51单片机串口通信协议(51单片机串口波特率计算)

单片机通信协议 现在大部分的仪器设备都要求能过通过上位机软件来操作，这样方便调试，利于操作。其中就涉及到通信的过程。在实际制作的几个设备中，笔者总结出了通信程序的通用写法，包括上位机端和下位机端等。1．自定义数据通信协议这里所说的数据协议是建立在物理层之上的通信数据包格式。所谓通信的物理层就是指我们通常所用到的RS232、RS485、红外、光纤、无线等等通信方式。在这个层面上，底层软件提供两个基本的操作函数：发送一个字节数据、接收一个字节数据。所有的数据协议全部建立在这两个操作方法之上。通信中的数据往往以数据包的形式进行传送的，我们把这样的一个数据包称作为一帧数据。类似于网络通信中的TCPIP协议一般，比较可靠的通信协议往往包含有以下几个组成部分：帧头、地址信息、数据类型、数据长度、数据块、校验码、帧尾。帧头和帧尾用于数据包完整性的判别，通常选择一定长度的固定字节组成，要求是在整个数据链中判别数据包的误码率越低越好。减小固定字节数据的匹配机会，也就是说使帧头和帧尾的特征字节在整个数据链中能够匹配的机会最小。通常有两种做法，一、减小特征字节的匹配几率。二、增加特征字节的长度。通常选取第一种方法的情况是整个数据链路中的数据不具有随即性，数据可预测，可以通过人为选择帧头和帧尾的特征字来避开，从而减小特征字节的匹配几率。使用第二种方法的情况更加通用，适合于数据随即的场合。通过增加特征字节的长度减小匹配几率，虽然不能够完全的避免匹配的情况，但可以使匹配几率大大减小，如果碰到匹配的情况也可以由校验码来进行检测，因此这种情况在绝大多说情况下比较可靠。地址信息主要用于多机通信中，通过地址信息的不同来识别不同的通信终端。在一对多的通信系统中，可以只包含目的地址信息。同时包含源地址和目的地址则适用于多对多的通信系统。数据类型、数据长度和数据块是主要的数据部分。数据类型可以标识后面紧接着的是命令还是数据。数据长度用于指示有效数据的个数。校验码则用来检验数据的完整性和正确性。通常对数据类型、数据长度和数据块三个部分进行相关的运算得到。最简单的做法可是对数据段作累加和，复杂的也可以对数据进行CRC运算等等，可以根据运算速度、容错度等要求来选取。2．上位机和下位机中的数据发送物理通信层中提供了两个基本的操作函数，发送一个字节数据则为数据发送的基础。数据包的发送即把数据包中的左右字节按照顺序一个一个的发送数据而已。当然发送的方法也有不同。在单片机系统中，比较常用的方法是直接调用串口发送单个字节数据的函数。这种方法的缺点是需要处理器在发送过程中全程参与，优点是所要发送的数据能够立即的出现在通信线路上，能够立即被接收端接收到。另外一种方法是采用中断发送的方式，所有需要发送的数据被送入一个缓冲区，利用发送中断将缓冲区中的数据发送出去。这种方法的优点是占用处理器资源小，但是可能出现需要发送的数据不能立即被发送的情况，不过这种时延相当的小。对于51系列单片机，比较倾向于采用直接发送的方式，采用中断发送的方式比较占用RAM资源，而且对比直接发送来说也没有太多的优点。以下是51系列单片机中发送单个字节的函数。void SendByte(unsigned char ch){SBUF = ch;while(TI == 0);TI = 0;}上位机中关于串口通信的方式也有多种，这种方式不是指数据有没有缓冲的问题，而是操作串口的方式不同，因为PC上数据发送基本上都会被缓冲后再发送。对于编程来说操作串口有三种方式，一、使用windows系统中自带的串口通信控件，这种方式使用起来比较简单，需要注意的是接收时的阻塞处理和线程机制。二、使用系统的API直接进行串口数据的读取，在windows和linux系统中，设备被虚拟为文件，只需要利用系统提供的API函数即可进行串口数据的发送和读取。三、使用串口类进行串口操作。在此只介绍windows环境下利用串口类编程的方式。CSerialPort是比较好用的串口类。它提供如下的串口操作方法：void WriteToPort(char* string, int len);串口初始化成功后，调用此函数即可向串口发送数据。为了避免串口缓冲所带来的延时，可以开启串口的冲刷机制。3．下位机中的数据接收和协议解析下位机接收数据也有两种方式，一、等待接收，处理器一直查询串口状态，来判断是否接收到数据。二、中断接收。