学习目标

  • 了解串口通信的基本概念
  • 掌握STC8H的串口通信原理
  • 掌握STC8H的串口通信编程
  • 学会使用逻辑分析仪调试串口

    学习内容

    什么是串口

    串口是一种在数据通讯中广泛使用的通讯接口，通常我们叫做UART (通用异步收发传输器Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，其具有数据传输速度稳定、可靠性高、适用范围广等优点。在嵌入式系统中，串口常用于与外部设备进行通讯，如传感器、液晶显示屏、WiFi模块、蓝牙模块等。
    串口通信中的 TXD（Transmit Data）和 RXD（Receive Data）是串口通信中的两个重要信号。
    TXD是指串口发送端的数据信号，而RXD是指串口接收端的数据信号。在串口通信中，发送端把要发送的数据发送到TXD引脚上，接收端则通过RXD引脚来接收这些数据。
    TXD和RXD信号的实现方式取决于使用的芯片或模块。一般来说，它们都是通过芯片或模块的串口功能来实现的，这需要将相应的引脚连接到芯片或模块的串口引脚上。
    在发送数据时，需要将要发送的数据通过串口的发送缓冲区发送到TXD引脚上，接收端通过RXD引脚接收这些数据并放入接收缓冲区中。在接收端收到完整的数据后，可以通过相应的处理进行数据的解析和处理。
    需要注意的是，TXD和RXD的电平标准也需要一致，一般常见的有TTL电平和RS232电平，如果不一致则需要进行电平转换。同时，在编写程序时也需要注意串口波特率、数据位、停止位等参数的设置，以保证通信的稳定和可靠。
    以下是STC8H的芯片引脚介绍图
    32.png
    其中有4组Uart通讯口:
串口 RXD TXD
UART1 P3.0 P3.1
P3.6 P3.7
P1.6 P1.7
P4.3 P4.4
UART2 P1.0 P1.1
P4.6 P4.7
UART3 P0.0 P0.1
P5.0 P5.1
UART4 P0.2 P0.3
P5.2 P5.3

串口TTL通讯协议

串口TTL（Transistor-Transistor Logic）是一种串口通信协议，使用TTL电平来进行串口数据传输。它主要用于嵌入式系统、传感器、模块等设备之间的数据通信。
串口TTL主要包括两个信号线：TX（Transmit，发送）和RX（Receive，接收）。TX线是串口TTL的输出线路，用于将数据从串口设备发送出去；RX线是串口TTL的输入线路，用于接收数据到串口设备。
串口TTL使用的是异步串行通信协议，其数据传输的原理是将数据分成一定的数据帧，在数据帧的首尾各加上一个起始位和停止位，用于确定每个数据帧的开始和结束位置。此外，串口TTL通信协议还规定了数据位的长度和奇偶校验位。
串口TTL通常有不同的波特率（Baud Rate）可供选择，波特率是指每秒钟传输的数据位数，通常表示为 bps（bits per second），比如 9600 bps、115200 bps 等等。波特率的设置必须要保证发送和接收设备的波特率一致，否则会导致通信失败。
需要注意的是，串口TTL使用的是TTL电平，其电压范围是0~5V，不同的设备的串口TTL信号的电平有时会有所不同，因此在连接不同设备时需要注意电平的兼容性。
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串口转USB

串口转 USB 是一种将串口信号转换为 USB 信号的设备。它通常被用于连接没有 USB 接口的设备（如单片机、传感器等）与计算机之间的通讯，使这些设备可以通过 USB 接口与计算机进行通信。

在使用串口转 USB 设备时，需要将其插入计算机的 USB 接口，并将串口连接到需要通信的设备上。在计算机中打开串口终端程序，设置串口参数（如波特率、数据位、停止位等），即可开始进行数据传输。在通信过程中，串口转 USB 设备将串口信号转换为 USB 信号，并将其发送到计算机上，或者将从计算机上接收到的 USB 信号转换为串口信号并发送到外部设备上。
串口转 USB 设备通常由一个 USB 转串口芯片和一个串口接口组成。常见的 USB 转串口芯片有 FTDI 和 CH340 等，它们提供了一组标准的串口接口，可以方便地连接到各种外部设备上。
总之，串口转 USB 设备是一种非常实用的工具，它可以帮助我们连接各种没有 USB 接口的设备，方便数据的传输和通讯。
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黑马STC8H核心板串口调试

