常會有一些學員會問到上位機與單片機之間通信的問題，而我們經常會講上位機與PLC之間通信，那么其實對上位機開發來說，不管是和PLC通信，還是和單片機通信，通信原理都是一樣的。PLC的本質就是單片機，在單片機的基礎上添加一些外圍電路并形成產品化，即構成了PLC控制器。今天在這里給大家分享一個上位機與單片機通信的實例，希望對大家開發上位機有所啟發。
只要做上位機開發，就離不開通信協議。一般來說，單片機可以與上位機之間以串口通信為主，當然也不排除現在有的單片機也集成了以太網口。就串口通信而言，常用的幾種通信方式，包括串口自定義協議、Modbus協議、CAN總線，接下來介紹的這個單片機是某個鋰電池的核心板，它主要是支持Modbus協議和CAN總線的方式。
圖表 1單片機硬件
（1）這里我們選擇的是基于485總線的ModbusRTU通信協議，如果要實現上位機開發，需要單片機開發人員提供一份通信變量表，如果讀取變量較多或者不連續，需要進行分組讀取。
（2）通信變量表一般包含參數名稱、Modbus地址、存儲區、數據類型、換算公式等內容，能夠將通信變量表看明白并完成通信測試，是能夠完成上位機開發的前提。
（3）這里，我截取部分變量表跟大家做一個分析：
圖表 2 Modbus寄存器表
上表中，以電芯總電壓為例，Modbus地址為0x1003，對應十進制即為4099，寄存器地址即為44100，讀取類型為ushort類型，換算公式為讀取之后乘以0.01，比如讀取值為5630，即為5.63V。
分析明白之后，我們就可以先用ModbusPoll軟件來一波初步測試，如果需要Modbus軟件資料的，可以關注一下喜科堂官方關注：dotNet工控上位機，然后像聊天一樣發送關鍵詞：Modbus軟件套裝即可。這里我們需要通過485轉USB連接到電腦中，然后通過設備管理器，看到端口號為COM4。
圖表 3通信端口
打開ModbusPoll軟件，通信參數選擇COM4、9600、N、8、1，讀取寄存器起始地址為4099，讀取長度為10，具體配置如下圖所示：
圖表 4通信參數配置
圖表 5通信讀取配置
配置完成后，即可讀取到單片機的數據，具體如下圖所示：
圖表 6 ModbusPoll讀取
（4）實現讀取之后，我們分析一下結果，4099讀取到的值為4206，說明當前電池的電壓為42.06V。我們可以用實際開發完成的上位機軟件做下對比，驗證一下數據是否正確：
圖表 7上位機軟件
（5）我們也可以用喜科堂通信測試平臺來做下測試，測試結果如下：
3. 整體總結
本文主要針對單片機的Modbus通信實例做了較為詳盡的描述，由于篇幅有限，僅僅介紹了通信測試部分，對于后續的項目實戰部分，會通過后續的文章進行進一步的闡述。
粉絲要求，今天就把基于藍牙的手機與單片機通信的代碼送給大家，喜歡就關注我吧，讓我們一塊討論技術問題！
在進行單片機開發以及參加比賽時，由于藍牙模塊控制方便，手機附帶藍牙功能（作為主機），信號穩定，低功耗等天然條件，這也決定了藍牙模塊必火。
今天我們使用的藍牙模塊為HC06一共有四個引腳分別為VCC,GND,RXD,TXD對應連接到單片機上的VCC,GND,TXD,RXD一定要注意RXD與TXD在連接中是交叉相連的，否則不能正常使用。
HC06正面圖
51單片機引腳圖
連接好之后就是寫程序了（文章后面會出程序），寫好之后生成HEX文件燒錄到板子中，這時我們從機部分就完成了，主機也就是手機需要下載一個藍牙串口通信助手，沒有的伙伴可以去網上下載一個，百度上都能找的到，下載好之后打開藍牙串口通信助手然后與藍牙模塊HC06連接，第一次連接的時候可能會輸入密碼，一般默認為1234，連接成功之后，一般有實時發送模式和鍵盤發送模式，具體使用方法大家可以下載下來試用一下。
藍牙串口調試助手
鍵盤模式
實時發送模式
程序
#include<reg52.h>
sbit LED=P1^1;
unsigned char rx;
int flag;
void init(void)
{
TMOD|=0x20;
SCON=0x50;
PCON&=0x7f;
TH1=TL1=0xfd;
TR1=1;
ES=1;
EA=1;
}
void serial(void)interrupt 4 using 1
{
RI=0;
rx=SBUF;
switch(rx)
{
case 'a':flag=0;
break;
case'b':flag=1;
break;
default:
break;
}
}
main()
{
init();
while(1)
{
if(flag==0)
LED=0;
if(flag==1)
LED=1;
}
}
