串口接收代码
050.6.6 串口接收代码
/*
* 整体目的：在上一节UART查询发送程序上增加中断接收，根据电脑发来的命令控制板载外设。
* 整体设计：UART以9600 8N1持续发送测试文本；接收完一帧后硬件置RI并进入串口中断，
* 中断函数读取SBUF，再用switch把0x01～0x09映射为LED、蜂鸣器和继电器动作。
* 硬件依据：LED1～LED4接P1.0～P1.3且低电平点亮；蜂鸣器由P1.6经PNP管低电平驱动；
* 外接低电平触发继电器模块的IN接P2.0，并与开发板共用5V和GND。
* 通信前提：电脑串口助手使用9600、8N1和HEX发送；输入01才能匹配case 0x1，文本'1'是0x31。
* 课程上下文：代码来自6.3串口接收工程，保留主动发送用于观察串口，同时演示RI中断接收。
*/
#include "reg52.h" /* 引入8052特殊功能寄存器声明，使程序能使用P1、SCON、SBUF、RI等名称。 */
#include <intrins.h> /* 引入Keil C51内部函数声明，软件延时需要调用_nop_()。 */
typedef unsigned char uchar; /* 为8位无符号字符型建立简写，用于UART字节和接收变量。 */
typedef unsigned int uint; /* 为C51的16位无符号整型建立简写，用于循环和毫秒参数。 */
uint count = 0; /* 定义a～z发送循环使用的全局计数器，取值范围为0～25。 */
uchar recv; /* 定义8位全局变量，中断中把接收SBUF的数据转存到这里。 */
sbit LED1 = P1^0; /* 将LED1绑定到P1.0；输出0时通过灌电流点亮第一只LED。 */
sbit LED2 = P1^1; /* 将LED2绑定到P1.1；输出0时点亮第二只LED。 */
sbit LED3 = P1^2; /* 将LED3绑定到P1.2；输出0时点亮第三只LED。 */
sbit LED4 = P1^3; /* 将LED4绑定到P1.3；输出0时点亮第四只LED。 */
sbit BEEP = P1^6; /* 将蜂鸣器控制信号绑定到P1.6；输出0使PNP驱动管导通并发声。 */
sbit JDQ1 = P2^0; /* 将外接继电器模块IN绑定到P2.0；本实验模块以低电平触发吸合。 */
/*
* 函数目的：执行由xms指定的毫秒级软件忙等待，降低主循环重复发送的频率。
* 时间前提：计数值按11.0592MHz和当前Keil C51指令耗时生成；改变时钟或优化会影响精度。
*/
void Delay_xms(uint xms) /* 定义软件延时函数，xms是计划等待的毫秒数。 */
{ /* 延时函数体开始，忙等期间CPU不能执行其他前台任务。 */
uchar data i, j; /* 定义两个8位内层计数器，并放入片内直接寻址data RAM。 */
while (xms) /* 每完成一轮约1ms等待，就把剩余毫秒数减1。 */
{ /* 一毫秒延时循环开始。 */
_nop_(); /* 执行一条空操作指令，用来补齐延时生成器计算的时间。 */
i = 2; /* 初始化外层8位循环计数器。 */
j = 199; /* 初始化内层计数器，其递减指令构成主要延时。 */
do /* 使用后判断循环，保证循环体至少执行一次。 */
{ /* do循环体开始，此处只消耗CPU执行时间。 */
while (--j); /* 先递减j，非0便继续空转；分号表示循环体为空。 */
} while (--i); /* 一组j循环完成后递减i，非0时继续下一组。 */
xms--; /* 一轮约1ms结束，将剩余等待次数减1。 */
} /* xms归零后退出延时循环。 */
} /* 延时函数结束并返回调用处。 */
/* 函数目的：通过查询TI可靠发送一个字节，避免连续写SBUF造成数据丢失。 */
void UART_Send_Byte(uchar send_byte) /* send_byte保存本次需要发送的8位数据。 */
{ /* 单字节发送流程开始。 */
SBUF = send_byte; /* 写发送SBUF，启动UART硬件发送一帧。 */
