從零開(kāi)始51單片機教程 —— 22 單片機串口介紹

串口是單片機與外界進(jìn)行信息交換的工具。

8051單片機的通信方式有兩種：

并行通信:數據的各位同時(shí)發(fā)送或接收。 串行通信:數據一位一位次序發(fā)送或接收。參看下圖：

串行通信的方式：

異步通信：它用一個(gè)起始位表示字符的開(kāi)始，用停止位表示字符的結束。其每幀的格式如下：

在一幀格式中，先是一個(gè)起始位0，然后是8個(gè)數據位，規定低位在前，高位在后，接下來(lái)是奇偶校驗位（能省略），最后是停止位1。用這種格式表示字符，則字符能一個(gè)接一個(gè)地傳送。

在異步通信中，CPU與外設之間必須有兩項規定，即字符格式和波特率。字符格式的規定是雙方能夠在對同一種0和1的串理解成同一種意義。原則上字符格式能由通信的雙方自由制定，但從通用、方便的角度出發(fā)，一般還是使用一些標準為好，如采用ASCII標準。

波特率即數據傳送的速率，其定義是每秒鐘傳送的二進(jìn)制數的位數。例如，數據傳送的速率是120字符/s，而每個(gè)字符如上述規定包含10數位，則傳送波特率為1200波特。

同步通信：在同步通信中，每個(gè)字符要用起始位和停止位作為字符開(kāi)始和結束的標志，占用了時(shí)間；所以在數據塊傳遞時(shí)，為了提高速度，常去掉這些標志，采用同步傳送。由于數據塊傳遞開(kāi)始要用同步字符來(lái)指示，同時(shí)要求由時(shí)鐘來(lái)實(shí)現發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件較復雜。

通信方向：在串行通信中，把通信接口只能發(fā)送或接收的單向傳送辦法叫單工傳送；而把數據在甲乙兩機之間的雙向傳遞，稱(chēng)之為雙工傳送。在雙工傳送方式中又分為半雙工傳送和全雙工傳送。半雙工傳送是兩機之間不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收，任一時(shí)該，只能發(fā)或者只能收信息。

2．8051單片機的串行接口結構

8051單片機串行接口是一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口。它可用作異步通信方式（UART），與串行傳送信息的外部設備相連接，或用于通過(guò)標準異步通信協(xié)議進(jìn)行全雙工的8051多機系統也能通過(guò)同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器來(lái)擴充I/O口。

8051單片機通過(guò)管腳RXD（P3.0，串行數據接收端）和管腳TXD（P3.1，串行數據發(fā)送端）與外界通信。SBUF是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器。它們有相同名字和地址空間，但不會(huì )出現沖突，因為它們兩個(gè)一個(gè)只能被CPU讀出數據，一個(gè)只能被CPU寫(xiě)入數據。

串行口的控制與狀態(tài)寄存器

串行口控制寄存器SCON

它用于定義串行口的工作方式及實(shí)施接收和發(fā)送控制。字節地址為98H，其各位定義如下表：

SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其定義如下：

SM2：多機通信控制位。在方式0時(shí)，SM2一定要等于0。在方式1中，當（SM2）=1則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1。在方式2或方式3當（SM2）=1且接收到的第九位數據RB8=0時(shí)，RI才置1。

REN：接收允許控制位。由軟件置位以允許接收，又由軟件清0來(lái)禁止接收。

TB8: 是要發(fā)送數據的第9位。在方式2或方式3中，要發(fā)送的第9位數據，根據需要由軟件置1或清0。例如，可約定作為奇偶校驗位，或在多機通信中作為區別地址幀或數據幀的標志位。

RB8：接收到的數據的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若（SM2）=0，RB8為接收到的停止位。在方式2或方式3中，RB8為接收到的第9位數據。

TI：發(fā)送中斷標志。在方式0中，第8位發(fā)送結束時(shí)，由硬件置位。在其它方式的發(fā)送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一幀信息發(fā)送結束，同時(shí)也是申請中斷，可根據需要，用軟件查詢(xún)的辦法獲得數據已發(fā)送完畢的信息，或用中斷的方式來(lái)發(fā)送下一個(gè)數據。TI必須用軟件清0。

RI：接收中斷標志位。在方式0，當接收完第8位數據后，由硬件置位。在其它方式中，在接收到停止位的中間時(shí)刻由硬件置位（例外情況見(jiàn)于SM2的說(shuō)明）。RI置位表示一幀數據接收完畢，可用查詢(xún)的辦法獲知或者用中斷的辦法獲知。RI也必須用軟件清0。

