用Keil C51開(kāi)發(fā)串行口

MCS-51單片機的串行口既可以用于網(wǎng)絡(luò )通信，亦可實(shí)現串行異步通信，還可以用作同步移位寄存器。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器，就可方便地構成標準的RS-232接口。

MCS-51單片機的串行接口是一個(gè)全雙工通信接口，它有兩個(gè)物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可以同時(shí)發(fā)送和接收數據。但是發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫(xiě)入。兩個(gè)緩沖器共用一個(gè)地址（99H）。

1 數據通信的基本概念

常用于數據通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。

Ø 單工方式：數據僅按一個(gè)固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數據傳輸與簡(jiǎn)單系統間的數據采集。

Ø 半雙工方式：數據可實(shí)現雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應用采用某種協(xié)議實(shí)現收/發(fā)開(kāi)關(guān)轉換。

Ø 全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數據雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線(xiàn)路和設備較復雜。

Ø 多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線(xiàn)路傳輸一種頻率信號，為了充分地利用線(xiàn)路資源，可通過(guò)使用多路復用器或多路集線(xiàn)器，采用頻分、時(shí)分或碼分復用技術(shù)，即可實(shí)現在同一線(xiàn)路上資源共享功能。

根據同步方式，串行數據通信有兩種形式，如圖5-5所示。

Ø異步通信。在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘，它們的工作是非同步的。異步通信用一幀來(lái)表示一個(gè)字符，其內容是一個(gè)起始位，緊接著(zhù)是若干個(gè)數據位。

Ø同步通信。同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，若要求傳送數據量較大，速度就會(huì )慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數據塊時(shí)先送出一個(gè)同步頭（字符）標志即可。

同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來(lái)協(xié)調收發(fā)器的工作，所以它的設備也較復雜。

2 MCS-51的串行口控制寄存器

在完成串行口初始化后，發(fā)送數據時(shí)，采用MOV SBUF,A指令，將要發(fā)送的數據寫(xiě)入SBUF，則CPU自動(dòng)啟動(dòng)和完成串行數據的輸出；接收數據時(shí)，采用MOV　A,SBUF指令，CPU就自動(dòng)將接收到的數據從SBUF中讀出。

控制MCS-51單片機串行接口的控制寄存器有兩個(gè)——特殊功能寄存器SCON和PCON，用以設置串行端口的工作方式、接收/發(fā)送的運行狀態(tài)、接收/發(fā)送數據的特征、數據傳輸率的大小，以及作為運行的中斷標志等，其格式如下：

① 串行口控制寄存器SCON。SCON的字節地址是98H，位地址（由低位到高位）分別是98H一9FH。SCON的格式如下：

Ø SM0、SMl：串行口工作方式控制位。

n 00——方式0；01——方式1；

n 10——方式2；11——方式3。

Ø SM2：僅用于方式2和方式3的多機通信控制位。

發(fā)送機SM2＝1（要求程控設置）。在方式1或0種，應該將SM2寫(xiě)入0，表示不參與多及通訊。

當為方式2或方式3時(shí)：

接收機 SM2＝1時(shí)，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，不引起串行接收中斷。SM2＝0時(shí)，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，亦可引起串行接收中斷。

ØREN串行接收允許位：0——禁止接收；1——允許接收。

Ø TB8：在方式2、3中，TB8是發(fā)送機要發(fā)送的第9位數據。

Ø 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(lái)自發(fā)送機的TB8。

Ø TI：發(fā)送中斷標志位。發(fā)送前必須用軟件清零，發(fā)送過(guò)程中TI保持零電平，發(fā)送完一幀數據后，由硬件自動(dòng)置1。如要再發(fā)送，必須用軟件再清零。

Ø RI：接收中斷標志位。接收前，必須用軟件清零，接收過(guò)程中RI保持零電平，接收完一幀數據后，由片內硬件自動(dòng)置1。如要再接收，必須用軟件再清零。

