51单片机程序下载、ISP及串口基础知识

本文详细介绍了串口、51单片机的ISP下载等基础知识，已经学过单片机的也可以看看，加强一下对这方面的了解。

串口

串行接口简称串口，也称串行通信接口，是采用串行通信方式的扩展接口。

我们比较熟悉的USB接口，全名通用串行总线(Universal Serial BUS)，就属于串口。

串行接口按电气标准及协议来分还包括UART、RS232、RS422、RS485等。

老式的台式计算机和部分笔记本上则有RS232串口，这里RS232指的是RS232电平的串口。后来由于这种串口使用很少、速度较慢、体积较大而逐渐在笔记本甚至台式机上被淘汰了。而51单片机等中含有UART串口，UART这里指的是TTL电平的串口。

UART与RS232区别主要在于其电平定义不同。TTL电平是5V的，而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平。

标准串口即RS232串口(通常指COM接口)，如图。

由于USB接口与单片机的TTL串口无法直接连接，一般通过转换芯片来连接。连接到USB接口的转换芯片一般需要在电脑上安装驱动。

USB转RS232串口(常用转换芯片为CH341，价格10-20元)

RS232转TTL(电平转换芯片MAX232)

MAX232电路图

USB转TTL串口(常称为USB转TTL升级小板，USB-TTL转接板，常用转换芯片为PL2303，价格6-10元)

PL2303电路图

USB - RS232串口 - TTL串口 转接板

USB-RS232电路图

通常成品学习板上都是USB接口或者RS232串口+USB接口。一方面USB接口负责给单片机供电，另一方面，USB转TTL或RS232转TTL已经集成的学习板上。

51单片机程序的烧写

我们最常见的51单片机是美国Atmel公司生产的AT系列单片机和中国宏晶公司生产的STC系列单片机。早期的AT89C51系列(89后面是字母C)单片机，下载程序时需要使用专门的烧写器烧写进去，单片机烧写程序时必须从电路上取下来，非常麻烦。后来推出了支持ISP(In System Programming)在线编程的AT89S51系列单片机，只需连接几根线即可烧写程序，也不需取下单片机。

标准10芯ISP插头

如图，学习板的左上角为标准10芯ISP插座

标准10芯ISP插座的接口定义

ISP下载电路图

AT89S51系列单片机下载程序时，计算机端可使用ProgISP等软件来下载。

AT89S51系列单片机的ISP下载是通过P1^5、P1^6、P1^7、RST引脚来下载的，而宏晶国产STC单片机则具有串口ISP功能，可直接使用串口，将程序下载进单片机。即将USB转TTL的TXD接单片机的RXD，RXD接单片机的TXD(实际中一些TTL转接板可能会把TXD、RXD标反，如果反了，交换即可)。STC系列的单片机在上电的时候会执行在ISP FLASH的ISP程序。只要在串口上收到连续的0x7F，便会进入ISP模式。所以STC单片机下载程序时，需要先在计算机端程序中点下载，然后给单片机通电。另外STC单片机需使用宏晶专用的单片机下载程序STC-ISP下载。

下载程序顺序如下：

1、设置单片机型号，COM口，波特率等参数。

2、装载好要烧的单片机程序。

3、点击“下载”。

4、给单片机上电。

5、下载软件显示：正在下载....

6、下载完成。

STC-ISP软件：

下载程序时注意，如果使用USB接口转串口的需安装对应驱动(PL2303、CH341等)。安装好驱动后连接上学习板或下载线，可以在设备管理其中看到相应的串口，如图：

51单片机串口通信

单片机上串口的工作原理和如何通过程序来对串口进行设置，以及根据所给出的实例实现与PC 机通信。

一、原理简介

51 单片机内部有一个全双工串行接口。什么叫全双工串口呢？一般来说，只能接受或只能发送的称为单工串行；既可接收又可发送，但不能同时进行的称为半双工；能同时接收和发送的串行口称为全双工串行口。串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的通信方式，其突出优点是只需一根传输线，可大大降低硬件成本，适合远距离通信。其缺点是传输速度较低。

与之前一样，首先我们来了解单片机串口相关的寄存器。

SBUF 寄存器：它是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器，可同时发送、接收数据，可通过指令对SBUF 的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作。从而控制外部两条独立的收发信号线RXD（P3.0）、TXD（P3.1），同时发送、接收数据，实现全双工。

串行口控制寄存器SCON（见表1） 。

表1 SCON寄存器

表中各位（从左至右为从高位到低位）含义如下。

SM0 和SM1 ：串行口工作方式控制位，其定义如表2 所示。

表2 串行口工作方式控制位

其中，fOSC 为单片机的时钟频率；波特率指串行口每秒钟发送（或接收）的位数。

SM2 ：多机通信控制位。 该仅用于方式2 和方式3 的多机通信。其中发送机SM2 ＝ 1（需要程序控制设置）。接收机的串行口工作于方式2 或3，SM2=1 时，只有当接收到第9 位数据（RB8）为1 时，才把接收到的前8 位数据送入SBUF，且置位RI 发出中断申请引发串行接收中断，否则会将接受到的数据放弃。当SM2=0 时，就不管第位数据是0 还是1，都将数据送入SBUF，并置位RI 发出中断申请。工作于方式0 时，SM2 必须为0。