在上述程序中a和b即為單片機所接受到的數據，如果接收到信號a那么就打開LED燈，接收到信號b就關閉LED，你也可以多加點比如c,d等等這是完全可以的，那么手機呢就需要發送a或b在實時模式直接輸入發送即可，在鍵盤模式需要設置一下，設置的時候需要點手機菜單鍵，然后在出現界面設置即可，這里沒有圖片就不給大家展示了，主機從機都設置完以后就可以正常使用了，接下來的工作就是任由你開發了，祝你取得好的成績。
PS:上述程序只適用于51系列單片機，晶振為11.0592MHZ。
片機上串口的工作原理和如何通過程序來對串口進行設置，以及根據所給出的實例實現與PC 機通信。
一、原理簡介
51 單片機內部有一個全雙工串行接口。什么叫全雙工串口呢？一般來說，只能接受或只能發送的稱為單工串行；既可接收又可發送，但不能同時進行的稱為半雙工；能同時接收和發送的串行口稱為全雙工串行口。串行通信是指數據一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優點是只需一根傳輸線，可大大降低硬件成本，適合遠距離通信。其缺點是傳輸速度較低。
與之前一樣，首先我們來了解單片機串口相關的寄存器。
SBUF 寄存器：它是兩個在物理上獨立的接收、發送緩沖器，可同時發送、接收數據，可通過指令對SBUF 的讀寫來區別是對接收緩沖器的操作還是對發送緩沖器的操作。從而控制外部兩條獨立的收發信號線RXD（P3.0）、TXD（P3.1），同時發送、接收數據，實現全雙工。
串行口控制寄存器SCON（見表1） 。
表1 SCON寄存器
表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。
SM0 和SM1 ：串行口工作方式控制位，其定義如表2 所示。
表2 串行口工作方式控制位
其中，fOSC 為單片機的時鐘頻率；波特率指串行口每秒鐘發送（或接收）的位數。
SM2 ：多機通信控制位。 該僅用于方式2 和方式3 的多機通信。其中發送機SM2 ＝ 1（需要程序控制設置）。接收機的串行口工作于方式2 或3，SM2=1 時，只有當接收到第9 位數據（RB8）為1 時，才把接收到的前8 位數據送入SBUF，且置位RI 發出中斷申請引發串行接收中斷，否則會將接受到的數據放棄。當SM2=0 時，就不管第位數據是0 還是1，都將數據送入SBUF，并置位RI 發出中斷申請。工作于方式0 時，SM2 必須為0。
REN ：串行接收允許位：REN=0 時，禁止接收；REN=1 時，允許接收。
TB8 ：在方式2、3 中，TB8 是發送機要發送的第9 位數據。在多機通信中它代表傳輸的地址或數據，TB8=0 為數據，TB8=1 時為地址。
RB8 ：在方式2、3 中，RB8 是接收機接收到的第9 位數據，該數據正好來自發送機的TB8，從而識別接收到的數據特征。
TI ：串行口發送中斷請求標志。當CPU 發送完一串行數據后，此時SBUF 寄存器為空，硬件使TI 置1，請求中斷。CPU 響應中斷后，由軟件對TI 清零。
RI ：串行口接收中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數據時，此時SBUF 寄存器為滿，硬件使RI 置1，請求中斷。CPU 響應中斷后，用軟件對RI 清零。
電源控制寄存器PCON（見表3） 。
表3 PCON寄存器
表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。
SMOD ：波特率加倍位。SMOD=1，當串行口工作于方式1、2、3 時，波特率加倍。SMOD=0，波特率不變。
GF1、GF0 ：通用標志位。
PD（PCON.1） ：掉電方式位。當PD=1 時，進入掉電方式。
IDL（PCON.0） ：待機方式位。當IDL=1 時，進入待機方式。
另外與串行口相關的寄存器有前面文章敘述的定時器相關寄存器和中斷寄存器。定時器寄存器用來設定波特率。中斷允許寄存器IE 中的ES 位也用來作為串行I/O 中斷允許位。當ES ＝ 1，允許 串行I/O 中斷；當ES ＝ 0，禁止串行I/O 中斷。中斷優先級寄存器IP的PS 位則用作串行I/O 中斷優先級控制位。當PS=1，設定為高優先級；當PS=0，設定為低優先級。
波特率計算：在了解了串行口相關的寄存器之后，我們可得出其通信波特率的一些結論：
① 方式0 和方式2 的波特率是固定的。
在方式0 中， 波特率為時鐘頻率的1/12， 即fOSC/12，固定不變。
在方式2 中，波特率取決于PCON 中的SMOD 值，即波特率為：