特殊功能寄存器PCON

PCON是為了在CHMOS的80C51單片機上實(shí)現電源控制而附加的。其中最高位是SMOD。

串口的工作方式

8051單片機的全雙工串行口可編程為4種工作方式，現分述如下：

方式0為移位寄存器輸入/輸出方式?？赏饨右莆患拇嫫饕詳U展I/O口，也能外接同步輸入/輸出設備。8位串行數據者是從RXD輸入或輸出，TXD用來(lái)輸出同步脈沖。

輸出 串行數據從RXD管腳輸出，TXD管腳輸出移位脈沖。CPU將數據寫(xiě)入發(fā)送寄存器時(shí)，立即啟動(dòng)發(fā)送，將8位數據以fos/12的固定波特率從RXD輸出，低位在前，高位在后。發(fā)送完一幀數據后，發(fā)送中斷標志TI由硬件置位。

輸入 當串行口以方式0接收時(shí)，先置位允許接收控制位REN。此時(shí)，RXD為串行數據輸入端，TXD仍為同步脈沖移位輸出端。當（RI）=0和（REN）=1同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，開(kāi)始接收。當接收到第8位數據時(shí)，將數據移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

下面兩圖分別是方式0擴展輸出和輸入的接線(xiàn)圖。

單片機串行口接線(xiàn)圖>

方式1為波特率可變的10位異步通信接口方式。發(fā)送或接收一幀信息，包括1個(gè)起始位0，8個(gè)數據位和1個(gè)停止位1。

輸出 當CPU執行一條指令將數據寫(xiě)入發(fā)送緩沖SBUF時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送。串行數據從TXD管腳輸出，發(fā)送完一幀數據后，就由硬件置位TI。

輸入 在（REN）=1時(shí)，串行口采樣RXD管腳，當采樣到1至0的跳變時(shí)，確認是開(kāi)始位0，就開(kāi)始接收一幀數據。只有當（RI）=0且停止位為1或者（SM2）=0時(shí)，停止位才進(jìn)入RB8，8位數據才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標志RI；不然信息丟失。所以在方式1接收時(shí)，應先用軟件清零RI和SM2標志。

方式2

方式月為固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控為1或0的第9位數據。

輸出: 發(fā)送的串行數據由TXD端輸出一幀信息為11位，附加的第9位來(lái)自SCON寄存器的TB8位，用軟件置位或復位。它可作為多機通信中地址/數據信息的標志位，也能作為數據的奇偶校驗位。當CPU執行一條數據寫(xiě)入SUBF的指令時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標志TI。

輸入: 在（REN）=1時(shí)，串行口采樣RXD管腳，當采樣到1至0的跳變時(shí)，確認是開(kāi)始位0，就開(kāi)始接收一幀數據。在接收到附加的第9位數據后，當（RI）=0或者（SM2）=0時(shí)，第9位數據才進(jìn)入RB8，8位數據才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標志RI；不然信息丟失。且不置位RI。再過(guò)一位時(shí)間后，不管上述條件時(shí)否滿(mǎn)足，接收電路即行復位，并重新檢測RXD上從1到0的跳變。

工作方式3

方式3為波特率可變的11位UART方式。除波特率外，其余與方式2相同。

波特率選擇

如前所述，在串行通信中，收發(fā)雙方的數據傳送率（波特率）要有一定的約定。在8051串行口的四種工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可變的，由定時(shí)器T1的溢出率控制。

方式0

方式0的波特率固定為主振頻率的1/12。

方式2

方式2的波特率由PCON中的選擇位SMOD來(lái)決定，可由下式表示：

波特率=2的SMOD次方除以64再乘一個(gè)fosc，也就是當SMOD=1時(shí)，波特率為1/32fosc，當SMOD=0時(shí)，波特率為1/64fosc

3．方式1和方式3

定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，其公式如下：

波特率=定時(shí)器T1溢出率

T1溢出率= T1計數率/產(chǎn)生溢出所需的周期數

式中T1計數率取決于它工作在定時(shí)器狀態(tài)還是計數器狀態(tài)。當工作于定時(shí)器狀態(tài)時(shí)，T1計數率為fosc/12;當工作于計數器狀態(tài)時(shí)，T1計數率為外部輸入頻率，此頻率應小于fosc/24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時(shí)器T1的工作方式、T1的預置值有關(guān)。

定時(shí)器T1工作于方式0：溢出所需周期數=8192-x

定時(shí)器T1工作于方式1：溢出所需周期數=65536-x

定時(shí)器T1工作于方式2：溢出所需周期數=256-x

因為方式2為自動(dòng)重裝入初值的8位定時(shí)器/計數器模式，所以用它來(lái)做波特率發(fā)生器最恰當。

當時(shí)鐘頻率選用11.0592MHZ時(shí)，取易獲得標準的波特率，所以很多單片機系統選用這個(gè)看起來(lái)“怪”的晶體震蕩器就是這個(gè)道理。

下表列出了定時(shí)器T1工作于方式2常用波特率及初值。