② 電源控制寄存器PCON。PCON的字節地址為87H，無(wú)位地址，其格式如下：

PCON是為在CMOS結構的MCS-51單片機上實(shí)現電源控制而附加的，對于HMOS結構的MCS-51系列單片機，除了第7位外，其余都是虛設的。與串行通信有關(guān)的也就是第7位，稱(chēng)作SMOD，它的用處是使數據傳輸率加倍。

SMOD：數據傳輸率加倍位。在計算串行方式1，2，3的數據傳輸率時(shí)；0表示不加倍；1表示加倍。

其余有效位說(shuō)明如下。

GF1、GF2：通用標志位。

PD：掉電控制位，0表示正常方式，1表示掉電方式。

IDL：空閑控制位，0表示正常方式，1表示空閑方式。

除了以上兩個(gè)控制寄存器外，中斷允許寄存器IE中的ES位也用來(lái)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(yōu)先級寄存器IP的PS位則用作串行I/O中斷優(yōu)先級控制位。當PS=1，設定為高優(yōu)先級；當PS=0，設定為低優(yōu)先級。

3 工作方式

MCS-51 單片機可以通過(guò)軟件設置串行口控制寄存器SCON中SM0（SCON.7）和SMl（SCON.6）來(lái)指定串行口的4種工作方式。串行口操作模式選擇如表5-2所示。

表5-2 串行口操作模式選擇表

其中，fOSC是振蕩器的頻率，UART為通用異步接收和發(fā)送器的英文縮寫(xiě)。下面對這4種工作模式作進(jìn)一步介紹。

1．方式0

當設定SM1、SM0為00時(shí)，串行口工作于方式0，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在方式0下，數據從RXD（P3.0）端串行輸出或輸入，同步信號從TXD（P3.1）端輸出，發(fā)送或接收的數據為8位，低位在前，高位在后，沒(méi)有起始位和停止位。數據傳輸率固定為振蕩器的頻率1/12，也就是每一機器周期傳送一位數據。方式0可以外接移位寄存器，將串行口擴展為并行口，也可以外接同步輸入/輸出設備。

執行任何一條以SBUF為目的的寄存器指令，就開(kāi)始發(fā)送。

2．方式1

當設定SM1、SM0為01時(shí)，串行口工作于方式1。方式1為數據傳輸率可變的8位異步通信方式，由TXD發(fā)送，RXD接收，一幀數據為10位，1位起始位（低電平），8位數據位（低位在前）和1位停止位（高電平）。數據傳輸率取決于定時(shí)器1或2的溢出速率（1/溢出周期）和數據傳輸率是否加倍的選擇位SMOD。

對于有定時(shí)器/計數器2的單片機，當T2CON寄存器中RCLK和TCLK置位時(shí)，用定時(shí)器2作為接收和發(fā)送的數據傳輸率發(fā)生器，而RCLK=TCLK=0時(shí)，用定時(shí)器1作為接收和發(fā)送的數據傳輸率發(fā)生器。兩者還可以交叉使用，即發(fā)送和接收采用不同的數據傳輸率。

類(lèi)似于模式0，發(fā)送過(guò)程是由執行任何一條以SBUF為目的的寄存器指令引起的。

3．方式2

當設定SM0、SM1二位為10時(shí)，串行口工作于方式2，此時(shí)串行口被定義為9位異步通信接口。采用這種方式可接收或發(fā)送 11 位數據，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個(gè)數據位，其余相同。第 9 個(gè)數據即 D8 位用作奇偶校驗或地址/數據選擇，可以通過(guò)軟件來(lái)控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 單片機串行口適用于多機通信。發(fā)送時(shí)，第9位數據為T(mén)B8，接收時(shí)，第9位數據送入RB8。方式 2 的數據傳輸率固定，只有兩種選擇，為振蕩率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位選擇。

4．方式3

當設定SM0、SM1二位為11時(shí)，串行口工作于方式3。方式3與方式2類(lèi)似，唯一的區別是方式3的數據傳輸率是可變的。而幀格式與方式2一樣為11位一幀。所以方式3也適合于多機通信。