while (TI == 0); /* TI为0时原地等待；末尾分号表示空循环。 */
TI = 0; /* 硬件置位TI后由软件清0，为下一帧做准备。 */
} /* 当前字节发送到规定时刻，函数返回。 */
/* 函数目的：遍历以'\0'结尾的C字符串，并复用单字节函数逐字符发送。 */
void UART_Send_Str(uchar *send_str) /* send_str接收待发送字符串的首地址。 */
{ /* 字符串发送函数体开始。 */
while (*send_str != '\0') /* 当前字符不是NUL结束标志时继续循环。 */
{ /* 当前正文字符的发送分支开始。 */
UART_Send_Byte(*send_str++); /* 发送当前字符，再把指针移动到下一个字符。 */
} /* 遇到'\0'时退出，不把结束标志发到串口。 */
} /* 字符串发送完成并返回。 */
/* 函数目的：初始化UART和波特率时基，循环发送测试内容并等待中断接收命令。 */
void main() /* 定义Keil C51程序入口。 */
{ /* 主函数体开始。 */
SCON = 0x50; /* 选择UART方式1、允许接收，并将TI和RI初始化为0。 */
PCON &= 0x7F; /* 清SMOD选择波特率不加倍，同时保留PCON其他位。 */
TMOD &= 0x0F; /* 清除定时器1的高4位配置，保留定时器0低4位。 */
TMOD |= 0x20; /* 设置定时器1为内部定时、模式2自动重装。 */
TH1 = 0xFD; /* 保存自动重装值253，用于生成9600波特时基。 */
TL1 = 0xFD; /* 设置第一次计数初值，使首轮周期与后续一致。 */
TR1 = 1; /* 启动定时器1，开始给UART提供波特率时钟。 */
ES = 1; /* 打开串口中断分开关，使RI或TI能请求中断。 */
EA = 1; /* 打开CPU总中断门控，使已允许的串口请求能被响应。 */
while (1) /* 无限循环，持续发送数据并等待接收中断随时打断。 */
{ /* 一轮主动发送开始。 */
for (count = 0; count < 26; count++) /* count取0～25，依次产生26个小写字母。 */
{ /* 当前字母发送循环体开始。 */
UART_Send_Byte('a' + count); /* 生成'a'～'z'并逐字节等待TI后发送。 */
} /* 26个字母发送完毕。 */
UART_Send_Byte('\n'); /* 发送LF换行符，使后续文本换到下一行。 */
UART_Send_Str("i am wfeng!\r\n"); /* 发送测试字符串及CR+LF行结束序列。 */
Delay_xms(1000); /* 忙等待约1秒，降低整段测试数据的重复频率。 */
} /* 一轮结束后回到while顶部继续发送。 */
} /* 主函数语法边界；无限循环使其不会正常返回。 */
/*
* 函数目的：响应串口接收完成事件，把命令字节转存后控制相应外设。
* 中断来源：TI与RI共用中断号4；本程序的实际命令处理只在RI=1时进行。
* 执行原则：中断内只做快速寄存器赋值，不加入软件延时或长时间阻塞操作。
*/
void UART_Routine(void) interrupt 4 /* 声明串口中断服务函数，对应向量地址0x0023。 */
{ /* 中断服务程序开始，先判断是否由接收标志触发。 */
if (1 == RI) /* RI为1表示UART已接收完一帧并把数据装入接收SBUF。 */
{ /* 接收事件处理分支开始。 */
RI = 0; /* 按配套源码顺序先由软件清RI，为下一帧接收做准备。 */
recv = SBUF; /* 读取接收SBUF，把本次8位命令保存到全局变量recv。 */
switch (recv) /* 按收到的原始字节值选择一个外设控制分支。 */
{ /* switch分支表开始；每个case末尾都用break退出。 */
case 0x1: /* 收到HEX字节01时进入LED1控制分支。 */
