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单片机串行通信：单片机基础与原理

1单片机基础

1.1单片机的定义与分类

单片机，全称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），是一种将中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等主要计算机部件集成在一块芯片上的微型计算机系统。它具有体积小、功耗低、成本低廉、控制功能强大等特点，广泛应用于各种电子设备和控制系统中。

1.1.1分类

单片机按其结构和功能可以分为以下几类：-8位单片机：如8051系列，适用于简单控制和数据处理。-16位单片机：如MSP430系列，处理能力更强，适用于复杂控制和高速数据处理。-32位单片机：如ARM系列，具有高性能和丰富的外设，适用于高端嵌入式系统。

1.2单片机的内部结构

单片机的内部结构主要包括以下几个部分：-中央处理器（CPU）：执行指令的核心部件。-存储器：包括RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器），用于存储数据和程序。-输入输出接口（I/O）：用于与外部设备进行数据交换。-定时器/计数器：用于产生定时信号或计数。-中断系统：允许单片机在执行程序时响应外部事件。-串行通信接口：如UART、SPI、I2C等，用于与外部设备进行串行数据通信。

1.3单片机的工作原理

单片机的工作原理基于冯·诺依曼体系结构，其工作流程如下：1.指令读取：CPU从ROM中读取指令。2.指令解码：将读取的指令转换为相应的操作码和操作数。3.执行指令：根据解码后的指令执行相应的操作，如算术运算、逻辑运算、数据传输等。4.状态更新：更新程序计数器（PC），指向下一个要执行的指令。5.循环执行：重复上述步骤，直到程序结束或遇到特定的中断指令。

1.4单片机的编程语言与开发环境

1.4.1编程语言

单片机的编程语言主要有以下几种：-汇编语言：直接对应单片机的机器指令，控制力强但编写复杂。-C语言：广泛使用，易于理解和编写，且具有良好的移植性。-C++语言：面向对象，适用于复杂系统开发。

1.4.2开发环境

开发单片机程序的环境通常包括：-编译器：将高级语言转换为机器代码。-链接器：将编译后的代码链接成可执行文件。-调试器：用于程序的调试和测试。-集成开发环境（IDE）：如Keil、IAR、ArduinoIDE等，集成了编译、链接、调试等功能。

1.4.3示例：使用KeilMDK开发环境编写8051单片机的C语言程序

//文件名：main.c

#includereg51.h//包含8051单片机的寄存器定义

//定义一个函数，用于初始化单片机的串行通信

voidSerial_Init(void)

{

TMOD=0x20;//设置定时器1为模式2

TH1=0xFD;//设置波特率

TL1=0xFD;

SCON=0x50;//使能串行通信，设置为模式1

TR1=1;//启动定时器1

}

//主函数

voidmain(void)

{

Serial_Init();//初始化串行通信

while(1)

{

SBUF=H;//发送字符H

while(!TI);//等待发送完成

TI=0;//清除发送中断标志

}

}

1.4.4解释

上述代码示例展示了如何在8051单片机上使用C语言初始化串行通信并发送字符。Serial_Init函数配置了定时器和串行通信控制寄存器，以设置波特率和使能串行通信。在main函数中，通过无限循环发送字符’H’，并使用TI标志来检测发送是否完成。

通过KeilMDK开发环境，可以将上述C语言代码编译、链接，并下载到8051单片机中运行，实现与外部设备的串行通信功能。

2串行通信原理

2.1串行通信的基本概念

串行通信是指数据在通信线路上一位一位地按顺序传送的通信方式。与并行通信相比，串行通信使用较少的线路，适合长距离数据传输，降低了成本和复杂性。在单片机系统中，串行通信是实现设备间数据交换的重要手段，广泛应用于各种嵌入式系统中。

2.2串行通信的类型：同步与异步

2.2.1异步串行通信

异步串行通信是最常见的串行通信方式，它不需要时钟信号来同步数据传输。每个数据帧包含起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位。起始位为低电平，表示数据帧的开始；数据位是实际传输的数据；奇偶校验位用于错误检测；停止位为高电平，表示数据帧的结束。

2.2.1.1示例代码：异步串行通信发送数据

#includestdio.h