单片机串口通信的调试方法与技术

·电子与计算机技术·

J

o u r n a l o f W u h a n P o l y t e c h n i c

单片机串口通信的调试方法与技术

席东河1，马磊娟1，杜

娟2

（1. 河南工业职业技术学院，河南南阳473009；

2. 河南中光学集团有限公司，河南南阳473000）

摘

要：基于实际的教学和工程经验以及现代先进的软件技术，对单片机技术中经常用到的串

口通信方法、串口的调试技术以及常见的问题进行了归类分析与总结，并提出相应的研究解决方法和参考实例。

关键词：单片机；串口；调试方法；仿真

中图分类号：TN915文献标识码：A 文章编号：1671-931X （2010）03-0075-04

引言

相关问题的调试在所难免。

单片机的串行口在单片机的日常教学实践和实际

一、传统的串口调试方法

的工程技术中，应用十分普遍，串口通讯在智能化产品通常的调试方法如图1所示，是将一个独立的单中的技术地位十分重要，这使得单片机借助于RS232、片机系统采用RS232总线在经过电平转换后连接到RS485、CAN 等总线技术可以与其它单片机、PC 机、智PC 机的COM 1或其它串行端的DB9接口，然后借助于能人机交互工具如触摸屏、TC35手机模块等组成小型安装在PC 上的串口调试工具例如串口调试助手软件，的智能控制有线或无线网络。因此对单片机串行通信

对数据格式和波特率进行设置以后就可以进行调试。

(a)电气连接

（b ）串口调试助手

图1

单片机串行口的传统调试方法

这种方法的好处是“真刀真枪”，能够锻炼实际的

具备一个完整的单片机系统、专用的串口线，硬件成本动手操作能力，能够实时获悉电路实际的工作状况。但比较高；其次，实际调试起来还要在单片机与PC 机之这种方法的缺点也十分明显。首先要想用串口就必须间频繁地插接，操作比较繁琐也费时费力；再者，如果

收稿日期：2010-05-04

作者简介：席东河（1980-），男，河南内乡人，硕士研究生，河南工业职业技术学院教师，研究方向：微控制技术。

O O

75

武汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

席东河，马磊O

娟O ，杜

娟

：单片机串口通信的调试方法与技术

76

武

汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

电子与计算机技术

Electronic and Computer Technology

单片机系统电路有故障或者操作不当产生的电源短路互相通信了，使用起来和实际的COM 1完全一样。

很容易烧坏计算机上的串口控制器芯片组。在实际当中笔者的许多同事和学生就有过这种遭遇，这会给我们带来不必要的麻烦。

另外对于笔记本电脑用户来说，通常情况都没有串行口，如果要调试串口就必须借助于USB 端口，使用USB 转串口的接口电路扩展出一个串行口，这样的串行口必须安装相应的驱动程序，它根据用户每次使用的不同USB 接口扩展出端口号不同的串行口。当然，可以在电脑的设备管理器中查询COM 端口号，但这样的办法成本更高而且使用起来也不方便。

二、借助软件技术调试串口

在对串行口的学习和实际的工程测试中，单片机

硬件电路往往并不是必须的，也不是学习和技术应用的重点，要解决的关键问题通常是对串口通信协议和图2-1软件虚拟出来的串口对

数据的交互进行编程和测试。可以采用虚拟串口技术，（二）单片机串口仿真软件的选择

不使用硬件照样可以又好又快地达到学习或者测试的单片机技术发展到现在，出现了各种各样的单片目的，把硬件成本和损失降到最低，也可以解决电脑的机编程和仿真软件，如Keil 、M ultisim 、AltimDesigner 、串行端口不够用的问题，因为理论上这种方法可以虚Proteus 等。这里选择性能比较好的Keil 与Proteus 联合拟出无数多对串行口[1]。