两种方法的优缺点在此前的一篇关于串口通信的文章中详细讨论过。得出的结论是采用中断接收的方法比较好。数据包的解析过程可以设置到不同的位置。如果协议比较简单，整个系统只是处理一些简单的命令，那么可以直接把数据包的解析过程放入到中断处理函数中，当收到正确的数据包的时候，置位相应的标志，在主程序中再对命令进行处理。如果协议稍微复杂，比较好的方式是将接收的数据存放于缓冲区中，主程序读取数据后进行解析。也有两种方式交叉使用的，比如一对多的系统中，首先在接收中断中解析“连接”命令，连接命令接收到后主程序进入设置状态，采用查询的方式来解析其余的协议。以下给出具体的实例。在这个系统中，串口的命令非常简单。所有的协议全部在串口中断中进行。数据包的格式如下：0x55, 0xAA, 0x7E, 0x12, 0xF0, 0x02, 0x23, 0x45, SUM, XOR, 0x0D其中0x55, 0xAA, 0x7E为数据帧的帧头，0x0D为帧尾，0x12为设备的目的地址，0xF0为源地址，0x02为数据长度，后面接着两个数据0x23, 0x45，从目的地址开始结算累加、异或校验和，到数据的最后一位结束。协议解析的目的，首先判断数据包的完整性，正确性，然后提取数据类型，数据等数据，存放起来用于主程序处理。代码如下：if(state_machine == 0) // 协议解析状态机{if(rcvdat == 0x55) // 接收到帧头第一个数据state_machine = 1;elsestate_machine = 0;// 状态机复位}else if(state_machine == 1){if(rcvdat == 0xAA) // 接收到帧头第二个数据state_machine = 2;elsestate_machine = 0;// 状态机复位}else if(state_machine == 2){if(rcvdat == 0x7E) // 接收到帧头第三个数据state_machine = 3;elsestate_machine = 0;// 状态机复位}else if(state_machine == 3){sumchkm = rcvdat; // 开始计算累加、异或校验和xorchkm = rcvdat;if(rcvdat == m_SrcAdr)// 判断目的地址是否正确state_machine = 4;elsestate_machine = 0;}else if(state_machine == 4){sumchkm += rcvdat;xorchkm ^= rcvdat;if(rcvdat == m_DstAdr)// 判断源地址是否正确state_machine = 5;elsestate_machine = 0;}else if(state_machine == 5){lencnt = 0;// 接收数据计数器rcvcount = rcvdat;// 接收数据长度sumchkm += rcvdat;xorchkm ^= rcvdat;state_machine = 6;}else if(state _machine == 6 || state _machine == 7){m_ucData[lencnt++] = rcvdat; // 数据保存sumchkm += rcvdat;xorchkm ^= rcvdat;if(lencnt == rcvcount)// 判断数据是否接收完毕state_machine = 8;elsestate_machine = 7;}else if(state_machine == 8){if(sumchkm == rcvdat)// 判断累加和是否相等state_machine = 9;elsestate_machine = 0;}else if(state_machine == 9){if(xorchkm == rcvdat)// 判断异或校验和是否相等state_machine = 10;elsestate_machine = 0;}else if(state_machine == 10){if(0x0D == rcvdat) // 判断是否接收到帧尾结束符{retval = 0xaa;// 置标志，表示一个数据包接收到}state_machine = 0; // 复位状态机}此过程中，使用了一个变量state_machine作为协议状态机的转换状态，用于确定当前字节处于一帧数据中的那个部位，同时在接收过程中自动对接收数据进行校验和处理，在数据包接收完的同时也进行了校验的比较。