，SDA只有在SCL为低时才能拉高拉低有效，在SCL为高时拉高拉低SDA只是用于停止启动I2C通信

　　两个单片机之间UART串口通信

　　相信很多人都对单片机与计算机或者芯片通信时，RXD与TXD如何连接比较困惑。因为在一些电路图中，有的是直连接法，有的是交叉接法，让人有点摸不着头脑。

　　首先需要明白两个概念，就是DTE和DCE。DTE是指数据终端设备，典型的DTE就是计算机和单片机。DCE是指数据通信设备，典型的DCE就是MODEM。RS232串口标准中的RXD和TXD都是站在DTE立场上的，而不是DCE。明白了这一点，再讲下面的接线方法，就很好理解了。

　　单片机与计算机进行串口通信时，单片机的RXD接计算机的TXD，单片机的TXD接计算机的RXD。

　　（1）使用串口直通线。

　　设计电路时，单片机的RXD连接电路板DB9的TXD，单片机的TXD连接电路板DB9的RXD，具体实现可在232电平转换芯片处反接。

　　（2）使用串口交叉线。

　　设计电路时，因为串口线已做交叉，单片机的RXD连接电路板DB9的RXD，单片机的TXD连接电路板DB9的TXD，均直连即可。

　　这就可以解释为什么有的电路中使用直连接法，有的电路中使用交叉接法，就是因为使用的串口线不同。

　　单片机之间UART通信示意图分享

　　通信按照基本类型可以分为并行通信和串行通信。并行通信时数据的各个位同时传送，可以实现字节为单位通信，但是通信线多占用资源多，成本高。比如我们前边用到的 P0 = 0xFE;一次给 P0 的 8 个 IO 口分别赋值，同时进行信号输出，类似于有 8 个车道同时可以过去 8 辆车一样，这种形式就是并行的，我们习惯上还称 P0、P1、P2 和 P3 为 51 单片机的 4 组并行总线。

　　而串行通信，就如同一条车道，一次只能一辆车过去，如果一个 0xFE 这样一个字节的数据要传输过去的话，假如低位在前高位在后的话，那发送方式就是 0-1-1-1-1-1-1-1-1，一位一位的发送出去的，要发送 8 次才能发送完一个字节。

　　STC89C52 有两个引脚是专门用来做 UART 串行通信的，一个是 P3.0 一个是 P3.1，它们还分别有另外的名字叫做 RXD 和 TXD，由它们组成的通信接口就叫做串行接口，简称串口。用两个单片机进行 UART 串口通信，基本的演示图如图 11-1 所示。

　　 uart

　　图中，GND 表示单片机系统电源的参考地，TXD 是串行发送引脚，RXD 是串行接收引脚。两个单片机之间要通信，首先电源基准得一样，所以我们要把两个单片机的 GND 相互连接起来，然后单片机 1 的 TXD 引脚接到单片机 2 的 RXD 引脚上，即此路为单片机 1 发送而单片机 2 接收的通道，单片机 1 的 RXD 引脚接到单片机 2 的 TXD 引脚上，即此路为单片机 2 发送而单片机 1 接收的通道。这个示意图就体现了两个单片机相互收发信息的过程。

　　当单片机 1 想给单片机 2 发送数据时，比如发送一个 0xE4 这个数据，用二进制形式表示就是 0b11100100，在 UART 通信过程中，是低位先发，高位后发的原则，那么就让 TXD首先拉低电平，持续一段时间，发送一位 0，然后继续拉低，再持续一段时间，又发送了一位 0，然后拉高电平，持续一段时间，发了一位 1„„一直到把 8 位二进制数字 0b11100100全部发送完毕。这里就涉及到了一个问题，就是持续的这“一段时间”到底是多久？由此便引入了通信中的一个重要概念——波特率，也叫做比特率。

　　波特率就是发送二进制数据位的速率，习惯上用 baud 表示，即我们发送一位二进制数据的持续时间=1/baud。在通信之前，单片机 1 和单片机 2 首先都要明确的约定好它们之间的通信波特率，必须保持一致，收发双方才能正常实现通信，这一点大家一定要记清楚。

　　约定好速度后，我们还要考虑第二个问题，数据什么时候是起始，什么时候是结束呢？

　　不管是提前接收还是延迟接收，数据都会接收错误。在 UART 通信的时候，一个字节是 8 位，规定当没有通信信号发生时，通信线路保持高电平，当要发送数据之前，先发一位 0 表示起始位，然后发送 8 位数据位，数据位是先低后高的顺序，数据位发完后再发一位 1 表示停止位。这样本来要发送一个字节的 8 位数据，而实际上我们一共发送了 10 位，多出来的两位其中一位起始位，一位停止位。而接收方呢，原本一直保持的高电平，一旦检测到了一位低电平，那就知道了要开始准备接收数据了，接收到 8 位数据位后，然后检测到停止位，再准备下一个数据的接收。我们图示看一下，如图 11-2 所示。

　　 uart

　　图 11-2 串口数据发送示意图，实际上是一个时域示意图，就是信号随着时间变化的对应关系。比如在单片机的发送引脚上，左边的是先发生的，右边的是后发生的，数据位的切换时间就是波特率分之一秒，如果能够理解时域的概念，后边很多通信的时序图就很容易理解了。

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