方式，进行的单片机串行口的学习和调试。

（一）电脑串行口的扩展

Keil 是美国Keil Softw are 公司出品的51系列单片使用Virtual Serial Port Driver 或者类似的其它软件机软件开发系统，Keil 软件全Window s 界面，生成的目可以扩展出无数对的RS232串口，这些端口是可以在标代码效率非常高[2]。Proteus 软件是来自英国Labcen-单片机仿真软件或其它软件中随意使用的。如图2-1ter electronics 公司的EDA 工具软件，是目前最好的单所示，COM 1和COM 2是电脑中原有的两个物理端口，片机及其外围器件的仿真工具，它可以仿真M CS-51COM 3和COM 4是虚拟出来的一对端口，即COM 3和系列、PIC 、AVR 等常用的M CU 及其外围电路（如COM 4是连接在一块的。使用的时候如果一个单片机LCD ，RAM ，ROM ，键盘，马达，LED ，AD/DA，部分SPI 器

使用COM 3，另一个单片机或者串口调试助手使用件，部分IIC 器件等）[3]

。

COM 4，只要它他们之间数据格式和波特率一致就可以

2.3串口学习与调试的现代方法

(a)Proteus 仿真串口

(b)COM PIM 设置

图2-2

单片机串行口的仿真与调试

除了前面所讲的传统调试串口的方法，下面的串式。

该虚拟电路结构简单使用灵活甚至不需要接电源、口实例和分析是基于上文用Virtual Serial Port Driver 扩晶振，使用起来非常方便。因为虚拟的单片机和计算机展出多对个虚拟串口的基础上，例如扩展出了COM 3的串口部件电平一致不需要加M AX232等电平转换芯和COM 4串口对，采用Proteus V7.4SP3、KEIL uVision3片。

软件和C 语言来进行。

基于以上的软件选择和设置，对串行口的调试和首先安装好Proteus V7.4SP3和KEIL uVision3软使用还可以有以下几种情形：

件，并对他们进行设置达到可以联合调用和仿真单片1. 串口调试助手与串口调试助手之间的通信

机程序。

这种方法通常在验证虚拟的串行口功能是否正其次，在Proteus 软件中建立起一个单片机系统，常、

练习串行通讯，或者进行串口调试工具的相关参数如图2-2所示，添加COM PIM 接口部件并对其进行设设置时，在电脑上同时打开两个串口调试助手软件，分置，如选择COM 3，波特率设置为9600-8-1-NONE 模别使用COM 3和COM 4，在设置好相应的波特率等参

数后进行信息的传送，以达到熟练使用串口助手软件的目的。

还用一种功能比较少用但却非常有用，它涉及到字符格式和16进制格式的信息转换问题。比如想得到一串字符的unicode 代码时，让串口助手软件甲按字符格式发送，而让另一串口助手软件乙按16进制格式显示，所见即所得，非常快捷。

2. 虚拟的单片机与串口调试助手采用这种方法，可以练习使用单片机的串口，或者调试人机交互的效果。在这种情况下，可以让虚拟的单片机使用图2-1中的COM 3，调试助手软件使用COM 4，其它的方法和步骤与传统方法完全一致，可以参考下面情形3的中断接收字节部分的代码，编译后下载到如图2-2(a)的单片机系统就可以与串口调试助手交互通信，串口调试助手发送一个数字，单片机就通过串口接收并显示出来。

3. 真实的单片机与虚拟的单片机间的通讯与调试这种方式显得尤为“神奇”，虚实结合，传统技术与仿真技术结合，避免只依重于某一方面而忽视另一方面，顾此失彼，可以达到很好的锻炼学习和使用效果。因为要用到实际的单片机系统，所以虚、实两个串口必须使用已有的物理串口，比如COM 1。图2-2所示的电路中的单片机就可以通过COM 1口实现与外部单片机的信息交互。下面就简要介绍该种情况下的串行口的仿真与调试方法。

首先，按照图2-2(a)搭建虚拟的单片机系统，其中的COM PIM 部件也设置为使用COM 1，如图2-2(b)所示，并设置数据传送格式为9600-8-1-NONE ；其次，按照图1（a ）的连接方法把具有相同电路结构的外部单片机系统连接到计算机的COM 1端口。

经过以上的设置后，外部的单片机可以发送数据(0-9) 到虚拟单片机并显示，也可以接收虚拟单片机发送的数据(0-9) 并显示。将下面的代码编译生成BIN 或者HEX 类型的文件，分别下载到两个单片机运行就可实现这种功能。调试代码如下：

