51單片機---硬件學習（電子琴、主從應答模式、modbus模型、DS18B20傳感器顯示溫度）

一、串行通信與并行通信

1、串行通信

  • 定義：數據一位一位地按順序通過單條傳輸線進行傳輸的通信方式。
  • 優點：傳輸線少，成本低，適合長距離傳輸
  • 缺點：傳輸速度相對較慢

2、并行通信

  • 定義：數據的各位同時通過多條并行傳輸線進行傳輸的通信方式。
  • 優點：傳輸速度快，一次可以傳輸多個位
  • 缺點：需要多條傳輸線，成本高，抗干擾能力弱，不適合長距離傳輸

在 51 單片機中，串口通信屬于串行通信，而像 P0 口作為數據總線進行 8 位數據傳輸時則屬于并行通信方式。

二、單工、半雙工與全雙工通信

1、單工通信

  • 定義：數據傳輸只能在一個方向上進行，不能反向傳輸。
  • 例子：收音機接收廣播、打印機接收數據

2、半雙工通信

  • 定義：數據可以雙向傳輸，但不能同時進行，只能交替進行。
  • 特點：雙方都能發送和接收數據，但同一時刻只能有一方發送
  • 例子：對講機

3、全雙工通信

  • 定義：數據可以同時在兩個方向上進行傳輸。
  • 特點：雙方可以同時發送和接收數據，需要兩條獨立的傳輸線
  • 例子：電話通信、51 單片機的 UART 串口通信

三、串口通信及其時序

1、定義

????????串口通信（串行端口通信）是一種通過串行方式（一位接一位）在設備之間傳輸數據的通信協議。在 51 單片機中，通常指 UART（通用異步收發傳輸器）通信。

2、串口通信時序

? ? 1）空閑狀態：通信線路處于高電平狀態

? ? 2）起始位：發送方發送一個低電平，表示數據傳輸開始

? ? 3）數據位：緊接著起始位之后，是實際傳輸的數據，可以是 5-8 位，通常使用 8 位

? ? 4）校驗位（可選）：用于數據校驗，有奇校驗、偶校驗、無校驗等方式

? ? 5）停止位：表示一幀數據傳輸結束，通常為 1 位、1.5 位或 2 位的高電平

四、串口通信速率及常見波特率

1、定義

????????串口通信的速率由波特率（Baud Rate）?決定，波特率表示單位時間內傳輸的位數，單位是 bps（比特每秒）。

2、常見的波特率

  • 1200 bps
  • 2400 bps
  • 4800 bps
  • 9600 bps（51 單片機最常用）
  • 115200 bps

在實際應用中，通信雙方必須使用相同的波特率才能正常通信。

五、同步通信與異步通信

1、同步通信

  • 定義：發送方和接收方使用同一個時鐘信號來同步數據傳輸，數據連續傳輸，傳輸效率高。
  • 特點：需要時鐘信號線，數據傳輸速率高，適用于短距離高速通信
  • 例子：SPI 通信、I2C 通信

2、異步通信

  • 定義：發送方和接收方使用各自獨立的時鐘信號，通過起始位和停止位來實現數據同步。
  • 特點：不需要時鐘信號線，硬件簡單，適用于長距離通信
  • 例子：UART 串口通信

串口通信屬于異步通信，它通過起始位和停止位來標記一幀數據的開始和結束，不需要專門的時鐘線。

六、TTL、RS232 與 RS485

1、TTL 電平

  • 是單片機內部使用的電平標準
  • 邏輯 1：+5V（或 3.3V）
  • 邏輯 0：0V
  • 傳輸距離短，一般不超過 1 米
  • 51 單片機的串口直接輸出的就是 TTL 電平

2、RS232

  • 是一種串行通信接口標準
  • 邏輯 1：-3V 至 - 15V
  • 邏輯 0：+3V 至 + 15V
  • 需要通過電平轉換芯片（如 MAX232）與 TTL 電平相互轉換
  • 傳輸距離相對較短，一般不超過 15 米
  • 支持全雙工通信

3、RS485

  • 是一種差分信號傳輸的串行通信標準
  • 采用差分信號傳輸，抗干擾能力強
  • 支持多點通信，可以連接多個設備
  • 傳輸距離遠，可達 1200 米
  • 通常工作在半雙工模式
  • 廣泛應用于工業控制領域

在 51 單片機應用中，常通過 MAX232 芯片將 TTL 電平轉換為 RS232 電平，或通過 MAX485 芯片轉換為 RS485 電平，以滿足不同的通信需求。