  1. 原理图

35.png

  • D+``D-对应的usb口，和pc主机连接
  • P3.1``P3.0对应的芯片
  • 采用CH340将串口和USB之间进行转换

所以，我们在PC机上为什么会装串口驱动，主要是用来解析CH340转换后的消息，这样PC机就能认识了

  1. 使用库函数编写串口通讯逻辑

需求：通过串口调试工具，发送消息给开发板，开发板原封不动的将消息传回。
开发步骤：

  1. 新建项目
  2. 导入库函数
  3. 编写逻辑

    串口调试实现

  1. 新建项目。新建main.c文件
  2. 导入函数库。拷贝以下函数库文件到项目目录：
    1. Config.h Type_def.h
    2. GPIO.h``GPIO.c
    3. Delay.h``Delay.c
    4. UART.h``UART.c``UART_Isr.c
    5. NVIC.c NVIC.h
    6. Switch.h
  3. 代码编写（发送） ```c

    include “Config.h”

    include “GPIO.h”

    include “UART.h”

    include “Delay.h”

    include “NVIC.h”

    include “Switch.h”

/* 功能说明 ** 双串口全双工中断方式收发通讯程序。

通过PC向MCU发送数据, MCU收到后通过串口把收到的数据原样返回, 默认波特率：115200,N,8,1.

通过开启 UART.h 头文件里面的 UART1~UART4 定义，启动不同通道的串口通信。 **/

/* IO配置函数 */ void GPIO_config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //结构定义

  1. GPIO_InitStructure.Pin  = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;        //指定要初始化的IO, GPIO_Pin_0 ~ GPIO_Pin_7
  2. GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_PullUp;    //指定IO的输入或输出方式,GPIO_PullUp,GPIO_HighZ,GPIO_OUT_OD,GPIO_OUT_PP
  3. GPIO_Inilize(GPIO_P3,&GPIO_InitStructure);    //初始化

}

/* 串口初始化函数 */ void UART_config(void) { COMx_InitDefine COMx_InitStructure; //结构定义

  1. COMx_InitStructure.UART_Mode      = UART_8bit_BRTx;    //模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTx
  2. COMx_InitStructure.UART_BRT_Use   = BRT_Timer1;            //选择波特率发生器, BRT_Timer1, BRT_Timer2 (注意: 串口2固定使用BRT_Timer2)
  3. COMx_InitStructure.UART_BaudRate  = 115200ul;            //波特率, 一般 110 ~ 115200
  4. COMx_InitStructure.UART_RxEnable  = ENABLE;                //接收允许,   ENABLE或DISABLE
  5. COMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE;            //波特率加倍, ENABLE或DISABLE
  6. UART_Configuration(UART1, &COMx_InitStructure);        //初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4
  7. NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_1);        //中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
  9. UART1_SW(UART1_SW_P30_P31);        //UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44

}

/**/ void main(void) {

// EAXSFR(); / 扩展寄存器访问使能 / GPIO_config(); UART_config(); EA = 1;

  1. TX1_write2buff(0x23);    // #
  2. printf("STC8H8K64U UART1 Test Programme!\r\n");    //UART1发送一个字符串
  3. PrintString1("STC8H8K64U UART1 Test Programme!\r\n");    //UART1发送一个字符串
  5. while (1)
  6. {
  8.     TX1_write2buff(0x2F); // /
  9.     delay_ms(250);
  10.     delay_ms(250);
  11.     delay_ms(250);
  12.     delay_ms(250);
  14. }