#include

#defineuchar unsigned char #defineuint unsigned int sbit led=P0^0;

#defineseg7_1P1//发送显示数码管1#defineseg7_2P2//接收显示数码管2uchar code table[]={0x3F ，0x06，0x5B ，0x4F ，0x66，0x6D ，0x7D ，0x07，0x 7F ，0x6F};//0-9字型码

void delay1s(void)//延时大约1S {unsigned char i ，j ，k; for(k=40;k>0;k--) for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); }

void Uart_SendChar(unsignedchar dat) //发送一个字节{电子与计算机技术

Electronic and Computer Technology

SBUF =dat; //待发送的数据写入缓冲区w hile(!TI);//等待发送完成TI =0; //清零发送标志位}

void ComBreak()interrupt 4//中断接收字节{unsigned char RecvData; //定义接收变量if(RI==1)//判断是否接收数据{RecvData=SBUF;//接收数据

seg7_2=RecvData;//显示接收到的数据RI=0;//清除接收中断标志位}

if(TI==1)//判断是否是发送中断{

TI=0;//清除发送中断标志位}}

void main()//主程序{

uchar n;

TM OD =0x20;

//波特率发生器采用定时器1，方式2TH1=0xfd; //波特率为9600bps TL1=0xfd;

SCON =0x50; //串口工作方式1，允许接收TR1=1; //启动波特率发生器IE =0x90; //打开中断开关w hile(1)

{for(n=0;n

{//delay1s();在情形4中添加到甲或乙机seg7_1=table[n];//显示发送的数据

SBUF=table[n];//把数字发往另一单片机led=0;delay1s();led=1;delay1s();}}}

实验现象：如图2-2(a)所示，系统上电后，单片机甲每隔1S 钟向单片机乙发送0-9的数字，并在P1口德数码管1上显示，LED 灯闪烁一次，同时使用中断方式接收乙发送来的字符并显示；单片机乙工作现象与甲类似；每发送或显示10个数据，循环往复1次。

4. 多个单片机间的串行通讯与调试

在实际的工程中可能会用到多个单片机系统，它们通过串口组成一个小型的控制网络，进行数据同步和传输。而这样的实际电路系统比较复杂和庞大，连接和测试都不是很方便，这时利用虚拟的串口调试技术就显得十分必要和有效。可以先在Proteus 中快捷地搭建出这样的系统，在进行通信仿真后再实地调试，事半功倍。如图2-3所示为双机系统通过网络标号串行连接，将情形3的代码编译下载到甲乙两块单片机中，就可循环收发和显示0-9数字。如图甲显示并发送5到

席东河，马磊娟O ，杜O

娟：单片机串口通信的调试方法与技术

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武汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

席东河，马磊O

娟O ，杜

娟

：单片机串口通信的调试方法与技术

78

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电子与计算机技术

Electronic and Computer Technology

乙，乙显示并发送9到甲。为了达到该图中的效果，可以在其中的一个单片机如甲的主程序中让其延迟1秒三、结束语

发送数据即可。

借助先进的软件技术，来完成以往需要结合硬件电路来完成的串口通信的调试工作，效率高，成本低，性价比高，风险低。实践证明在教学和工程应用中根据具体情况适当选择、组合使用起到了很好的教学和应用效果。

参考文献：［1］Virtual ：Serial Port Driver 软件使用手册. ［2］Keil uVision 软件使用手册. ［3］Proteus 软件使用手册.

[责任编辑：刘骋]

图2-3单片机间的串行收和发

About MCU Serial Communication Debugging Method and

Technique

XI Dong-he 1, MA Lei-juan 1, DU Juan 2

（1.Henan Polytechnic Institute, Nanyang473009, China;2.Henan Costar Group, Nanyang 473000, China ）Abstract ：Based on the practical teaching and engineering experience and modern advanced software technology, this paper analyzes and summarizes the serial communication method, serial port debug technology and common problems frequently used in microcontroller technology. Then proposed the corresponding research and solution methods,and reference example.

