【AT89C52串行通信协议详解】：从理论到实践的完整教程


参考资源链接：[AT89C52中文手册](https://wenku.csdn.net/doc/6412b60dbe7fbd1778d4558d?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. AT89C52串行通信协议基础

微控制器的串行通信是嵌入式系统设计中的关键一环，它允许设备与外部世界进行数据交换，是实现设备互连的基础。本章将介绍AT89C52单片机串行通信协议的基础知识，为读者构建一个坚实的理解基础。

## 1.1 串行通信协议概述
串行通信是通过单个数据线路依次发送和接收数据比特。与并行通信相比，它在布线和成本上具有优势。AT89C52支持两种串行通信模式：模式0（同步移位寄存器）和模式1（8位UART）。了解这些模式对于实现可靠通信至关重要。

## 1.2 串行通信的硬件需求
硬件方面，AT89C52提供了一个全双工串行通信端口，支持异步通信。该端口使用TXD（P3.1）和RXD（P3.0）引脚进行数据发送和接收。在实现物理连接时，了解这些引脚特性及其配置方式是必不可少的。

## 1.3 串行通信协议在AT89C52中的实现
AT89C52的串行通信由内置的串行通信控制器管理。用户可以通过设置SCON寄存器来选择不同的通信模式，如模式0的同步模式或模式1的8位UART模式。我们接下来将探索如何利用这些寄存器来编程实现基本的串行通信功能。

# 2. AT89C52硬件接口与配置

## 2.1 AT89C52串行通信引脚介绍

### 2.1.1 串行通信相关引脚功能

AT89C52是一款8位微控制器，广泛应用于工业控制领域。在串行通信方面，它提供了两个主要的引脚：RXD和TXD，分别用于数据的接收和发送。除此之外，AT89C52还包括了一个辅助的串行口引脚，即外部中断引脚INT0，它可以在特定条件下与串行通信功能结合使用。

- **TXD（P3.1）**：串行数据发送引脚。在异步通信模式中，TXD用作串行数据输出。数据在TXD引脚上以负逻辑电平输出，即逻辑'1'对应低电平，逻辑'0'对应高电平。
- **RXD（P3.0）**：串行数据接收引脚。在异步通信模式中，RXD用作串行数据输入，它接收来自其他串行设备的数据。
- **INT0（P3.2）**：外部中断0引脚，这个引脚在串行通信中可以用作数据接收中断触发，或者用于启动与串行通信相关的其他硬件事件。

在硬件配置上，这些引脚需要通过外部电路与相应设备相连，以实现数据的发送和接收功能。例如，与串口转USB模块或串口通信模块相连，以实现与PC机或其他设备的数据交互。

### 2.1.2 引脚配置与外部电路连接

为了实现有效的串行通信，AT89C52的引脚需要正确配置并连接到外部电路。以下是常见的引脚配置与连接方法：

- **TXD连接**：将TXD引脚连接到接收设备的RXD引脚上。例如，若要与PC机通信，需要将AT89C52的TXD连接至PC机的RXD串口引脚。
- **RXD连接**：将RXD引脚连接到发送设备的TXD引脚。依旧以与PC机通信为例，AT89C52的RXD需要连接至PC机的TXD串口引脚。
- **外部中断INT0配置**：若使用外部中断INT0来进行数据接收的中断触发，需要在外部电路中适当配置，可能包括外部中断触发方式的设置（如边沿触发或电平触发）和相关中断服务程序的编写。

此外，考虑到信号的完整性，需要在电路设计中添加适当的上拉电阻和电容，以防止数据接收过程中的干扰和数据丢失。

## 2.2 串行通信协议模式

### 2.2.1 同步模式与异步模式的差异

AT89C52支持串行通信的两种基本模式：同步模式和异步模式。它们的主要差异在于数据传输的同步机制不同。

- **异步模式**：在此模式下，AT89C52通过TXD引脚以独立时钟信号的形式发送数据，通常使用起始位和停止位来标识数据包的开始和结束。异步模式不需要外接同步时钟，使得通信连接更加简单。
- **同步模式**：此模式下，数据传输需要一个外部的时钟信号进行同步。在同步模式下，数据可以以更高的速率传输，因为在数据包中不包含起始位和停止位。AT89C52的同步模式支持两种类型的同步：通过外部时钟输入的外部同步，或者在特定的串行通信协议中，通过内部或外部时钟信号进行同步。

这两种模式的选择取决于应用的具体需求，例如传输速率、传输距离和系统的复杂性。

### 2.2.2 波特率的设定与调整方法

波特率是指每秒传输的符号数（即比特数），它直接影响着串行通信的传输速度和效率。AT89C52通过定时器/计数器来设置和调整波特率。

- **异步通信波特率的生成**：在异步模式中，波特率的生成通常与定时器/计数器模块相关联。在AT89C52中，可以通过设置定时器的工作模式以及相关参数，比如定时器重装值，来确定波特率。
- **同步通信波特率的生成**：在同步模式下，因为数据的发送和接收是以时钟信号同步的，波特率的设定与定时器/计数器模块关联不紧密，而是取决于外部时钟信号的频率。