LED1 = 0; /* 将P1.0拉低，形成灌电流通路并点亮LED1。 */
break; /* 结束本分支，防止继续执行case 0x2。 */
case 0x2: /* 收到HEX字节02时进入LED2控制分支。 */
LED2 = 0; /* 将P1.1拉低，点亮低电平有效的LED2。 */
break; /* 退出switch，不向下贯穿。 */
case 0x3: /* 收到HEX字节03时进入LED3控制分支。 */
LED3 = 0; /* 将P1.2拉低，点亮LED3。 */
break; /* 完成LED3命令后退出switch。 */
case 0x4: /* 收到HEX字节04时进入LED4控制分支。 */
LED4 = 0; /* 将P1.3拉低，点亮LED4。 */
break; /* 完成LED4命令后退出switch。 */
case 0x5: /* 收到HEX字节05时执行四灯全灭命令。 */
P1 |= 0x0F; /* 将P1低4位置1而保留高4位，使LED1～LED4全部熄灭。 */
break; /* 完成四灯全灭后退出switch。 */
case 0x6: /* 收到HEX字节06时执行蜂鸣器开启命令。 */
BEEP = 0; /* P1.6输出低电平使S9012 PNP管导通，蜂鸣器得电发声。 */
break; /* 完成蜂鸣器开启命令后退出switch。 */
case 0x7: /* 收到HEX字节07时执行蜂鸣器关闭命令。 */
BEEP = 1; /* P1.6输出高电平使PNP管截止，蜂鸣器停止。 */
break; /* 完成蜂鸣器关闭命令后退出switch。 */
case 0x8: /* 收到HEX字节08时执行继电器吸合命令。 */
JDQ1 = 0; /* P2.0向低电平触发模块的IN输出有效电平，使继电器吸合。 */
break; /* 完成继电器吸合命令后退出switch。 */
case 0x9: /* 收到HEX字节09时执行继电器释放命令。 */
JDQ1 = 1; /* P2.0输出高电平撤销触发，使实验所用继电器模块释放。 */
break; /* 完成继电器释放命令后退出switch。 */
default: /* 收到01～09以外的字节时进入默认分支。 */
break; /* 不改变任何外设状态，直接离开switch。 */
} /* 命令分支选择结束。 */
} /* RI接收事件处理结束；RI为0时不会读取SBUF。 */
} /* 中断服务程序结束，执行中断返回。 */
一、串口数据的接收
本节在串口发送程序的基础上增加接收功能：电脑通过串口助手发送一个命令字节，STC89C52在串口中断中读取该字节，再根据数值控制LED、蜂鸣器和外接继电器模块。
完整数据链路如下：
串口助手选择HEX发送命令
│
▼
USB数据 ─→ CH340N ─→ P3.0/RXD ─→ UART接收器 ─→ 接收SBUF
│
├→ 硬件置RI=1
▼
ES=1且EA=1，进入中断号4
│
▼
recv=SBUF，switch解析命令
│
┌──────────────────────────┼─────────────────────┐
▼ ▼ ▼
P1.0～P1.3 P1.6 P2.0
控制LED 控制蜂鸣器 控制继电器模块
串口接收和发送共用名为SBUF的特殊功能寄存器地址，但芯片内部实际上是两个不同的缓冲器：
CPU写SBUF ─→ 发送缓冲器 ─→ 发送移位寄存器 ─→ P3.1/TXD
CPU读SBUF ←─ 接收缓冲器 ←─ 接收移位寄存器 ←─ P3.0/RXD
因此SBUF=data表示发送，data=SBUF表示读取已经接收的数据。读写方向由硬件地址译码自动区分。
1.1 中断处理函数
接收中断从哪里产生
串口方式1的接收器先在RXD上检测空闲高电平到起始低电平的跳变，再用定时器1提供的16倍采样节拍对数据位进行采样。接收一帧有效数据后，硬件把8位数据装入接收SBUF，并把SCON.RI置1。
RXD波形：空闲1 │ START0 │ D0 │ D1 │ D2 │ D3 │ D4 │ D5 │ D6 │ D7 │ STOP1
│ │
└─ 检测起始跳变 在停止位中部完成判定
│