Key words ：MCU; serial port; debugging method; simulate

·电子与计算机技术·

J

o u r n a l o f W u h a n P o l y t e c h n i c

单片机串口通信的调试方法与技术

席东河1，马磊娟1，杜

娟2

（1. 河南工业职业技术学院，河南南阳473009；

2. 河南中光学集团有限公司，河南南阳473000）

摘

要：基于实际的教学和工程经验以及现代先进的软件技术，对单片机技术中经常用到的串

口通信方法、串口的调试技术以及常见的问题进行了归类分析与总结，并提出相应的研究解决方法和参考实例。

关键词：单片机；串口；调试方法；仿真

中图分类号：TN915文献标识码：A 文章编号：1671-931X （2010）03-0075-04

引言

相关问题的调试在所难免。

单片机的串行口在单片机的日常教学实践和实际

一、传统的串口调试方法

的工程技术中，应用十分普遍，串口通讯在智能化产品通常的调试方法如图1所示，是将一个独立的单中的技术地位十分重要，这使得单片机借助于RS232、片机系统采用RS232总线在经过电平转换后连接到RS485、CAN 等总线技术可以与其它单片机、PC 机、智PC 机的COM 1或其它串行端的DB9接口，然后借助于能人机交互工具如触摸屏、TC35手机模块等组成小型安装在PC 上的串口调试工具例如串口调试助手软件，的智能控制有线或无线网络。因此对单片机串行通信

对数据格式和波特率进行设置以后就可以进行调试。

(a)电气连接

（b ）串口调试助手

图1

单片机串行口的传统调试方法

这种方法的好处是“真刀真枪”，能够锻炼实际的

具备一个完整的单片机系统、专用的串口线，硬件成本动手操作能力，能够实时获悉电路实际的工作状况。但比较高；其次，实际调试起来还要在单片机与PC 机之这种方法的缺点也十分明显。首先要想用串口就必须间频繁地插接，操作比较繁琐也费时费力；再者，如果

收稿日期：2010-05-04

作者简介：席东河（1980-），男，河南内乡人，硕士研究生，河南工业职业技术学院教师，研究方向：微控制技术。

O O

75

武汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

席东河，马磊O

娟O ，杜

娟

：单片机串口通信的调试方法与技术

76

武

汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

电子与计算机技术

Electronic and Computer Technology

单片机系统电路有故障或者操作不当产生的电源短路互相通信了，使用起来和实际的COM 1完全一样。

很容易烧坏计算机上的串口控制器芯片组。在实际当中笔者的许多同事和学生就有过这种遭遇，这会给我们带来不必要的麻烦。

另外对于笔记本电脑用户来说，通常情况都没有串行口，如果要调试串口就必须借助于USB 端口，使用USB 转串口的接口电路扩展出一个串行口，这样的串行口必须安装相应的驱动程序，它根据用户每次使用的不同USB 接口扩展出端口号不同的串行口。当然，可以在电脑的设备管理器中查询COM 端口号，但这样的办法成本更高而且使用起来也不方便。

二、借助软件技术调试串口

在对串行口的学习和实际的工程测试中，单片机

硬件电路往往并不是必须的，也不是学习和技术应用的重点，要解决的关键问题通常是对串口通信协议和图2-1软件虚拟出来的串口对

数据的交互进行编程和测试。可以采用虚拟串口技术，（二）单片机串口仿真软件的选择

不使用硬件照样可以又好又快地达到学习或者测试的单片机技术发展到现在，出现了各种各样的单片目的，把硬件成本和损失降到最低，也可以解决电脑的机编程和仿真软件，如Keil 、M ultisim 、AltimDesigner 、串行端口不够用的问题，因为理论上这种方法可以虚Proteus 等。这里选择性能比较好的Keil 与Proteus 联合拟出无数多对串行口[1]。