波特率的调整方法涉及到对定时器的精确控制。为了生成准确的波特率，必须正确设置定时器的初值和定时器的模式，这通常需要对微控制器的时钟频率和所需的波特率有深入理解。

### 代码示例和参数设置

以下是一个示例代码片段，展示了如何在AT89C52中设置异步通信的波特率：

#include <reg52.h>  // 包含AT89C52寄存器定义的头文件

void Serial_Init() {
    TMOD = 0x20;  // 设置定时器模式，使用定时器1作为波特率发生器
    TH1 = 0xFD;   // 设置波特率生成的初值，假设系统时钟为11.0592MHz
    SCON = 0x50;  // 设置串行控制寄存器，工作在模式1（8位数据，可变波特率）
    TR1 = 1;      // 启动定时器1
}

void main() {
    Serial_Init();  // 初始化串行通信
    // 主程序代码
}

### 代码逻辑分析

- `TMOD = 0x20;`：设置定时器1为模式2，即8位自动重装载定时器。这种模式允许定时器在溢出时自动重装预设值，从而持续产生定时信号。
- `TH1 = 0xFD;`：设置定时器1的初值，这个值的设置取决于系统时钟频率和所需的波特率。假设系统时钟为11.0592MHz，并期望波特率为9600时，TH1的值应为0xFD。
- `SCON = 0x50;`：设置串行通信控制寄存器，使AT89C52工作在模式1，即8位数据，可变波特率模式。模式1是AT89C52中通用的串行通信模式。
- `TR1 = 1;`：启动定时器1，这将启动波特率的生成。

在实际应用中，还需要考虑系统的具体时钟频率、所需的波特率以及可能存在的时钟偏差等因素。根据这些因素对TH1寄存器中的初值进行调整，以确保通信双方波特率的匹配。

# 3. AT89C52串行通信的软件实现

## 3.1 编程环境与工具链
### 3.1.1 开发环境搭建

搭建一个适合于AT89C52单片机开发的环境是实现串行通信软件编写的先决条件。通常情况下，开发者会使用一些集成开发环境(IDE)来进行编码、编译、下载和调试，如Keil uVision、IAR Embedded Workbench等。这些IDE提供了对8051架构单片机编译器的支持，并且集成了必要的工具。

搭建开发环境的步骤如下：

1. **下载并安装开发工具**：可以从官方网站下载Keil uVision的最新版本，或者根据需求选择其他开发工具。
2. **创建新项目**：打开IDE，选择创建一个新的项目，并指定项目名称和存储位置。
3. **配置目标单片机**：在项目设置中选择对应的单片机型号，即AT89C52。
4. **添加必要的文件**：将编写好的C或汇编语言源代码文件添加到项目中。
5. **配置编译器选项**：根据项目需要配置编译器的相关设置，如代码优化等级、定义宏等。
6. **连接下载器**：将目标单片机与电脑连接，设置下载器或编程器，确保可以将编译后的程序烧录到单片机中。
7. **编译和下载**：完成项目设置后，进行编译。没有错误的情况下，将编译好的程序通过下载器烧录到单片机中。

### 3.1.2 编程与调试工具介绍

在软件开发的过程中，合适的编程与调试工具是不可或缺的。Keil uVision不仅集成了编译器，还提供了调试器，该调试器支持模拟运行和真实硬件调试。

调试功能主要包括：

- **断点设置**：允许开发者在程序的特定行或地址设置断点，使得程序在运行到该点时暂停。
- **单步执行**：可以逐条指令执行程序，观察程序运行的具体情况。
- **寄存器和内存查看**：可以实时查看和修改单片机的寄存器和内存内容。
- **外设模拟**：在没有实际硬件的情况下，提供外设的软件模拟，帮助开发者测试程序。
- **性能分析**：分析程序的性能瓶颈，例如，找出执行时间最长的代码段。

编程时，还可以使用各种辅助工具，如串口监视器、逻辑分析仪等，来进一步提升开发效率和程序的稳定性。

// 示例代码：一个简单的闪烁LED灯程序，使用Keil C编译器编译
#include <reg52.h> // 引入AT89C52的寄存器定义

#define LED P1 // 定义LED连接的端口

void delay(unsigned int ms) { // 延时函数
    unsigned int i, j;
    for (i = ms; i > 0; i--)
        for (j = 110; j > 0; j--);
}

void main() {
    while (1) {
        LED = ~LE