数据装入接收SBUF，RI=1 ───┘
RI是SCON的B0位，是接收中断请求标志，不是独立寄存器。硬件负责置1，软件负责清0：
/* 片段目的：在确认接收完成后清除RI，并把接收SBUF中的一个字节保存到recv。 */
if (RI == 1) /* 查询SCON.0；为1说明UART已经接收完一帧有效数据。 */
{ /* 接收处理分支开始，RI为0时整个分支被跳过。 */
RI = 0; /* 按配套程序顺序先软件清除RI，为下一次硬件置位做准备。 */
recv = SBUF; /* 读地址0x99会选择内部接收缓冲器，并把8位数据复制到recv。 */
} /* 本字节转存完成，后续逻辑可以安全判断recv。 */
配套程序先清RI再立即读取SBUF。在9600波特下，一帧约需1.04ms，而这两条指令的执行时间远短于下一帧到达时间，因此能够正常工作。也常见先读取SBUF再清RI的写法；关键是进入中断后立即保存数据并及时清除标志，不能让RI长期保持为1。
ES=1和EA=1构成串口中断的两级允许开关：
$ \text{进入串口中断的条件}=(RI\lor TI)\land ES\land EA $
串口发送标志TI和接收标志RI共用中断号4、向量地址0x0023。所以进入UART_Routine后必须判断标志来源，不能认为每次进入都一定是接收完成。当前代码只在RI=1时执行接收分支；发送部分采用查询TI并在主程序中清零。
更完整的中断框架可以写成：
/*
* 函数目的：展示同时兼顾接收与发送标志的完整串口中断骨架。
* 结构依据：TI和RI共用中断号4，因此使用两个独立if，不能只凭进入中断判断事件类型。
*/
void UART_Routine(void) interrupt 4 /* 声明经典8051串口中断服务函数。 */
{ /* 中断处理开始；两个标志可能有一个或同时置位。 */
if (RI == 1) /* 检查是否发生了接收完成事件。 */
{ /* 接收分支开始。 */
RI = 0; /* 软件清除RI，为下一帧接收准备。 */
recv = SBUF; /* 读取接收缓冲器并立即保存本次数据。 */
/* 在这里快速解析recv，或只设置标志让主循环稍后处理。 */
} /* 接收分支结束，继续检查TI。 */
if (TI == 1) /* 检查是否发生了发送完成事件。 */
{ /* 发送分支开始。 */
TI = 0; /* 软件清除TI，撤销本次发送请求。 */
/* 中断发送方案可在这里装入下一个字节；查询发送方案则通常由发送函数清TI。 */
} /* 发送分支结束。 */
} /* 两类标志处理完毕，退出中断服务程序。 */
如果发送仍完全采用UART_Send_Byte中的查询方式，TI由发送函数清除即可；但正式工程要避免让TI在已开启ES的情况下长期为1，否则CPU可能反复响应同一个串口中断请求。
读取数据并保存到变量
/* 片段目的：提供独立于硬件SBUF的8位存储位置，供后续程序判断接收命令。 */
uchar recv; /* uchar等价于unsigned char，可完整保存UART方式1接收的一个8位数据字节。 */
recv用于保存一个8位接收字节。recv=SBUF执行后，即使接收硬件继续工作，程序也可以使用recv进行判断。经典8051串口通常没有多字节接收FIFO，如果中断处理不及时且RI没有清除，后续帧可能无法装入接收SBUF而丢失。
中断服务程序应尽量短，不适合在里面执行长延时、等待按键或阻塞发送大量字符串。当前switch只进行寄存器赋值，执行时间很短，适合作为中断内的简单控制；复杂任务可以在中断中只保存命令并设置标志，再交给主循环处理。
HEX发送与文本发送不是同一个字节
switch中的分支使用0x01到0x09，因此串口助手应选择HEX方式发送。例如在HEX输入框发送01，单片机收到的才是数值0x01。
| 串口助手操作 | 实际发送字节 | 能否匹配case 0x1 |
|---|---|---|
HEX方式输入01 | 0x01 | 能 |
文本方式输入字符1 | 0x31 | 不能 |
HEX方式输入31 | 0x31 | 不能 |
字符'1'的ASCII码是0x31，与数值1不同。如果希望同时支持文本命令，可以增加case '1':，或者在接收后把ASCII数字转换为数值：