方式，进行的单片机串行口的学习和调试。

（一）电脑串行口的扩展

Keil 是美国Keil Softw are 公司出品的51系列单片使用Virtual Serial Port Driver 或者类似的其它软件机软件开发系统，Keil 软件全Window s 界面，生成的目可以扩展出无数对的RS232串口，这些端口是可以在标代码效率非常高[2]。Proteus 软件是来自英国Labcen-单片机仿真软件或其它软件中随意使用的。如图2-1ter electronics 公司的EDA 工具软件，是目前最好的单所示，COM 1和COM 2是电脑中原有的两个物理端口，片机及其外围器件的仿真工具，它可以仿真M CS-51COM 3和COM 4是虚拟出来的一对端口，即COM 3和系列、PIC 、AVR 等常用的M CU 及其外围电路（如COM 4是连接在一块的。使用的时候如果一个单片机LCD ，RAM ，ROM ，键盘，马达，LED ，AD/DA，部分SPI 器

使用COM 3，另一个单片机或者串口调试助手使用件，部分IIC 器件等）[3]

。

COM 4，只要它他们之间数据格式和波特率一致就可以

2.3串口学习与调试的现代方法

(a)Proteus 仿真串口

(b)COM PIM 设置

图2-2

单片机串行口的仿真与调试

除了前面所讲的传统调试串口的方法，下面的串式。

该虚拟电路结构简单使用灵活甚至不需要接电源、口实例和分析是基于上文用Virtual Serial Port Driver 扩晶振，使用起来非常方便。因为虚拟的单片机和计算机展出多对个虚拟串口的基础上，例如扩展出了COM 3的串口部件电平一致不需要加M AX232等电平转换芯和COM 4串口对，采用Proteus V7.4SP3、KEIL uVision3片。

软件和C 语言来进行。

基于以上的软件选择和设置，对串行口的调试和首先安装好Proteus V7.4SP3和KEIL uVision3软使用还可以有以下几种情形：

件，并对他们进行设置达到可以联合调用和仿真单片1. 串口调试助手与串口调试助手之间的通信

机程序。

这种方法通常在验证虚拟的串行口功能是否正其次，在Proteus 软件中建立起一个单片机系统，常、

练习串行通讯，或者进行串口调试工具的相关参数如图2-2所示，添加COM PIM 接口部件并对其进行设设置时，在电脑上同时打开两个串口调试助手软件，分置，如选择COM 3，波特率设置为9600-8-1-NONE 模别使用COM 3和COM 4，在设置好相应的波特率等参

数后进行信息的传送，以达到熟练使用串口助手软件的目的。

还用一种功能比较少用但却非常有用，它涉及到字符格式和16进制格式的信息转换问题。比如想得到一串字符的unicode 代码时，让串口助手软件甲按字符格式发送，而让另一串口助手软件乙按16进制格式显示，所见即所得，非常快捷。

2. 虚拟的单片机与串口调试助手采用这种方法，可以练习使用单片机的串口，或者调试人机交互的效果。在这种情况下，可以让虚拟的单片机使用图2-1中的COM 3，调试助手软件使用COM 4，其它的方法和步骤与传统方法完全一致，可以参考下面情形3的中断接收字节部分的代码，编译后下载到如图2-2(a)的单片机系统就可以与串口调试助手交互通信，串口调试助手发送一个数字，单片机就通过串口接收并显示出来。

3. 真实的单片机与虚拟的单片机间的通讯与调试这种方式显得尤为“神奇”，虚实结合，传统技术与仿真技术结合，避免只依重于某一方面而忽视另一方面，顾此失彼，可以达到很好的锻炼学习和使用效果。因为要用到实际的单片机系统，所以虚、实两个串口必须使用已有的物理串口，比如COM 1。图2-2所示的电路中的单片机就可以通过COM 1口实现与外部单片机的信息交互。下面就简要介绍该种情况下的串行口的仿真与调试方法。

首先，按照图2-2(a)搭建虚拟的单片机系统，其中的COM PIM 部件也设置为使用COM 1，如图2-2(b)所示，并设置数据传送格式为9600-8-1-NONE ；其次，按照图1（a ）的连接方法把具有相同电路结构的外部单片机系统连接到计算机的COM 1端口。

经过以上的设置后，外部的单片机可以发送数据(0-9) 到虚拟单片机并显示，也可以接收虚拟单片机发送的数据(0-9) 并显示。将下面的代码编译生成BIN 或者HEX 类型的文件，分别下载到两个单片机运行就可实现这种功能。调试代码如下：

