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单片机串行通信：单片机基础与原理

1单片机基础

1.1单片机的定义与分类

单片机，全称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），是一种将中

央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等主要计算机部件集成在一块芯片上

的微型计算机系统。它具有体积小、功耗低、成本低廉、控制功能强大等特点，

广泛应用于各种电子设备和控制系统中。

1.1.1分类

单片机按其结构和功能可以分为以下几类：-8位单片机：如8051系列，

适用于简单控制和数据处理。-16位单片机：如MSP430系列，处理能力更强，

适用于复杂控制和高速数据处理。-32位单片机：如ARM系列，具有高性能和

丰富的外设，适用于高端嵌入式系统。

1.2单片机的内部结构

单片机的内部结构主要包括以下几个部分：-中央处理器（CPU）：执行指

令的核心部件。-存储器：包括RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储

器），用于存储数据和程序。-输入输出接口（I/O）：用于与外部设备进行数据

交换。-定时器/计数器：用于产生定时信号或计数。-中断系统：允许单片机

在执行程序时响应外部事件。-串行通信接口：如UART、SPI、I2C等，用于与

外部设备进行串行数据通信。

1.3单片机的工作原理

单片机的工作原理基于冯·诺依曼体系结构，其工作流程如下：1.指令读

取：CPU从ROM中读取指令。2.指令解码：将读取的指令转换为相应的操作

码和操作数。3.执行指令：根据解码后的指令执行相应的操作，如算术运算、

逻辑运算、数据传输等。4.状态更新：更新程序计数器（PC），指向下一个要

执行的指令。5.循环执行：重复上述步骤，直到程序结束或遇到特定的中断指

令。

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1.4单片机的编程语言与开发环境

1.4.1编程语言

单片机的编程语言主要有以下几种：-汇编语言：直接对应单片机的机器

指令，控制力强但编写复杂。-C语言：广泛使用，易于理解和编写，且具有良

好的移植性。-C++语言：面向对象，适用于复杂系统开发。

1.4.2开发环境

开发单片机程序的环境通常包括：-编译器：将高级语言转换为机器代码。

-链接器：将编译后的代码链接成可执行文件。-调试器：用于程序的调试和测

试。-集成开发环境（IDE）：如Keil、IAR、ArduinoIDE等，集成了编译、链接、

调试等功能。

1.4.3示例：使用KeilMDK开发环境编写8051单片机的C语言程序

//文件名：main.c

#includereg51.h//包含8051单片机的寄存器定义

//定义一个函数，用于初始化单片机的串行通信

voidSerial_Init(void)

{

TMOD=0x20;//设置定时器1为模式2

TH1=0xFD;//设置波特率

TL1=0xFD;

SCON=0x50;//使能串行通信，设置为模式1

TR1=1;//启动定时器1

}

//主函数

voidmain(void)

{

Serial_Init();//初始化串行通信

while(1)

{

SBUF=H;//发送字符H

while(!TI);//等待发送完成

TI=0;//清除发送中断标志

}

}

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1.4.4解释

上述代码示例展示了如何在8051单片机上使用C语言初始化串行通信并发

送字符。Serial_Init函数配置了定时器和串行通信控制寄存器，以设置波特率和

使能串行通信。在main函数中，通过无限循环发送字符’H’，并使用TI标志

来检测发送是否完成。

通过KeilMDK开发环境，可以将上述C语言代码编译、链接，并下载到

8051单片机中运行，实现与外部设备的串行通信功能。

2串行通信原理

2.1串行通信的基本概念

串行通信是指数据在通信线路上一位一位地按顺序传送的通信方式。与并

行通信相比，串行通信使用较少的线路，适合长距离数据传输，降低了成本和

复杂性。在单片机系统中，串行通信是实现设备间数据交换的重要手段，广泛

应用于各种嵌入式系统中。

2.2串行通信的类型：同步