/* 片段目的：把文本方式收到的ASCII数字字符'0'～'9'转换成数值0～9。 */
if ((recv >= '0') && (recv <= '9')) /* 同时检查下界0x30和上界0x39，确保recv确为数字字符。 */
{ /* 只有ASCII数字进入转换分支，其他字节保持原值。 */
recv = recv - '0'; /* 利用ASCII连续性减去0x30，例如'7'转换为数值7。 */
} /* 一次可选的文本命令转换结束。 */
使用switch解析命令
switch(recv)根据接收字节跳转到相应case。每个分支末尾使用break，防止继续执行后面的分支：
| 命令字节 | 执行操作 | 控制电平 |
|---|---|---|
0x01 | 点亮LED1 | P1.0=0 |
0x02 | 点亮LED2 | P1.1=0 |
0x03 | 点亮LED3 | P1.2=0 |
0x04 | 点亮LED4 | P1.3=0 |
0x05 | 熄灭4个LED | P1.0～P1.3=1 |
0x06 | 蜂鸣器响 | P1.6=0 |
0x07 | 蜂鸣器停止 | P1.6=1 |
0x08 | 继电器模块吸合 | P2.0=0 |
0x09 | 继电器模块释放 | P2.0=1 |
| 其他值 | 不执行动作 | 进入default |
Keil的View → Templates Window可以打开代码模板窗口，再插入switch基本结构。模板只提供语法骨架，switch表达式、各个case值和实际控制语句仍需按功能填写。
LED引脚与低电平点亮原理
程序把4个板载LED定义在P1.0～P1.3：
/* 片段目的：为四个可位寻址的LED控制引脚建立易读的软件名称。 */
sbit LED1 = P1^0; /* LED1连接P1.0，赋0点亮、赋1熄灭。 */
sbit LED2 = P1^1; /* LED2连接P1.1，采用相同的低电平有效接法。 */
sbit LED3 = P1^2; /* LED3连接P1.2，名称赋值会直接改变该端口位。 */
sbit LED4 = P1^3; /* LED4连接P1.3，与P1低4位中的最高一位对应。 */
开发板上的每一路LED均从+5V经LED和10kΩ限流电阻连接到单片机端口，因此单片机输出低电平时形成电流通路：
+5V ─→ LED ─→ 10kΩ限流电阻 ─→ P1.x输出低电平 ─→ 芯片内部下拉 ─→ GND
│
└─ 有电流通过，LED点亮
P1.x输出高电平：电阻两端电压很小，几乎无电流，LED熄灭
所以代码采用LED1=0点亮，而不是LED1=1。限流电阻用于限制LED电流，避免LED和单片机端口过流；电阻越大，电流越小、亮度通常越低。
命令0x05使用：
/* 片段目的：一次把P1.0～P1.3全部置1，从而熄灭四个低电平有效LED。 */
P1 |= 0x0F; /* 与0000 1111B按位或只强制低4位为1，P1.4～P1.7保持原状态。 */
0x0F的二进制为0000 1111B，按位或会把P1寄存器的低4位全部置1，同时保持高4位当前值：
P1原值： b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
0x0F： 0 0 0 0 1 1 1 1
按位或： b7 b6 b5 b4 1 1 1 1
└P1.0～P1.3全部输出高电平，4灯熄灭
它设置的是低4位B0～B3，不是单独设置“第4位”B4。与逐句执行LED1=LED2=LED3=LED4=1相比，按位操作更紧凑，并且不会改变P1.4～P1.7。
蜂鸣器电路组成与低电平有效原理
开发板蜂鸣器并不是由P1.6直接供电，而是通过S9012 PNP三极管控制。电路包含：
| 元件 | 连接与作用 |
|---|---|
Q1 S9012 | PNP三极管，作为高边开关并提供电流放大 |
R3 1kΩ | 串联在P1.6与三极管基极之间，限制基极电流 |
BELL1 | 板载蜂鸣器，导通供电后发声 |
C6 100nF | 连接在+5V和GND之间，抑制蜂鸣器开关造成的高频电源扰动 |
+5V
│
E ┌───┴───┐