}

  2. 4. 代码编写（接收并回写）
  3. ```c
  4. #include "Config.h"
  5. #include "GPIO.h"
  6. #include "UART.h"
  7. #include "Delay.h"
  8. #include "NVIC.h"
  9. #include "Switch.h"
  11. void GPIO_config(void) {
  12.     GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;        //结构定义
  13.     GPIO_InitStructure.Pin  = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;        //指定要初始化的IO, P30, P31
  14.     GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_PullUp;    //指定IO的输入或输出方式,GPIO_PullUp,GPIO_HighZ,GPIO_OUT_OD,GPIO_OUT_PP
  15.     GPIO_Inilize(GPIO_P3, &GPIO_InitStructure);//初始化
  16. }
  18. void UART_config(void) {
  19.     COMx_InitDefine        COMx_InitStructure;                    //结构定义
  20.     COMx_InitStructure.UART_Mode      = UART_8bit_BRTx;    //模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTx
  21.     COMx_InitStructure.UART_BRT_Use   = BRT_Timer1;            //选择波特率发生器, BRT_Timer1, BRT_Timer2 (注意: 串口2固定使用BRT_Timer2)
  22.     COMx_InitStructure.UART_BaudRate  = 115200ul;            //波特率, 一般 110 ~ 115200
  23.     COMx_InitStructure.UART_RxEnable  = ENABLE;                //接收允许,   ENABLE或DISABLE
  24.     COMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE;            //波特率加倍, ENABLE或DISABLE
  25.     UART_Configuration(UART1, &COMx_InitStructure);        //初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4
  27.       NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_1);        //中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
  29.     UART1_SW(UART1_SW_P30_P31);        //UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44
  30. }
  32. void on_uart1_recv() {
  33.     u8 i;
  34.     // RX_Cnt收到的数据个数（字节u8 - unsigned char）
  35.     // 将收到的数据, 按字节逐个循环
  36.     for(i=0; i<COM1.RX_Cnt; i++) {
  37.         u8 dat = RX1_Buffer[i]; //  1 1 1 1  0 0 0 0 -> 0xF0
  38.         TX1_write2buff(dat);    //收到的数据原样返回
  39.     }
  40. }
  41. /**
  42. 开启串口调试，接收数据，把收到的数据原样返回
  44. **/
  45. void main() {
  46.     // 初始化IO
  47.     GPIO_config();
  49.     // 初始化UART
  50.     UART_config();
  52.     // 开启中断（全局）必须要写！
  53.     EA = 1;
  55.     // 写一个字节
  56.     TX1_write2buff(0x23);
  57.     // 通过PrintString1输出字符串
  58.     PrintString1("STC8H8K64U UART1 Test Programme!\r\n");    //UART1发送一个字符串
  59.     // 通过printf输出字符串
  60.     printf("STC8H8K64U UART1 Test Programme!\r\n");    //UART1发送一个字符串
  62.     while(1) {
  63.         // 超时计数
  64.         // 一旦收到了一个字节数据，RX_TimeOut会初始化一个值（例如：5）
  65.         if((COM1.RX_TimeOut > 0) && (--COM1.RX_TimeOut == 0))
  66.         {            
  67.             if(COM1.RX_Cnt > 0)
  68.             {
  69.                 // 收到数据了，on_uart1_recv();
  70.                 on_uart1_recv();
  71.             }
  72.             // 处理完数据，将数据个数清零
  73.             COM1.RX_Cnt = 0;
  74.         }
  75.         // 注意这里delay代码的位置，属于while
  76.         delay_ms(10);
  77.     }
  78. }
  1. 调试

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使用STC-ISP调试工具进行调试。切换好串口助手，选择正确的串口，设置和代码中相同的波特率。
通过发送区进行数据发送，通过接收区观察接收内容。

串口调试重难点

功能配置

  • 配置IO的工作模式：如果不配置工作模式，会导致串口不工作。（UART1的当前代码中的引脚P3.0和P3.1默认是准双向口，可以不配置，但是不要存在侥幸心理，导致其他的串口使用中没有配置准双向口）
  • 配置UART的串口工作模式**UART_Mode**：
    • UART_ShiftRight同步移位输出：按位传输，效率低，通常不用。
    • **UART_8bit_BRTx** 8位数据，可变波特率：常用。发送和接收的数据为8位。
    • UART_9bit 9位数据，固定波特率，即无法在运行时动态更改波特率。
    • UART_9bit_BRTx 9位数据，可变波特率：发送和接收的数据为9位。最后一位为奇偶校验位。
  • 配置UART的波特率**RaudRate**：根据实际情况来定，波特率越高，传输越快，但是出现丢帧的概率越高。通常115200就够用。单位是bit/s
  • 配置UART的波特率发生器BRT_Use：系统提供了4个发生器，通常一一对应。
    • BRT_Timer1
    • BRT_Timer2
    • BRT_Timer3
    • BRT_Timer4
  • 配置UART是否接收RxEnable：可以获取RXD接收的数据。
  • 配置UART波特率加倍BaudRateDouble：默认不加倍，配置加倍会导致波特率是设定的双倍，过高会导致丢帧。
  • 配置UART中断Interrupt和优先级Priority：UART的数据收发是通过中断实现的，如果不配置，则无法对外发送数据，TXD和RXD不工作。
  • 配置UART的端口P_SW：串口通道可以通过几组引脚来实现，但是需要指明是哪一组。