#include

#defineuchar unsigned char #defineuint unsigned int sbit led=P0^0;

#defineseg7_1P1//发送显示数码管1#defineseg7_2P2//接收显示数码管2uchar code table[]={0x3F ，0x06，0x5B ，0x4F ，0x66，0x6D ，0x7D ，0x07，0x 7F ，0x6F};//0-9字型码

void delay1s(void)//延时大约1S {unsigned char i ，j ，k; for(k=40;k>0;k--) for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); }

void Uart_SendChar(unsignedchar dat) //发送一个字节{电子与计算机技术

Electronic and Computer Technology

SBUF =dat; //待发送的数据写入缓冲区w hile(!TI);//等待发送完成TI =0; //清零发送标志位}

void ComBreak()interrupt 4//中断接收字节{unsigned char RecvData; //定义接收变量if(RI==1)//判断是否接收数据{RecvData=SBUF;//接收数据

seg7_2=RecvData;//显示接收到的数据RI=0;//清除接收中断标志位}

if(TI==1)//判断是否是发送中断{

TI=0;//清除发送中断标志位}}

void main()//主程序{

uchar n;

TM OD =0x20;

//波特率发生器采用定时器1，方式2TH1=0xfd; //波特率为9600bps TL1=0xfd;

SCON =0x50; //串口工作方式1，允许接收TR1=1; //启动波特率发生器IE =0x90; //打开中断开关w hile(1)

{for(n=0;n

{//delay1s();在情形4中添加到甲或乙机seg7_1=table[n];//显示发送的数据

SBUF=table[n];//把数字发往另一单片机led=0;delay1s();led=1;delay1s();}}}

实验现象：如图2-2(a)所示，系统上电后，单片机甲每隔1S 钟向单片机乙发送0-9的数字，并在P1口德数码管1上显示，LED 灯闪烁一次，同时使用中断方式接收乙发送来的字符并显示；单片机乙工作现象与甲类似；每发送或显示10个数据，循环往复1次。

4. 多个单片机间的串行通讯与调试

在实际的工程中可能会用到多个单片机系统，它们通过串口组成一个小型的控制网络，进行数据同步和传输。而这样的实际电路系统比较复杂和庞大，连接和测试都不是很方便，这时利用虚拟的串口调试技术就显得十分必要和有效。可以先在Proteus 中快捷地搭建出这样的系统，在进行通信仿真后再实地调试，事半功倍。如图2-3所示为双机系统通过网络标号串行连接，将情形3的代码编译下载到甲乙两块单片机中，就可循环收发和显示0-9数字。如图甲显示并发送5到

席东河，马磊娟O ，杜O

娟：单片机串口通信的调试方法与技术

77

武汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

席东河，马磊O

娟O ，杜

娟

：单片机串口通信的调试方法与技术

78

武汉职业技术学院学报二一年第九卷第三期︵总第四十六期︶

电子与计算机技术

Electronic and Computer Technology

乙，乙显示并发送9到甲。为了达到该图中的效果，可以在其中的一个单片机如甲的主程序中让其延迟1秒三、结束语

发送数据即可。

借助先进的软件技术，来完成以往需要结合硬件电路来完成的串口通信的调试工作，效率高，成本低，性价比高，风险低。实践证明在教学和工程应用中根据具体情况适当选择、组合使用起到了很好的教学和应用效果。

参考文献：［1］Virtual ：Serial Port Driver 软件使用手册. ［2］Keil uVision 软件使用手册. ［3］Proteus 软件使用手册.

[责任编辑：刘骋]

图2-3单片机间的串行收和发

About MCU Serial Communication Debugging Method and

Technique

XI Dong-he 1, MA Lei-juan 1, DU Juan 2

（1.Henan Polytechnic Institute, Nanyang473009, China;2.Henan Costar Group, Nanyang 473000, China ）Abstract ：Based on the practical teaching and engineering experience and modern advanced software technology, this paper analyzes and summarizes the serial communication method, serial port debug technology and common problems frequently used in microcontroller technology. Then proposed the corresponding research and solution methods,and reference example.

Key words ：MCU; serial port; debugging method; simulate


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