PIC16单片机C语言串口通信原理与应用：实现设备间数据传输，打造物联网基础

# 1. 串口通信基础**

串口通信是一种异步串行通信协议，它允许两个设备通过一根或多根电线进行数据传输。串口通信广泛应用于各种电子设备中，例如微控制器、嵌入式系统和计算机。

串口通信使用串行数据格式，这意味着数据被一个接一个地发送，而不是并行发送。这使得串口通信可以在较低的带宽下工作，从而降低了成本和复杂性。串口通信还使用一个称为波特率的参数来指定数据传输速率，单位为比特/秒 (bps)。

# 2. PIC16单片机串口通信原理

### 2.1 PIC16单片机串口硬件结构

PIC16单片机集成了一个全双工的通用异步收发器（UART），它负责串口通信的发送和接收。UART模块包含以下主要寄存器：

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| TXREG | 发送数据寄存器，用于存储要发送的数据 |
| RCREG | 接收数据寄存器，用于存储接收到的数据 |
| SPBRG | 波特率发生器寄存器，用于设置串口波特率 |
| RCSTA | 接收状态寄存器，用于指示接收状态 |
| TXSTA | 发送状态寄存器，用于指示发送状态 |

UART模块与单片机的其他外设共享I/O引脚，通常使用RX（接收）和TX（发送）引脚。

### 2.2 串口通信协议和数据格式

串口通信遵循异步通信协议，其中数据以串行方式发送和接收。每个字符被分解成一个起始位、数据位、奇偶校验位（可选）和停止位。

**数据位**

数据位表示要传输的实际数据，通常为8位。

**奇偶校验位**

奇偶校验位用于检测数据传输中的错误。它可以是奇校验或偶校验。奇校验要求数据位中1的个数为奇数，偶校验要求数据位中1的个数为偶数。

**停止位**

停止位表示字符的结束。通常使用1或2个停止位。

### 2.3 串口通信中断处理

PIC16单片机提供了串口通信中断，允许在接收或发送数据时触发中断服务程序（ISR）。这使得单片机可以在不占用CPU时间的情况下处理串口通信。

串口通信中断有两种类型：

**接收中断**

当接收缓冲区（RCREG）中接收到数据时触发。

**发送中断**

当发送缓冲区（TXREG）为空时触发，表示可以发送新数据。

中断服务程序负责读取接收到的数据或写入要发送的数据，从而实现串口通信的异步处理。

**代码块：PIC16单片机串口中断服务程序示例**

void interrupt isr_uart() {
  if (PIR1bits.RCIF) {  // 接收中断标志位
    // 读取接收到的数据
    uint8_t data = RCREG;
    // 处理接收到的数据
  } else if (PIR1bits.TXIF) {  // 发送中断标志位
    // 发送数据
    TXREG = data;
    // 清除发送中断标志位
    PIR1bits.TXIF = 0;
  }
}

**逻辑分析：**

此中断服务程序处理接收和发送中断。当接收中断发生时，它读取接收到的数据并进行处理。当发送中断发生时，它发送数据并清除发送中断标志位。

# 3.1 串口初始化和配置

串口通信的初始化和配置是串口通信编程的基础，它决定了串口通信的波特率、数据格式和中断使能等参数。PIC16单片机串口初始化和配置主要通过以下寄存器实现：

- **TXSTA 寄存器**：控制串口发送功能，包括发送使能、发送中断使能和数据格式等参数。
- **RCSTA 寄存器**：控制串口接收功能，包括接收使能、接收中断使能和数据格式等参数。
- **BAUDCTL 寄存器**：控制串口波特率。

**串口初始化代码示例：**

// 初始化串口
void uart_init(void) {
    // 设置波特率为 9600
    BAUDCT