本文主要介绍串口通信的相关内容。基于STC89C52实现电脑与串口之间的通信。

目录

一、串口介绍

二、硬件电路

三、电平标准

1. TTL 电平

2. RS-232 电平

3. RS-485 电平

四、常见通信接口比较

五、相关术语

六、51单片机的UART

七、串口参数与时序图

八、串口工作模式的硬件结构图

九、程序实现

1、串口向电脑发送数据

2、电脑通过串口控制LED

十、效果展示

1、串口向电脑发送数据

2、电脑通过串口控制LED

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一、串口介绍

串口（Serial Port，串行通信接口）是设备间逐位、依次传输数据的通信接口，核心是UART 协议，搭配RS-232/RS-485等电气标准，广泛用于嵌入式调试、工业控制、传感器通信等场景。

51单片机内部自带UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器），可实现单片机的串口通信。

二、硬件电路

• 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）
• TXD与RXD要交叉连接
• 当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线
• 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

三、电平标准

电平标准是数据1和数据0的表达方式，是传输线缆中人为规定的电压与数据的对应关系，串口常用的电平标准有如下三种：

1. TTL 电平

• 电压：3.3V 或 5V

• 逻辑：1 = 3.3V/5V       0 = 0V(GND)

• 距离：很短，几十厘米以内

• 用途：

  • STM32、Arduino、ESP32 内部串口

  • USB 转 TTL 模块（CH340、CP2102）

  • 传感器、蓝牙 / WiFi 模块

2. RS-232 电平

• 电压：±12V 左右

• 逻辑：和 TTL 完全相反！  1 = -3V ~ -15V     0 = +3V ~ +15V

• 距离：15 米以内

• 特点：

  • 不能直接和单片机 TTL 相连！会烧芯片

  • 必须用 MAX3232 这类电平转换芯片

3. RS-485 电平

• 差分信号：A、B 两根线

• 电压差决定逻辑

• 距离：最远 1200 米

• 抗干扰极强，工业现场必用

• 半双工常见通信接口比较

四、常见通信接口比较

名称	引脚定义	通信方式	特点
UART	TXD、RXD	全双工、异步	点对点通信
I²C	SCL、SDA	半双工、同步	可挂载多个设备
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工、同步	可挂载多个设备
1-Wire	DQ	半双工、异步	可挂载多个设备

五、相关术语

全双工：通信双方可以同时发送和接收数据，就像打电话，两边可以同时说话。代表接口：UART、SPI。

半双工：通信双方可以发送和接收数据，但同一时间只能单向传输，就像对讲机，必须 “说完等对方回复”。代表接口：I²C、1-Wire、RS-485。

单工：只能单向传输数据，一方永远发送，另一方永远接收，就像广播电台。

同步通信：通信双方共享统一的时钟信号，用时钟边沿来同步数据传输，数据传输效率高、速度快。代表接口：I²C、SPI。

异步通信：没有统一的时钟信号，通过起始位、数据位、校验位、停止位来帧同步，接线简单但速度相对较慢。代表接口：UART、1-Wire。

点对点通信：只有两个设备之间直接通信，不能接入更多设备，通信链路简单。代表接口：UART。

时钟信号：同步通信中由主机提供的周期性电平信号，用于标记数据传输的节奏，确保收发双方数据对齐。

片选信号（CS/SS）：SPI 接口中用于选择特定从设备的信号，只有被选中的设备才会响应通信，避免总线冲突。

六、51单片机的UART

STC89C52有1个UART

STC89C52的UART有四种工作模式：

  模式0：同步移位寄存器

  模式1：8位UART，波特率可变（常用）

  模式2：9位UART，波特率固定

  模式3：9位UART，波特率可变

七、串口参数与时序图

波特率：串口通信的速率，代表每秒钟传输的比特数（比如 9600、115200），决定了发送 / 接收每一位数据的间隔时间。

检验位：用于数据传输错误验证（比如奇校验、偶校验），比如发送0101 0101，如果是奇校验，要让 1 的总数变成 奇数，所以校验位 = 1。如果是偶校验，要让 1 的总数保持 偶数，所以校验位 = 0。

停止位：用于标识一帧数据的结束，起到帧间隔的作用。

八、串口工作模式的硬件结构图

1. 核心数据缓存：SBUF

地址：99H，物理上是两个独立寄存器（发送和接收各一个，共用一个地址）

2. 波特率生成：定时器 T1 + 分频逻辑

时钟源：由定时器 T1 溢出提供（T1溢出率）

分频路径：

• T1 溢出 → 先经过 ÷2 或 ÷1（由 SMOD 位控制波特率是否加倍）
• 再经过 ÷16 分频，最终得到串口波特率

3. 发送流程

1. CPU 向 发送 SBUF 写入数据

2. 发送控制器从 SBUF 取出数据，按串口帧格式（起始位 + 数据位 + 停止位）逐位发送

3. 发送完成后，发送中断标志位 TI 置 1，触发串口中断（如果开启）

4. 数据通过 TXD 引脚 发送出去

4. 接收流程

1. RXD 引脚检测到起始位（低电平），开始接收数据

2. 接收控制器通过 移位寄存器 逐位采集数据

3. 一帧数据接收完成后，存入 接收 SBUF

4. 接收中断标志位 RI 置 1，触发串口中断（如果开启）

5. CPU 读取 SBUF 获取数据

九、程序实现

1、串口向电脑发送数据

1.1 关于寄存器配置，需要去看一下手册的第8章和第7章。或者直接用STC-ISP波特率计算器生成代码。关键的UART_Init 和 UART_SendByte函数实现如下所示。UART_SendByte中发送中断标志位需要手动复位。

1.2 main实现通过串口发送当前秒计数值

2、电脑通过串口控制LED

2. 1 主要需要使能串口中断，同时需要用到串口中断服务函数。

2.2 在中断服务函数将接收到的数据发送到P2口

十、效果展示

1、串口向电脑发送数据

2、电脑通过串口控制LED