七、應用示例

1、利用單片機實現不同按鍵產生不同Hz的聲響（電子琴）

#include <reg52.h>
#include "key.h"#define Hz200 63035
#define Hz400 64285
#define Hz600 64702
#define Hz800 64910
#define Hz1000 65035unsigned short n = Hz200;void init_timer0(void)
{TMOD &= ~(3 << 2);TMOD &= ~(3 << 0);TMOD |= (1 << 0);TH0 = n >> 8;TL0 = n;IE |= (1 << 7) | (1 << 1); //中斷允許寄存器
}void timer0_handler(void) interrupt 1
{P2 ^= (1 << 1);TH0 = n >> 8;TL0 = n;
}int main(void)
{init_timer0();init_key();while(1){int key;key = key_pressed();if(key == 1){n = Hz200;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 2){n = Hz400;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 3){n = Hz600;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 4){n = Hz800;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 5){n = Hz1000;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 0){TCON &= ~(1 << 4);}}return 0;
}

2、打印51單片機中各數據類型的字節長度（int、short、float、char、long、double、指針）

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include "digiter.h"void init_uart(void)
{unsigned char t;t = SCON; //串行控制寄存器t &= ~(3 << 6);t |= (1 << 6) | (1 << 4);SCON = t;PCON |= (1 << 7); //SMOD=1IE |= (1 << 7) | (1 << 4);//2 中斷允許寄存器t = TMOD;t &= ~(3 << 4);t |= (2 << 4);t &= ~(3 << 6);TMOD = t;TH1 = 204;TL1 = 204;TCON |= (1 << 6);
}xdata char rcv_buffer[64] = {0};
int pos = 0;void uart_handle(void) interrupt 4//串口中斷
{if((SCON & (1 << 0)) != 0){rcv_buffer[pos++] = SBUF;//P2 = SBUF;SCON &= ~(1 << 0);}
}void send_char(char ch)
{SBUF = ch;while((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);
}	   void send_buffer(const char *p, int len)
{while(len--){send_char(*p++);}
}int main(void)
{xdata char buff[64];init_uart();while(1){int n = sizeof(int);sprintf(buff, "int size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));n = sizeof(char);sprintf(buff, "char size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));n = sizeof(short);sprintf(buff, "short size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));n = sizeof(long);sprintf(buff, "long size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));n = sizeof(float);sprintf(buff, "float size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));n = sizeof(double);sprintf(buff, "double size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));n = sizeof(s);sprintf(buff, "* size = %d\n", n);send_buffer(buff, strlen(buff));send_buffer(s, strlen(s));if(pos != 0){delay(0x9FFF);pos = 0;memset(rcv_buffer, 0, sizeof(rcv_buffer));}	}return 0;
}

3、實現主從應答模式（主機發送指令，從機發送相對應的語句）

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include "digiter.h"
#include "key.h"void init_uart(void)
{unsigned char t;t = SCON; //串行控制寄存器t &= ~(3 << 6);t |= (1 << 6) | (1 << 4);SCON = t;PCON |= (1 << 7); //SMOD=1IE |= (1 << 7) | (1 << 4);//2 中斷允許寄存器 P160t = TMOD;t &= ~(3 << 4);t |= (2 << 4);t &= ~(3 << 6);TMOD = t;TH1 = 204;TL1 = 204;TCON |= (1 << 6);
}xdata char rcv_buffer[64] = {0};
int pos = 0;void uart_handle(void) interrupt 4//串口中斷
{if((SCON & (1 << 0)) != 0){rcv_buffer[pos++] = SBUF;//P2 = SBUF;SCON &= ~(1 << 0);}
}void send_char(char ch)
{SBUF = ch;while((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);
}	   void send_buffer(const char *p, int len)
{while(len--){send_char(*p++);}
}int main(void)
{xdata char buff[64];init_uart();while(1){if(pos != 0){delay(0x9FFF);if(strcmp(rcv_buffer, "China") == 0){send_buffer("OK", 2);}else if(strcmp(rcv_buffer, "Hello") == 0){send_buffer("confirm", 7);}pos = 0;memset(rcv_buffer, 0, sizeof(rcv_buffer));}	}return 0;
}