因此当帧尾结束符接收到的时候，则表示一帧数据已经接收完毕，并且通过了校验，关键数据也保存到了缓冲去中。主程序即可通过retval的标志位来进行协议的解析处理。接收过程中，只要哪一步收到的数据不是预期值，则直接将状态机复位，用于下一帧数据的判断，因此系统出现状态死锁的情况非常少，系统比较稳定，如果出现丢失数据包的情况也可由上位机进行命令的补发，不过这种情况笔者还没有碰到。对于主程序中进行协议处理的过程与此类似，主程序循环中不断的读取串口缓冲区的数据，此数据即参与到主循环中的协议处理过程中，代码与上面所述完全一样。4．上位机中的数据接收和命令处理上位机中数据接收的过程与下位机可以做到完全一致，不过针对不同的串口操作方法有所不同。对于阻赛式的串口读函数，例如直接进行API操作或者调用windows的串口通信控件，最好能够开启一个线程专门用于监视串口的数据接收，每接收到一个数据可以向系统发送一个消息。笔者常用的CSerialPort类中就是这样的处理过程。CSerialPort打开串口后开启线程监视串口的数据接收，将接收的数据保存到缓冲区，并向父进程发送接收数据的消息，数据将随消息一起发送到父进程。父进程中开启此消息的处理函数，从中获取串口数据后就可以把以上的代码拷贝过来使用。CSerialPort向父类发送的消息号如下：#define WM_COMM_RXCHAR WM_USER+7 // A character was received and placed in the input buffer.因此需要手动添加此消息的响应函数：afx_msg LONG OnCommunication(WPARAM ch, LPARAM port);ON_MESSAGE(WM_COMM_RXCHAR, OnCommunication)响应函数的具体代码如下：LONG CWellInfoView::OnCommunication(WPARAM ch, LPARAM port){int retval = 0;rcvdat = (BYTE)ch;if(state_machine == 0) // 协议解析状态机{if(rcvdat == 0x55) // 接收到帧头第一个数据state_machine = 1;elsestate_machine = 0;// 状态机复位}else if(state_machine == 1){if(rcvdat == 0xAA) // 接收到帧头第二个数据state_machine = 2;elsestate_machine = 0;// 状态机复位......5．总结 以上给出的是通信系统运作的基本雏形，虽然简单，但是可行。实际的通信系统中协议比这个要复杂，而且涉及到数据包响应、命令错误、延时等等一系列的问题，在这样的一个基础上可以克服这些困难并且实现出较为稳定可靠的系统
单片机与别的单片机或者设备及电脑之间传输数据，就需要一个通讯协议，有I2C，SPI，AUSART等协议，具体可协议内容可网上查找。
你是要串口通信协议嘛？还有IIC,SPI,等呢
用我个人理解说一下吧，这个协议一般都是自己订的吧，比如我发一个字符串，总长度为13字节，然后开头和结尾都用‘~’表示，占用了两个字节，剩下的11个字节可以表示要发的内容，而上位机和下位机进行通信，或两单片机进行通信时，内部程序在接收模块处将收到的信息进行程序判断，如果判断出开头是~然后才开始接收，当再次收到~，时停止接收，再进行程序校验，这些大部分要体现在程序里，按自己的要求来定，不然那不轻易被人破解了，那还有个什么意思呀，呵呵，仅个人理解 ，欢迎交流。

串口通信准确的说叫RS232通信，串口通信和I2C都是串行通信，但串口通信是RS232协议，I2C通信是遵循I2C协议，举个简单例子，从A到B有条路，一个人走路过去，一个人坐车过去。串行通信就是相当于路，RS232和I2C协议相当于走路和坐车两种不同的方式 赞同
方式1时，SM2一般设置为 0SM2＝1，则只有收到有效的停止位时才激活RI。我知道的就这些了，你可以参考一下以上内容来自“飘仙建站论坛”追问 这个我也知道，不过还是谢谢