當SMOD=0 時，波特率為fosc/64 ；當SMOD=1 時，波特率為fosc/32。
② 方式1 和方式3 的波特率可變，由定時器1 的溢出率決定。
當定時器T1 用作波特率發生器時，通常選用定時初值自動重裝的工作方式2（ 注意：不要把定時器的工作方式與串行口的工作方式搞混淆了）。其計數結構為8 位，假定計數初值為Count，單片機的機器周期為T，則定時時間為（256 ?Count）×T 。從而在1s內發生溢出的次數（即溢出率）可由公式（1）所示：
從而波特率的計算公式由公式（2）所示：
在實際應用時，通常是先確定波特率，后根據波特率求T1 定時初值，因此式（2）又可寫為：
二、電路詳解
下面就對圖1 所示電路進行詳細說明。
圖1 串行通信實驗電路圖
最小系統部分（時鐘電路、復位電路等）第一講已經講過，在此不再敘述。我們重點來了解下與計算機通信的RS-232 接口電路?？梢钥吹剑陔娐穲D中，有TXD 和RXD 兩個接收和發送指示狀態燈，此外用了一個叫MAX3232 的芯片，那它是用來實現什么的呢？首先我們要知道計算機上的串口是具有RS-232 標準的串行接口，而RS-232 的標準中定義了其電氣特性：高電平“1”信號電壓的范圍為-15V~-3V，低電平“0”
信號電壓的范圍為+3V~+15V。可能有些讀者會問，它為什么要以這樣的電氣特性呢？這是因為高低電平用相反的電壓表示，至少有6V 的壓差，非常好的提高了數據傳輸的可靠性。由于單片機的管腳電平為TTL，單片機與RS-232 標準的串行口進行通信時，首先要解決的便是電平轉換的問題。一般來說，可以選擇一些專業的集成電路芯片，如圖中的MAX3232。MAX3232 芯片內部集成了電壓倍增電路，單電源供電即可完成電平轉換，而且工作電壓寬，3V~5.5V 間均能正常工作。其典型應用如圖中所示，其外圍所接的電容對傳輸速率有影響，在試驗套件中采用的是0.1μF。
值得一提的是MAX3232 芯片擁有兩對電平轉換線路，圖中只用了一路，因此浪費了另一路，在一些場合可以將兩路并聯以獲得較強的驅動抗干擾能力。此外，我們有必要了解圖中與計算機相連的DB-9 型RS-232的引腳結構（見圖2）。
圖2 DB-9連接器接口圖
其各管腳定義如下（見表4）。
表4 DB-9型接口管腳定義
三、程序設計
本講設計實例程序如下：
#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）
程序詳細說明：
（1）頭文件包含。
（2）聲明串口初始化程序。
（3）設置定時器1 工作在模式2，自動裝載初值（詳見第二講）。
（4）SMOD 位清0，波特率不加倍。
（5）串行口工作在方式1，并允許接收。
（6）定時器1 高8 位賦初值。波特率為1200b/s（7）定時器1 低8 位賦初值。
（8）啟動定時器。
（9）主函數。
（10）定義一個字符型變量。
（11）初始化串口。
（12）死循環。
（13）如果接收到數據。
（14）將接收到的數據賦給之前定義的變量。
（15）將接收到的值輸出到P0 口。
（16）對接收標志位清0，準備再次接收。
（17）將接收到的數據又發送出去。
（18）查詢是否發送完畢。
（19）對發送標志位清0。
四、調試要點與實驗現象
接好硬件，通過冷啟動方式將程序所生成的。hex文件下載到單片機運行后，打開串口調試助手軟件，設置好波特率1200，復位單片機，然后在通過串口調試助手往單片機發送數據（見圖3），可以觀察到在接收窗口有發送的數據顯示，此外電路板上的串行通信指示燈也會閃爍，P0 口所接到LED 燈會閃爍所接收到的數據。
圖3 串口軟件調試界面
另外串口調試助手軟件使用時應注意的是，如果單片機開發板采用串口下載而且和串口調試助手是使用同一串口，則在打開串口軟件的同時不能給單片機下載程序，如需要下載，請首先點擊“關閉串口”，做發送實驗的時候，注意如果選中16 進制發送的就是數字或者字母的16 進制數值，比如發送“0”，實際接收的就應該是0x00，如果不選中，默認發送的是ASCII 碼值，此時發送“0”，實際接收的就應該是0x30，這點可以通過觀察板子P0 口上的對應的LED 指示出來。
五、總結
本講介紹了單片機串口通信的原理并給出了實例，通過該講，讀者可以了解和掌握51 單片機串口通信的原理與應用流程，利用串口通信，單片機可以與計算機相連，也可以單片機互聯或者多個單片機相互通信組網等，在實際的工程應用中非常廣泛。從學習的角度來說，熟練的利用串口將單片機系統中的相關信息顯示在計算機上可以很直觀方便的進行調試和開發。
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