4、DS18B20傳感器顯示溫度

? ? 1）ds18b20.c?
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#include "delay.h"
#include "ds18b20.h"static int reset_ds18b20(void)
{int t;DS18B20_CLEAR;Delay10us(70);DS18B20_SET;Delay10us(4);t = 0;while(DS18B20_TST && t < 30){		   Delay10us(1);++t;}if(t >= 30){return 0;}t = 0; while( !DS18B20_TST && t < 30){Delay10us(1);++t;}if(t >= 30){return 0;}return 1;
}void ds18b20_write(unsigned char n)
{int i;for(i = 0; i < 8; i++){if(n & 0x01) //1{DS18B20_CLEAR;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DS18B20_SET;Delay10us(5);}else{DS18B20_CLEAR;Delay10us(6);DS18B20_SET;}n >>= 1;}
}unsigned char ds18b20_read(void)
{unsigned char ret = 0;int i;for(i = 0; i < 8; ++i){DS18B20_CLEAR;_nop_();_nop_();DS18B20_SET;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DS18B20_TST){ret |= 1 << i;}Delay10us(5);}return ret;
}float get_temp(void)
{unsigned char tl, th;short t;reset_ds18b20();ds18b20_write(0xCC);ds18b20_write(0x44);delay_1ms(750);reset_ds18b20();ds18b20_write(0xCC);ds18b20_write(0xBE);tl = ds18b20_read();th = ds18b20_read();t = tl;t |= th << 8;return t * 0.0625;
}
? ? 2）uart.c
#include "uart.h"
#include <reg52.h>xdata char rcv_buffer[64] = {0};
int pos = 0;void init_uart(void)
{unsigned char t;t = SCON; //串行控制寄存器t &= ~(3 << 6);t |= (1 << 6) | (1 << 4);SCON = t;PCON |= (1 << 7); //SMOD=1IE |= (1 << 7) | (1 << 4);//2 中斷允許寄存器 P160t = TMOD;t &= ~(3 << 4);t |= (2 << 4);t &= ~(3 << 6);TMOD = t;TH1 = 204;TL1 = 204;TCON |= (1 << 6);
}void uart_handle(void) interrupt 4
{if((SCON & (1 << 0)) != 0){rcv_buffer[pos++] = SBUF;SCON &= ~(1 << 0);}
}void send_char(char ch)
{SBUF = ch;while((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);
}	   void send_buffer(const char *p, int len)
{while(len--){send_char(*p++);}
}
? ? 3）delay.c
#include "delay.h"
#include <intrins.h>void delay(unsigned int n) //0~65535
{while(n--);
}void Delay10us(unsigned int n)//12MHz
{unsigned char data i;_nop_();_nop_();_nop_();i = 2 * n;while(--i){_nop_();}	  
}void delay_1ms(unsigned int n)
{while(n--){Delay10us(100);}
}
? ? 4）main.c主函數
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "uart.h"
#include "delay.h"
#include "ds18b20.h"#define DS18B20_SET   (P3 |= (1 << 7))//置位,釋放
#define DS18B20_CLEAR (P3 &= ~(1 << 7))
#define DS18B20_TST   ((P3 & (1 << 7)) != 0)//檢測int main(void)
{	xdata char s[24];init_uart();while(1){float f;f = get_temp();sprintf(s, "%f", f);send_buffer(s, strlen(s));}return 0;
}