所谓的RS-232通信标准，就是对插件样式、信号名称和意义以及所谓的驱动器/接收器的电气模式这种硬件作出规定。一般的都是9针的接口，其中包括CD接口：数据通道接收载波的检测；RD接口：接收数据；SD接口：发送数据；ER接口：数据终端就绪；SG接口：信号用接地；DR接口：数据集就绪；RS接口：请求发送；CS接口：允许发送；CI接口：被呼表示。用以上接口进行数据通信，还有对电平的要求。当然与51单片机进行通信方式很简单，首先要解决的是电平标准，51的I/O口最大输出5V电压，而RS-232要求电压在±10V，为达到电平匹配，需用到MAX232CPF电平转换芯片，将0～5V电平转换为±10V电平，从而实现电平匹配；然后，数据接口只用到了数据发送与接收2个端口，还有数据的请求发送与允许发送，共4个端口，MAX232CPF还有其他一些外围电路接口，但比较简单，都是些电容接口，从而实现单片机与RS232接口的通信。我这儿还有RS232通信接口的相关资料，需要的话我可以给你。

方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。 方式 2 ：采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件搂控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。 方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的波特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。

51单片机串口通信 来源：维库 作者：关键字：51单片机 串口通信这节我们主要讲单片机上串口的工作原理和如何通过程序来对串口进行设置，以及根据所给出的实例实现与PC 机通信。一、原理简介51 单片机内部有一个全双工串行接口。什么叫全双工串口呢？一般来说，只能接受或只能发送的称为单工串行；既可接收又可发送，但不能同时进行的称为半双工；能同时接收和发送的串行口称为全双工串行口。串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的通信方式，其突出优点是只需一根传输线，可大大降低硬件成本，适合远距离通信。其缺点是传输速度较低。与之前一样，首先我们来了解单片机串口相关的寄存器。SBUF 寄存器：它是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器，可同时发送、接收数据，可通过指令对SBUF 的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作。从而控制外部两条独立的收发信号线RXD（P3.0）、TXD（P3.1），同时发送、接收数据，实现全双工。串行口控制寄存器SCON（见表1） 。表1 SCON寄存器表中各位（从左至右为从高位到低位）含义如下。SM0 和SM1 ：串行口工作方式控制位，其定义如表2 所示。表2 串行口工作方式控制位其中，fOSC 为单片机的时钟频率；波特率指串行口每秒钟发送（或接收）的位数。SM2 ：多机通信控制位。 该仅用于方式2 和方式3 的多机通信。其中发送机SM2 ＝ 1（需要程序控制设置）。接收机的串行口工作于方式2 或3，SM2=1 时，只有当接收到第9 位数据（RB8）为1 时，才把接收到的前8 位数据送入SBUF，且置位RI 发出中断申请引发串行接收中断，否则会将接受到的数据放弃。当SM2=0 时，就不管第位数据是0 还是1，都将数据送入SBUF，并置位RI 发出中断申请。工作于方式0 时，SM2 必须为0。REN ：串行接收允许位：REN =0 时，禁止接收；REN =1 时，允许接收。TB8 ：在方式2、3 中，TB8 是发送机要发送的第9 位数据。在多机通信中它代表传输的地址或数据，TB8=0 为数据，TB8=1 时为地址。RB8 ：在方式2、3 中，RB8 是接收机接收到的第9 位数据，该数据正好来自发送机的TB8，从而识别接收到的数据特征。TI ：串行口发送中断请求标志。当CPU 发送完一串行数据后，此时SBUF 寄存器为空，硬件使TI 置1，请求中断。CPU 响应中断后，由软件对TI 清零。