    中断开启

    由于uart中的发送是通过中断实现的，需要开启，但是STC8还提供了一个总的开关，如果总开关不打开，一样不起作用。
    1. EA = 1;

引入依赖库

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UART的接收与发送

  1. 关于接收

接收是通过接收缓冲区进行接收。
在死循环中，间隔一定时间到缓冲区中去取数据，有数据，说明就是接收了

  1. 关于发送

发送是通过发送缓冲区进行发送。
发送提供了单个字节发送的API: TX1_write2buff(byte)
发送提供了字符串发送的API: PrintString1(str)

逻辑分析仪调试

通过逻辑分析仪，分析RXD和TXD的数据

原理图分析

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  • P3.0引脚为RXD，对这个引脚进行分析即可

  • P3.1引脚为TXD，对这个引脚进行分析即可

    接线方式

    46.png

  • 将逻辑分析仪的通道1线和开发板中的P3.0引脚RXD连接。

  • 将逻辑分析仪的通道2线和开发板中的P3.1引脚TXD连接。
  • 将逻辑分析仪的GND线和开发板的GND连接。

    程序和串口工具准备

  1. 烧录写好的串口程序固件，功能是接收到串口消息，并原路返回这个消息。
  2. 打开STC-ISP工具的串口调试部分，进行配置调试：

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  1. 配置正确的波特率，选择对应的串口，打开串口
  2. 在发送区域输入发送的内容
  3. 点击自动发送，这样工具就会定时发送这个数据

串口通讯过程
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逻辑分析仪调试

点击绿色按钮，进行数据分析
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  • 选择右侧的分析
  • 观察到逻辑分析仪已经100%确认为 Async Serial信号，也就是串口信号

查看串口内容：
49.png

  • 点击数据按钮，可以观察到，传输的内容为hello，也就是分析出我们发送的内容

串口通讯测试

测试流程：

  1. PC机通过串口工具连接两个设备A和B的UART1
  2. 将A和B的UART4相连（A设备的RXD、TXD接B设备的TXD，RXD）
  3. 编写代码
    1. 接收PC从UART1发来的数据，将之从UART4发出去
    2. 接收另外一个设备从UART4发来的数据，将之从UART1发出去
  4. 通过PC机的串口工具A给A设备发消息，观察串口工具B收到的消息

引脚选择如下： :::info UART1：RXD-P3.0 TXD-P3.1
UART4：RXD-P5.2 TXD-P5.3
::: image.png

注意：

如果串口窗口出现乱码内容，通常原因有两个：

  1. 烧录时，选择的IRC频率不是24.000 MHz
  2. 连接串口时，选择的波特率和代码中的不一致，通常为115200

    重要的事情说三遍： 使用UART一定要记得打开中断总开关！！！EA = 1; 使用UART一定要记得打开中断总开关！！！EA = 1; 使用UART一定要记得打开中断总开关！！！EA = 1;

练习题

  1. 通过库函数，实现PC和单片机的UART通讯。
  2. 通过逻辑分析仪进行调试串口的TXD和RXD
  3. 通过串口控制灯的开和关：P53引脚
  4. 实现两个开发板的串口通讯：开发板1要用UART2，开发板2要求用UART2
    1. 注意的问题：接线和调试设计问题
    2. 开发板1发送消息给开发板2，控制开发板2的灯泡亮或者灭
    3. 开发板2发送消息给开发板1，控制开发板1的灯泡亮或者灭