P1.6 ── R3 1kΩ ───── B│ Q1 │ S9012 PNP高边开关
└───┬───┘
C
│
BELL1
│
GND
C6 100nF
+5V ──||── GND
当P1.6=1时，三极管基极与发射极都接近+5V，基极-发射极电压不足，Q1截止，蜂鸣器无供电而停止。设置P1.6=0后，基极被R3拉低，PNP三极管导通，电流路径为：
+5V → Q1发射极 → Q1集电极 → BELL1 → GND
因此：
/* 片段目的：展示P1.6通过PNP高边开关控制蜂鸣器时的低电平有效关系。 */
BEEP = 0; /* P1.6拉低Q1基极，S9012导通并给蜂鸣器供电，因此蜂鸣器响。 */
BEEP = 1; /* P1.6接近Q1发射极电位，S9012截止，蜂鸣器失去供电而停止。 */
使用三极管的原因是蜂鸣器工作电流可能超过单片机IO适合直接承担的电流。IO只需提供较小的基极控制电流，就能控制较大的蜂鸣器电流，也减少蜂鸣器对芯片引脚的影响。
继电器模块的三根控制线
本实验使用外接继电器模块，控制端连接：
STC89C52/开发板 继电器模块控制端
P2.0 ───────────────────────→ IN（控制信号）
+5V ───────────────────────→ VCC（模块供电）
GND ───────────────────────→ GND（共同参考地）
sbit JDQ1=P2^0;必须与实际杜邦线连接一致。若把信号线接到P2.4，软件也必须定义为P2^4；软件写的是哪个端口位，硬件信号线就必须接到哪个引脚。
视频使用的模块表现为低电平触发：
/* 片段目的：展示课程所用低电平触发继电器模块的输入控制关系。 */
JDQ1 = 0; /* P2.0向模块IN输出低电平有效信号，使驱动电路给线圈通电并吸合。 */
JDQ1 = 1; /* P2.0撤销低电平触发，使线圈断电并让机械触点释放。 */
低电平触发继电器模块的典型内部结构如下，具体元件型号和是否带光耦以模块实物为准：
控制侧
P2.0/IN ─→ 输入限流电阻 ─→ 三极管或光耦驱动 ─→ 继电器线圈 ─→ +5V
│
线圈两端并联续流二极管
吸收断电时的反向感应电压
触点侧
公共端COM ──机械触点── 常开端NO
└─机械触点── 常闭端NC
各部分作用如下：
| 部分 | 作用 |
|---|---|
| 输入电阻 | 限制控制端电流，保护IO和驱动器件 |
| 三极管/光耦 | 用小控制电流驱动较大的线圈电流；光耦型模块还能提供一定信号隔离 |
| 继电器线圈 | 通电后产生磁场，拉动机械触点 |
| 续流二极管 | 在线圈断电时为感应电流提供通路，抑制高压尖峰 |
COM/NO/NC | 构成与单片机控制侧分开的被控回路触点 |
控制端GND必须与开发板GND建立共同参考，否则模块无法可靠判断P2.0是高还是低。继电器触点侧可能用于切换更高电压，但入门实验应只操作安全低电压负载；市电接线必须由具备资质和安全条件的人员完成，不能在通电状态下触摸或临时插拔。
完整接收控制流程
电脑发送HEX命令01～09
│
▼
RXD收到一帧 ─→ UART硬件装入SBUF并置RI
│
▼
CPU进入interrupt 4
│
▼
判断RI=1 ─→ 软件清RI ─→ recv=SBUF
│
▼
switch(recv)
├─ 01～04：拉低对应LED引脚
├─ 05：P1低4位置1，熄灭全部LED
├─ 06/07：拉低/拉高P1.6，控制蜂鸣器
├─ 08/09：拉低/拉高P2.0，控制继电器
└─ 其他值：default，不执行动作
编译前应确认变量名为RI而不是相似的误拼写，并检查每个sbit定义与原理图、杜邦线位置一致。Delay_xms(1000)放在主循环中用于降低主动发送数据的频率，也使此前“函数定义但未调用”的warning消失；它不能放进串口中断服务程序，否则会长时间阻塞其他中断和接收任务。
完成代码后，先关闭串口助手并烧写6.3串口接收工程，再打开串口助手，选择9600、8N1和HEX发送。依次发送01到09，观察LED、蜂鸣器和继电器是否与命令表一致。若某个外设无响应，应按“收到的字节值→switch分支→端口定义→实际连线→低电平有效电路”的顺序排查。