RI ：串行口接收中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时，此时SBUF 寄存器为满，硬件使RI 置1，请求中断。CPU 响应中断后，用软件对RI 清零。电源控制寄存器PCON（见表3） 。表3 PCON寄存器表中各位（从左至右为从高位到低位）含义如下。SMOD ：波特率加倍位。SMOD=1，当串行口工作于方式1、2、3 时，波特率加倍。SMOD=0，波特率不变。GF1、GF0 ：通用标志位。PD（PCON.1） ：掉电方式位。当PD=1 时，进入掉电方式。IDL（PCON.0） ：待机方式位。当IDL=1 时，进入待机方式。另外与串行口相关的寄存器有前面文章叙述的定时器相关寄存器和中断寄存器。定时器寄存器用来设定波特率。中断允许寄存器IE 中的ES 位也用来作为串行I/O 中断允许位。当ES ＝ 1，允许 串行I/O 中断；当ES ＝ 0，禁止串行I/O 中断。中断优先级寄存器IP的PS 位则用作串行I/O 中断优先级控制位。当PS=1，设定为高优先级；当PS =0，设定为低优先级。波特率计算：在了解了串行口相关的寄存器之后，我们可得出其通信波特率的一些结论：① 方式0 和方式2 的波特率是固定的。在方式0 中， 波特率为时钟频率的1/12， 即fOSC/12，固定不变。在方式2 中，波特率取决于PCON 中的SMOD 值，即波特率为：当SMOD=0 时，波特率为fosc/64 ；当SMOD=1 时，波特率为fosc/32。② 方式1 和方式3 的波特率可变，由定时器1 的溢出率决定。当定时器T1 用作波特率发生器时，通常选用定时初值自动重装的工作方式2（ 注意：不要把定时器的工作方式与串行口的工作方式搞混淆了）。其计数结构为8 位，假定计数初值为Count，单片机的机器周期为T，则定时时间为（256 ?Count）×T 。从而在1s内发生溢出的次数（即溢出率）可由公式（1）所示：从而波特率的计算公式由公式（2）所示：在实际应用时，通常是先确定波特率，后根据波特率求T1 定时初值，因此式（2）又可写为：51单片机串口通讯二、电路详解下面就对图1 所示电路进行详细说明。图1 串行通信实验电路图最小系统部分（时钟电路、复位电路等）第一讲已经讲过，在此不再叙述。我们重点来了解下与计算机通信的RS-232 接口电路。可以看到，在电路图中，有TXD 和RXD 两个接收和发送指示状态灯，此外用了一个叫MAX3232 的芯片，那它是用来实现什么的呢？首先我们要知道计算机上的串口是具有RS-232 标准的串行接口，而RS-232 的标准中定义了其电气特性：高电平“1”信号电压的范围为-15V~-3V，低电平“0”信号电压的范围为+3V~+15V。可能有些读者会问，它为什么要以这样的电气特性呢？这是因为高低电平用相反的电压表示，至少有6V 的压差，非常好的提高了数据传输的可靠性。由于单片机的管脚电平为TTL，单片机与RS-232 标准的串行口进行通信时，首先要解决的便是电平转换的问题。一般来说，可以选择一些专业的集成电路芯片，如图中的MAX3232。MAX3232 芯片内部集成了电压倍增电路，单电源供电即可完成电平转换，而且工作电压宽，3V~5.5V 间均能正常工作。其典型应用如图中所示，其外围所接的电容对传输速率有影响，在试验套件中采用的是0.1μF。值得一提的是MAX3232 芯片拥有两对电平转换线路，图中只用了一路，因此浪费了另一路，在一些场合可以将两路并联以获得较强的驱动抗干扰能力。此外，我们有必要了解图中与计算机相连的DB-9 型RS-232的引脚结构（见图2）。图2 DB-9连接器接口图其各管脚定义如下（见表4）。表4 DB-9型接口管脚定义三、程序设计本讲设计实例程序如下：#include "AT89X52.h" （1）void Init_Com（void） （ 2）{TMOD = 0x20; （ 3）PCON = 0x00; （ 4）SCON = 0x50; （ 5）TH1 = 0xE8; （ 6）TL1 = 0xE8; （ 7）TR1 = 1; （ 8）}void main（void） （ 9）{unsigned char dat; （ 10）Init_Com（）； （ 11）while（1） （ 12）程序详细说明：（1）头文件包含。（2）声明串口初始化程序。（3）设置定时器1 工作在模式2，自动装载初值（详见第二讲）。