REN ：串行接收允许位：REN =0 时，禁止接收；REN =1 时，允许接收。

TB8 ：在方式2、3 中，TB8 是发送机要发送的第9 位数据。在多机通信中它代表传输的地址或数据，TB8=0 为数据，TB8=1 时为地址。

RB8 ：在方式2、3 中，RB8 是接收机接收到的第9 位数据，该数据正好来自发送机的TB8，从而识别接收到的数据特征。

TI ：串行口发送中断请求标志。当CPU 发送完一串行数据后，此时SBUF 寄存器为空，硬件使TI 置1，请求中断。CPU 响应中断后，由软件对TI 清零。

RI ：串行口接收中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时，此时SBUF 寄存器为满，硬件使RI 置1，请求中断。CPU 响应中断后，用软件对RI 清零。

电源控制寄存器PCON（见表3） 。

表3 PCON寄存器

表中各位（从左至右为从高位到低位）含义如下。

SMOD ：波特率加倍位。SMOD=1，当串行口工作于方式1、2、3 时，波特率加倍。SMOD=0，波特率不变。

GF1、GF0 ：通用标志位。

PD（PCON.1） ：掉电方式位。当PD=1 时，进入掉电方式。

IDL（PCON.0） ：待机方式位。当IDL=1 时，进入待机方式。

另外与串行口相关的寄存器有前面文章叙述的定时器相关寄存器和中断寄存器。定时器寄存器用来设定波特率。中断允许寄存器IE 中的ES 位也用来作为串行I/O 中断允许位。当ES ＝ 1，允许 串行I/O 中断；当ES ＝ 0，禁止串行I/O 中断。中断优先级寄存器IP的PS 位则用作串行I/O 中断优先级控制位。当PS=1，设定为高优先级；当PS =0，设定为低优先级。

波特率计算：在了解了串行口相关的寄存器之后，我们可得出其通信波特率的一些结论：

① 方式0 和方式2 的波特率是固定的。

在方式0 中， 波特率为时钟频率的1/12， 即fOSC/12，固定不变。

在方式2 中，波特率取决于PCON 中的SMOD 值，即波特率为：

当SMOD=0 时，波特率为fosc/64 ；当SMOD=1 时，波特率为fosc/32。

② 方式1 和方式3 的波特率可变，由定时器1 的溢出率决定。

当定时器T1 用作波特率发生器时，通常选用定时初值自动重装的工作方式2（ 注意：不要把定时器的工作方式与串行口的工作方式搞混淆了）。其计数结构为8 位，假定计数初值为Count，单片机的机器周期为T，则定时时间为（256 ?Count）×T 。从而在1s内发生溢出的次数（即溢出率）可由公式（1）所示：

从而波特率的计算公式由公式（2）所示：

在实际应用时，通常是先确定波特率，后根据波特率求T1 定时初值，因此式（2）又可写为：

二、电路详解

下面就对图1 所示电路进行详细说明。

图1 串行通信实验电路图

最小系统部分（时钟电路、复位电路等）第一讲已经讲过，在此不再叙述。我们重点来了解下与计算机通信的RS-232 接口电路。可以看到，在电路图中，有TXD 和RXD 两个接收和发送指示状态灯，此外用了一个叫MAX3232 的芯片，那它是用来实现什么的呢？首先我们要知道计算机上的串口是具有RS-232 标准的串行接口，而RS-232 的标准中定义了其电气特性：高电平“1”信号电压的范围为-15V~-3V，低电平“0”

信号电压的范围为+3V~+15V。可能有些读者会问，它为什么要以这样的电气特性呢？这是因为高低电平用相反的电压表示，至少有6V 的压差，非常好的提高了数据传输的可靠性。由于单片机的管脚电平为TTL，单片机与RS-232 标准的串行口进行通信时，首先要解决的便是电平转换的问题。一般来说，可以选择一些专业的集成电路芯片，如图中的MAX3232。MAX3232 芯片内部集成了电压倍增电路，单电源供电即可完成电平转换，而且工作电压宽，3V~5.5V 间均能正常工作。其典型应用如图中所示，其外围所接的电容对传输速率有影响，在试验套件中采用的是0.1μF。

值得一提的是MAX3232 芯片拥有两对电平转换线路，图中只用了一路，因此浪费了另一路，在一些场合可以将两路并联以获得较强的驱动抗干扰能力。此外，我们有必要了解图中与计算机相连的DB-9 型RS-232的引脚结构（见图2）。