4 數據傳輸率的確定

串行口每秒鐘發(fā)送（或接收）的位數就是數據傳輸率。

對方式0來(lái)說(shuō)，數據傳輸率已固定成fosc/12，隨著(zhù)外部晶振的頻率不同，數據傳輸率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以數據傳輸率相應為1000×103和500×103bit/s。在此方式下，數據將自動(dòng)地按固定的數據傳輸率發(fā)送/接收，完全不用設置。

對方式2而言，數據傳輸率的計算式為2SMOD·fosc/64。當SMOD＝0時(shí)，數據傳輸率為fm/64；當SMOD＝1時(shí)，數據傳輸率為fosc/32。在此方式下，程控設置SMOD位的狀態(tài)后，數據傳輸率就確定了，不需要再作其他設置。

對方式1和方式3來(lái)說(shuō)，數據傳輸率和定時(shí)器1的溢出率有關(guān)，定時(shí)器1的溢出率為：

定時(shí)器1的溢出率=定時(shí)器1的溢出次數/秒

方式1和方式3的數據傳輸率計算式為：

2SMOD/32×T1溢出率

根據SMOD狀態(tài)位的不同，數據傳輸率有Tl/32溢出率和T1/16溢出率兩種。由于T1溢出率的設置是方便的，因而數據傳輸率的選擇將十分靈活。

前已敘及，定時(shí)器Tl有4種工作方式，為了得到其溢出率，而又不必進(jìn)入中斷服務(wù)程序，往往使T1設置在工作方式2的運行狀態(tài)，也就是8位自動(dòng)加入時(shí)間常數的方式。

表5-3所示常用數據傳輸率的設置方法。

表5-3 常用數據傳輸率設置方法

5 串行通信實(shí)例

這是一個(gè)單片機C51串口接收（中斷）和發(fā)送例程，可以用來(lái)測試51單片機的中斷接收和查詢(xún)發(fā)送。

#include

#include

#define length 4 //數據長(cháng)度

unsigned char inbuf[length];

unsigned char checksum,counter;

bit flag = 0; //取數標記

main()

{

init_serial(); //串行口初始化

while (1)

{

if (flag!=0) //如果取數標志已置位，就將讀到的數從串口發(fā)出

{

flag= 0; //取數標志清0

send_string(inbuf,length); //向串口發(fā)送字符串

}

}

}

/* 串行口初始化 */

void init_serial( void )

{

SCON = 0x50; //串行工作方式1, 8位異步通信方式

TMOD |= 0x20; //定時(shí)器1, 方式 2, 8位自動(dòng)重裝

PCON |= 0x80; //SMOD=1，表示數據傳輸率加倍

TH1 = 0xF4; //數據傳輸率:4800 fosc=11.0592MHz

IE |= 0x90; //允許串行中斷

TR1 = 1; //啟動(dòng)定時(shí)器1

}

/* 向串口發(fā)送一個(gè)字符 */

void send_char( unsigned char x)

{

SBUF=x;

while (TI== 0 );

TI= 0;

}

/* 向串口發(fā)送一個(gè)字符串，string_length為該字符串長(cháng)度 */

void send_string( unsigned char *s, unsigned int string_length)

{

unsigned int i= 0;

do

{

send_char(*(s + i)); //向串口發(fā)送一個(gè)字符

i++;

}

while ( i

}

/* 串口接收中斷函數 */

void serial () interrupt 4 using 3

{

if (RI)

{

unsigned char x;

RI = 0;

x=SBUF; //接收字符

if ( x> 127 )

{

counter= 0;

inbuf[counter]=x;

checksum= x- 128;

}

else

{

counter++;

inbuf[counter]=x;

checksum ^= x;

if ((counter==(length- 1)) && (!checksum))

{

flag= 1; //如果串口接收的數據達到length個(gè)，且校驗沒(méi)錯，

//就置位取數標志

}

}

}

}