（4）SMOD 位清0，波特率不加倍。（5）串行口工作在方式1，并允许接收。（6）定时器1 高8 位赋初值。波特率为1200b/s（7）定时器1 低8 位赋初值。（8）启动定时器。（9）主函数。（10）定义一个字符型变量。（11）初始化串口。（12）死循环。（13）如果接收到数据。（14）将接收到的数据赋给之前定义的变量。（15）将接收到的值输出到P0 口。（16）对接收标志位清0，准备再次接收。（17）将接收到的数据又发送出去。（18）查询是否发送完毕。（19）对发送标志位清0。四、调试要点与实验现象接好硬件，通过冷启动方式将程序所生成的。hex文件下载到单片机运行后，打开串口调试助手软件，设置好波特率1200，复位单片机，然后在通过串口调试助手往单片机发送数据（见图3），可以观察到在接收窗口有发送的数据显示，此外电路板上的串行通信指示灯也会闪烁，P0 口所接到LED 灯会闪烁所接收到的数据。图3 串口软件调试界面另外串口调试助手软件使用时应注意的是，如果单片机开发板采用串口下载而且和串口调试助手是使用同一串口，则在打开串口软件的同时不能给单片机下载程序，如需要下载，请首先点击“关闭串口”，做发送实验的时候，注意如果选中16 进制发送的就是数字或者字母的16 进制数值，比如发送“0”，实际接收的就应该是0x00，如果不选中，默认发送的是ASCII 码值，此时发送“0”，实际接收的就应该是0x30，这点可以通过观察板子P0 口上的对应的LED 指示出来。五、总结 本讲介绍了单片机串口通信的原理并给出了实例，通过该讲，读者可以了解和掌握51 单片机串口通信的原理与应用流程，利用串口通信，单片机可以与计算机相连，也可以单片机互联或者多个单片机相互通信组网等，在实际的工程应用中非常广泛。从学习的角度来说，熟练的利用串口将单片机系统中的相关信息显示在计算机上可以很直观方便的进行调试和开发。
请看程序：的确是全双工的，发送和接收可以同时进行，区别只是程序不一样 #include#include "intrins.h"typedef unsigned char BYTE; //使用typedef为现有类型创建别名，定义易于记忆的类型名typedef unsigned int WORD;#define FOSC 18432000L#define BAUD 9600#define NONE_PARITY 0#define ODD_PARITY 1#define EVEN_PARITY 2#define MARK_PARITY 3#define SPACE_PARITY 4#define PARITYBIT EVEN_PARITYsbit bit9=P2^2;bit busy;void SendData(BYTE dat);void SendString(char *s);void main(){#if(PARITYBIT==NONE_PARITY)SCON=0x50;#elif(PARITYBIT==ODD_PARITY)||(PARITYBIT==EVEN_PARITY)||(PARITYBIT==MARK_PARITY)SCON=0x50;#elif(PARITYBIT==SPACE_PARITY)SCON=0x50;#endifTMOD=0x20;TH1=TL1=-(FOSC/12/32/BAUD);TR1=1;ES=1;EA=1;SendString("STC89-90xxrnUart Test!rn");while(1);}void Uart_Isr()interrupt 4 using 1{if(RI){RI=0;P0=SBUF;bit9=RB8;}if(TI){TI=0;busy=0;}}void SendData(BYTE dat){while(busy);ACC=dat;if(P){#if(PARITYBIT==ODD_PARITY)TB8=0;#elif(PARITYBIT==EVEN_PARITY)TB8=1;#endif}else{#if(PARITYBIT==ODD_PARITY)TB8=1;#elif(PARITYBIT==EVEN_PARITY)TB8=0;#endif}busy=1;SBUF=ACC;}void SendString(char *s){while(*s){SendData(*s++);} }