I2C 总线与UART 异步串行通信

I2C 总线

I2C 总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，多用于连接微处理器 及其外围芯片。

主要特点：两条线可以挂多个参与通信的器件， 即多机模式，而且任何一个器件都可以作为主机，当然同一时刻只能有一个主机。原理： 属于同步通信，SCL时钟线负责收发双方的时钟节拍，SDA数据线负责传输数据。I2C 的发送方和接收方都以 SCL这个时钟 节拍为基准进行数据的发送和接收。应用: 多用于板内通信, 多用于连接微处理器 及其外围芯片。硬件电路：

file:///C:/Users/dell/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg在硬件上，I2C 总线是由时钟总线 SCL 和数据总线 SDA 两条线构成，连接到总线上的所 有器件的 SCL 都连到一起，所有 SDA 都连到一起因此可以做到任何一个器件都可以拉低电平， 也就是任何一个器件都可以作为主机，

图 14-1     I2C 总线的上拉电阻

虽然说任何一个设备都可以作为主机，但绝大多数情况下我们都是用单片机来做主机，

I2C 时序初步认识:

在 I2C 中也有起始信号、数据传输和停止信号，如图 14-2 所示。

file:///C:/Users/dell/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg

图 14-2     I2C 时序流程图

起始信号：SCL 为高电平期间，SDA 由高电平向低电平变化产生一个下降沿，表 示起始信号，如图14-3 中的 Start 部分所示。

数据传输：I2C 没有固定波特率，但是有时序的要求，发送方必须先保持 SCL 是低电平，才可以改变数据线 SDA，输出要发送的当前 数据的一位；而当SCL 在高电平的时候，SDA 绝对不可以变化，因为这个时候，接收方要 来读取当前 SDA 的电平信号是 0 还是 1，因此要保证 SDA 的稳定，

停止信号： 是 SCL 为高电平期间，SDA 由低电平向高电平变化产生一个上升沿，表示结束信号，如图 14-3 中的 Stop 部分所示。

I2C 寻址模式

I2C 通信在字节级的传输中（即数据传输），也有固定 的时序要求。首先要发送一个从机的地址，这个地址一共有 7 位，紧跟着的第 8 位是数据方向位(R/W)，“0”表示接下来要发送数据（写），‘“1”表示接 下来是请求数据（读）。如果发送的这个地址确实存在，那么这个地址的器件应该回应一个 ACK（拉低 SDA 即输出“0”），如果不存在，就没“人”回应 ACK（SDA 将保持高电平即“1”）。

UART 异步串行通信

串行通信，就如同一条车道，一次只能一辆车过去

主要特点：两条线可以挂多个参与通信的器件， 即多机模式，而且任何一个器件都可以作为主机，当然同一时刻只能有一个主机。原理：UART 属于异步通信，比如电脑发送给单片机，电脑只负责把数据通过 TXD 发送出来即可，接收数据是单片机自己的事情。

                              

应用: UART 通信多用于板间通信，比如单片机和电脑，这个设备和另外一个 设备之间的通信。

硬件电路：两个引脚是专门用来做 UART 串行通信的，一个是 P3.0 一个是 P3.1，它们 还分别有另外的名字叫做 RXD 和 TXD，由它们组成的通信接口就叫做串行接口，简称串口。TXD （Transmit Data）是串行发送引脚，RXD （Receive Data）是串行接收引 脚。

时序认识:

规定当没有通信信号发生时，通信线路保持高电平，当要发送数据之前，先发一位 0 表示起始位，然后发送 8 位数据位，数据位是先低后高的顺序，数据位发完后再发一位 1 表示停止位。其中一位起始位，一位停止位。而接收方呢，原本一直保持的高电平，一旦检测到了一位低电平，那就知道了要开始准备接收数据了，接收到 8 位数据位后，然后检测到停止位，再准备下一个数据的接收。

软件设计UART 模块介绍

51 单片机的UART 串口的结构由串行口控制寄存器 SCON、发送和接收电路三部分构成， 先来了解一下串口控制寄存器 SCON。如表 11-1 表 11-2 所示。

表 11-1     SCON——串行控制寄存器的位分配（地址 0x98、可位寻址）

位	7	6	5	4	3	2	1	0
符号	SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI
复位值	0	0	0	0	0	0	0	0

表 11-2   

—串行控制寄存器的位描述

位	符号	描述
7	SM0	这两位共同决定了串口通信的模式  0～模式 3 共 4 种模式。我们最常用的 就是模式 1，也就是 SM0=0，SM1=1，下边我们重点就讲模式 1，其它模 式从略。
6	SM1
5	SM2	多机通信控制位（极少用），模式  1  直接清零。
4	REN	使能串行接收。，由软件置位使能接收，软件清零则禁止接收（REN=0，不接收只发送。）
3	TB8	模式 2 和 3 中要发送的第 9 位数据（很少用）。
2	RB8	模式 2 和 3 中接收到的第 9 位数据（很少用），模式 1 用来接收停止位。
1	TI	发送中断标志位，当发送电路发送到停止位的中间位置时，TI 由硬件置 1， 必须通过软件清零。定时器中断不一样，定时器中断由硬件清零.
0	RI	接收中断标志位，当接收电路接收到停止位的中间位置时，RI 由硬件置 1， 必须通过软件清零。

对于串口的四种模式，模式 1 是最常用的，就是我们前边提到的 1 位起始位，8 位数据位和 1 位停止位。下面我们就详细介绍模式 1 的工作细节和使用方法，至于其它 3 种模式与此也是大同小异，真正遇到需要使用的时候大家再去查 阅相关资料就行了。

在我们使用IO 口模拟串口通信的时候，串口的波特率是使用定时器 T0 的中断体现出来 的。在硬件串口模块中，有一个专门的波特率发生器用来控制发送和接收数据的速度。对于 STC89C52 单片机来讲，这个波特率发生器只能由定时器 T1 或定时器 T2 产生，而不能由定 时器 T0 产生。如果用定时器 2，需要配置额外的寄存器，默认是使用定时器 1 的。

就使用定时器 T1 作为波特率发生器来讲解，

方式 1 下的波特率发生器必须使用定时器 T1 的 模式 2，也就是自动重装载模式，定时器的重载值计算公式为：

TH1 = TL1 = 256 - 晶振值/12 /2/16 /波特率

和波特率有关的还有一个寄存器，是一个电源管理寄存器 PCON，他的最高位可以把波特率提高一倍，也就是如果写 PCON |= 0x80 以后，计算公式就成了：

TH1 = TL1 = 256 -  晶振值/12 /16 /波特率

公式中数字的含义这里解释一下，256 是 8 位定时器的溢出值，也就是 TL1 的溢出值， 晶振值在我们的开发板上就是 11059200，12 是说 1 个机器周期等于 12 个时钟周期，

串口通信的发送和接收电路在物理上有 2 个名字相同的 SBUF 寄存器，它们的地址也都 是 0x99，但是一个用来做发送缓冲，一个用来做接收缓冲。

流程：

串行口工作之前需对相关寄存器进行配置，设定其工作模式。

1.设置T1的工作方式2（编程TMOD寄存器）；
2.计算T1的初值，装载TH1、TL1；
3.启动T1（编程TCON中的TR1位）；
4.确定串行口控制（编程SCON寄存器）；

如需串行口在中断方式工作时，要进行中断设置编程IE寄存器