图2 DB-9连接器接口图

其各管脚定义如下（见表4）。

表4 DB-9型接口管脚定义

三、程序设计

本讲设计实例程序如下：

#include "AT89X52.h" （1）

void Init_Com（void） （ 2）

{

TMOD = 0x20; （ 3）

PCON = 0x00; （ 4）

SCON = 0x50; （ 5）

TH1 = 0xE8; （ 6）

TL1 = 0xE8; （ 7）

TR1 = 1; （ 8）

}

void main（void） （ 9）

{

unsigned char dat; （ 10）

Init_Com（）； （ 11）

while（1） （ 12）

程序详细说明：

（1）头文件包含。

（2）声明串口初始化程序。

（3）设置定时器1 工作在模式2，自动装载初值（详见第二讲）。

（4）SMOD 位清0，波特率不加倍。

（5）串行口工作在方式1，并允许接收。

（6）定时器1 高8 位赋初值。波特率为1200b/s（7）定时器1 低8 位赋初值。

（8）启动定时器。

（9）主函数。

（10）定义一个字符型变量。

（11）初始化串口。

（12）死循环。

（13）如果接收到数据。

（14）将接收到的数据赋给之前定义的变量。

（15）将接收到的值输出到P0 口。

（16）对接收标志位清0，准备再次接收。

（17）将接收到的数据又发送出去。

（18）查询是否发送完毕。

（19）对发送标志位清0。

四、调试要点与实验现象

接好硬件，通过冷启动方式将程序所生成的。hex文件下载到单片机运行后，打开串口调试助手软件，设置好波特率1200，复位单片机，然后在通过串口调试助手往单片机发送数据（见图3），可以观察到在接收窗口有发送的数据显示，此外电路板上的串行通信指示灯也会闪烁，P0 口所接到LED 灯会闪烁所接收到的数据。

图3 串口软件调试界面

另外串口调试助手软件使用时应注意的是，如果单片机开发板采用串口下载而且和串口调试助手是使用同一串口，则在打开串口软件的同时不能给单片机下载程序，如需要下载，请首先点击“关闭串口”，做发送实验的时候，注意如果选中16 进制发送的就是数字或者字母的16 进制数值，比如发送“0”，实际接收的就应该是0x00，如果不选中，默认发送的是ASCII 码值，此时发送“0”，实际接收的就应该是0x30，这点可以通过观察板子P0 口上的对应的LED 指示出来。

五、总结

本讲介绍了单片机串口通信的原理并给出了实例，通过该讲，读者可以了解和掌握51 单片机串口通信的原理与应用流程，利用串口通信，单片机可以与计算机相连，也可以单片机互联或者多个单片机相互通信组网等，在实际的工程应用中非常广泛。从学习的角度来说，熟练的利用串口将单片机系统中的相关信息显示在计算机上可以很直观方便的进行调试和开发。

相关问答

51单片机,程序下载失败,显示:打开串口失败!Chinese:串口已被其它程序打开或该串口不存在固态硬盘讨论回答(3)电脑板载的串口不用装驱动,打开设备管理器看看...

如果是STC的,你可以到宏晶网站上下。不同系列用不同软件,你可以到各个厂家的官方网站上下

普通51只有一个串口,有些51单片机有2个串口。比如STC12C5A60S2就有两个串口。两位数码管动态显示,外部中断0,+计数,外部中断1,-计数,供参考以下是单片机实...

单片机串口下载驱动设置通常需要在计算机上安装对应的串口下载驱动程序,然后在设备管理器中找到串口下载设备并右键选择更新驱动程序选项,手动选择已安装的驱...

可以的,只要共地就可以。把充电宝的地跟USB转串口的线的地相连,两边都是5V电压。我常这样分开供电,有时候比较方便。可以的,只要共地就可以。把充电宝的地...

1.支持2.因为PIC单片机内置了串口通信功能,可以通过串口与计算机进行通信,因此可以利用串口下载程序到PIC单片机中。3.除了支持串口下载程序,PIC单片机还支...

voidUART_SendByte(unsignedcharSend_Dat){TI=0;SBUF=Send_Dat;while(!TI);TI=0;}unsignedchar...

程序中是19200.通讯不上有很多原因,你的电路不对、甚至是连线不对,也会导致通讯不上.你可以试试跟踪你的程序,看看可否正确地接收到PC发过去的数据,先把接收程...

串口的接法有很多种,但常见的是使用MAX232芯片将51单片机的TxD和RxD接到其中的T1和R1上。同时,还需要将MAX232的Vcc和GND供电,以及将电脑的串口接口接入MAX232...

要通过51单片机的串口发送小数,首先需要将小数转换为字符串。可以使用sprintf函数将小数转换为字符串格式。然后,将字符串逐个发送到串口发送寄存器,通过串口...