5、modbus模型（主機通過輸入不同的指令組，實現對從機功能的控制）

#include <reg52.h>
#include "delay.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include "digiter.h"
#include "key.h"#define Hz200 63035
#define Hz400 64285
#define Hz600 64702
#define Hz800 64910
#define Hz1000 65035void init_uart(void)
{unsigned char t;t = SCON; //串行控制寄存器t &= ~(3 << 6);t |= (1 << 6) | (1 << 4);SCON = t;PCON |= (1 << 7); //SMOD=1IE |= (1 << 7) | (1 << 4);//2 中斷允許寄存器 P160t = TMOD;t &= ~(3 << 4);t |= (2 << 4);t &= ~(3 << 6);TMOD = t;TH1 = 204;TL1 = 204;TCON |= (1 << 6);
}unsigned short n = Hz200;void init_timer0(void)
{TMOD &= ~(3 << 2);TMOD &= ~(3 << 0);TMOD |= (1 << 0);TH0 = n >> 8;TL0 = n;//TCON |= (1 << 4); //打開定時器IE |= (1 << 7) | (1 << 1); 
}void timer0_handler(void) interrupt 1
{P2 ^= (1 << 1);TH0 = n >> 8;TL0 = n;
}void show_Hz(void)
{int key;key = key_pressed();if(key == 1){n = Hz200;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 2){n = Hz400;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 3){n = Hz600;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 4){n = Hz800;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 5){n = Hz1000;TCON |= (1 << 4);}else if(key == 0){TCON &= ~(1 << 4);}
}xdata char rcv_buffer[64] = {0};
int pos = 0;
int digiter_num = 0;
int display_t = 0;
int dis = 0;void uart_handle(void) interrupt 4
{if((SCON & (1 << 0)) != 0){rcv_buffer[pos++] = SBUF;//P2 = SBUF;SCON &= ~(1 << 0);}
}void send_char(char ch)
{SBUF = ch;while((SCON & (1 << 1)) == 0);SCON &= ~(1 << 1);
}	   void send_buffer(const char *p, int len)
{while(len--){send_char(*p++);}
}//校驗碼
unsigned char sumOfTheArray(unsigned char *p, int len)
{unsigned char sum = 0;int i;for(i = 0; i < len; ++i){sum += p[i];}return sum;
}//工作功能選擇
void parse(void)
{float t;xdata unsigned char s[12];unsigned char nub1 = 0;unsigned char nub2 = 0;nub1 = (unsigned char)rcv_buffer[3];nub2 = (unsigned char)rcv_buffer[4];//起始字節、結束碼if((unsigned char)rcv_buffer[0] == 0xAA && (unsigned char)rcv_buffer[pos - 1] == 0x0D){ //設備地址if((unsigned char)rcv_buffer[1] == 0x01){ //校驗碼if(sumOfTheArray(rcv_buffer, 7) == (unsigned char)rcv_buffer[7]){ //功能碼	unsigned char order;order = rcv_buffer[2];switch(order){case 0x01://亮燈P2 = nub1;display_t = 0;break;case 0x02://show_num 數碼管digiter_num = (nub1 << 8 | nub2);display_t = 1;break;case 0x03://溫度t = get_temp();s[0] = 0xAA;s[1] = 0x01;s[2] = 0x83;memcpy(s + 3, &t, sizeof(t));s[7] = sumOfTheArray(s, 7);s[8] = 0x0D;send_buffer(s, 9）;break;case 0x04://發聲n = Hz200;TCON |= (1 << 4);break;case 0x05:n = Hz400;TCON |= (1 << 4);break;case 0x06:n = Hz600;TCON |= (1 << 4);break;case 0x07:n = Hz800;TCON |= (1 << 4);break;case 0x08:n = Hz1000;TCON |= (1 << 4);break;case 0x09://實現按鍵發聲dis = 1;break;}}}}
}int main(void)
{init_uart();init_timer0();init_key();while(1){if(display_t == 1){show_number(digiter_num);}if(dis = 1){show_Hz();}pos = 0;memset(rcv_buffer, 0, sizeof(rcv_buffer));}	}return 0;
}

【END】

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若該文為原創文章&#xff0c;轉載請注明原文出處。一、 項目背景與引言(一) 研究背景及意義道路交通安全是全球性的重大公共安全問題。據統計&#xff0c;絕大多數交通事故源于駕駛員的危險狀態&#xff08;疲勞、分心、健康突發狀況&#xff09;和危險駕駛行為&#xff08;超…
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React學習教程，從入門到精通， React 新創建組件語法知識點及案例代碼(11）

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React 新創建組件語法知識點及案例代碼 React 是由 Facebook 開發的一個用于構建用戶界面的 JavaScript 庫。隨著 React 的不斷發展&#xff0c;創建組件的方式也在不斷演進。本文將詳細介紹 React 中創建組件的最新語法&#xff0c;包括函數組件&#xff08;Functional Compo…
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SQL Server全鏈路安全防護

SQL Server全鏈路安全防護

SQL Server 的安全性是一個多層次、綜合性的體系&#xff0c;旨在保護數據免受未授權訪問、篡改和泄露。其核心安全機制可概括為以下幾個方面&#xff1a;1. 身份驗證&#xff08;Authentication&#xff09; Windows 身份驗證&#xff1a; 使用 Windows 賬戶&#xff08;域/本…
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如何利用Web3提升企業競爭力

如何利用Web3提升企業競爭力

在這個信息爆炸的時代&#xff0c;Web3技術以其獨特的去中心化、透明性和用戶主權特性&#xff0c;成為企業提升競爭力的新戰場。本文將深入探討企業如何把握Web3的浪潮&#xff0c;實現業務的飛躍。 1. 把握Web3的核心價值 Web3的核心在于去中心化、透明性和用戶主權。這種模式…
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