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MCS-51單片機的串行口具有兩條獨立的數(shù)據(jù)線——發(fā)送端TXD和接收端RXD，它允許數(shù)據(jù)同時往兩個相反的方向傳輸。一般通信時發(fā)送數(shù)據(jù)由TXD端輸出，接收數(shù)據(jù)由RXD端輸入。
MCS-51單片機的串行口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實現(xiàn)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(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。
MCS-51單片機的串行接口是一個全雙工通信接口，它有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。但是發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。兩個緩沖器共用一個地址（99H）。
1 數(shù)據(jù)通信的基本概念
常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。
? 單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。
? 半雙工方式：數(shù)據(jù)可實現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進(jìn)行，實際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實現(xiàn)收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。
? 全雙工方式：允許雙方同時進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設(shè)備較復(fù)雜。
? 多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號，為了充分地利用線路資源，可通過使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實現(xiàn)在同一線路上資源共享功能。
根據(jù)同步方式，串行數(shù)據(jù)通信有兩種形式，如圖5-5所示。
? 異步通信。在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的。異步通信用一幀來表示一個字符，其內(nèi)容是一個起始位，緊接著是若干個數(shù)據(jù)位。
? 同步通信。同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制，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，占用了傳輸時間，若要求傳送數(shù)據(jù)量較大，速度就會慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時先送出一個同步頭（字符）標(biāo)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，即它必須要用一個時鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)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(shù)據(jù)時，采用MOV SBUF,A指令，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，則CPU自動啟動和完成串行數(shù)據(jù)的輸出；接收數(shù)據(jù)時，采用MOV A,SBUF指令，CPU就自動將接收到的數(shù)據(jù)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——特殊功能寄存器SCON和PCON，用以設(shè)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(shù)據(jù)的特征、數(shù)據(jù)傳輸率的大小，以及作為運行的中斷標(biāo)志等，其格式如下：
① 串行口控制寄存器SCON。SCON的字節(jié)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：
? 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。
? 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(shè)置）。
當(dāng)為方式2或方式3時：
接收機 SM2＝1時，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，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。
? REN串行接收允許位：0——禁止接收；1——允許接收。
? TB8：在方式2、3中，TB8是發(fā)送機要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。
? RB8：在方式2、3中，RB8是接收機接收到的第9位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來自發(fā)送機的TB8。
? TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。發(fā)送前必須用軟件清零，發(fā)送過程中TI保持零電平，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動置1。如要再發(fā)送，必須用軟件再清零。
? RI：接收中斷標(biāo)志位。接收前，必須用軟件清零，接收過程中RI保持零電平，接收完一幀數(shù)據(jù)后，由片內(nèi)硬件自動置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(jié)地址為87H，無位地址，其格式如下：
PCON是為在CMOS結(jié)構(gòu)的MCS-51單片機上實現(xiàn)電源控制而附加的，對于HMOS結(jié)構(gòu)的MCS-51系列單片機，除了第7位外，其余都是虛設(shè)的。與串行通信有關(guān)的也就是第7位，稱作SMOD，它的用處是使數(shù)據(jù)傳輸率加倍。
SMOD：數(shù)據(jù)傳輸率加倍位。在計算串行方式1，2，3的數(shù)據(jù)傳輸率時；0表示不加倍；1表示加倍。
其余有效位說明如下。
GF1、GF2：通用標(biāo)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。
除了以上兩個控制寄存器外，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(dāng)ES＝1，允許串行I/O中斷；當(dāng)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(dāng)PS=1，設(shè)定為高優(yōu)先級；當(dāng)PS=0，設(shè)定為低優(yōu)先級。
3 工作方式
MCS-51 單片機可以通過軟件設(shè)置串行口控制寄存器SCON中SM0（SCON.7）和SMl（SCON.6）來指定串行口的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。下面對這4種工作模式作進(jìn)一步介紹。
1．方式0
當(dāng)設(shè)定SM1、SM0為00時，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為8位，低位在前，高位在后，沒有起始位和停止位。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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(shè)備。
執(zhí)行任何一條以SBUF為目的的寄存器指令，就開始發(fā)送。
2．方式1
當(dāng)設(shè)定SM1、SM0為01時，串行口工作于方式1。方式1為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為10位，1位起始位（低電平），8位數(shù)據(jù)位（低位在前）和1位停止位（高電平）。數(shù)據(jù)傳輸率取決于定時器1或2的溢出速率（1/溢出周期）和數(shù)據(jù)傳輸率是否加倍的選擇位SMOD。
對于有定時器/計數(shù)器2的單片機，當(dāng)T2CON寄存器中RCLK和TCLK置位時，用定時器2作為接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸率發(fā)生器，而RCLK=TCLK=0時，用定時器1作為接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸率。
類似于模式0，發(fā)送過程是由執(zhí)行任何一條以SBUF為目的的寄存器指令引起的。
3．方式2
當(dāng)設(shè)定SM0、SM1二位為10時，串行口工作于方式2，此時串行口被定義為9位異步通信接口。采用這種方式可接收或發(fā)送 11 位數(shù)據(jù)，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數(shù)據(jù)位，其余相同。第 9 個數(shù)據(jù)即 D8 位用作奇偶校驗或地址/數(shù)據(jù)選擇，可以通過軟件來控制它，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，第9位數(shù)據(jù)為TB8，接收時，第9位數(shù)據(jù)送入RB8。方式 2 的數(shù)據(jù)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(dāng)設(shè)定SM0、SM1二位為11時，串行口工作于方式3。方式3與方式2類似，唯一的區(qū)別是方式3的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸率的確定
串行口每秒鐘發(fā)送（或接收）的位數(shù)就是數(shù)據(jù)傳輸率。
對方式0來說，數(shù)據(jù)傳輸率已固定成fosc/12，隨著外部晶振的頻率不同，數(shù)據(jù)傳輸率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以數(shù)據(jù)傳輸率相應(yīng)為1000×103和500×103bit/s。在此方式下，數(shù)據(jù)將自動地按固定的數(shù)據(jù)傳輸率發(fā)送/接收，完全不用設(shè)置。
對方式2而言，數(shù)據(jù)傳輸率的計算式為2SMOD·fosc/64。當(dāng)SMOD＝0時，數(shù)據(jù)傳輸率為fm/64；當(dāng)SMOD＝1時，數(shù)據(jù)傳輸率為fosc/32。在此方式下，程控設(shè)置SMOD位的狀態(tài)后，數(shù)據(jù)傳輸率就確定了，不需要再作其他設(shè)置。
對方式1和方式3來說，數(shù)據(jù)傳輸率和定時器1的溢出率有關(guān)，定時器1的溢出率為：
定時器1的溢出率=定時器1的溢出次數(shù)/秒
方式1和方式3的數(shù)據(jù)傳輸率計算式為：
2SMOD/32×T1溢出率
根據(jù)SMOD狀態(tài)位的不同，數(shù)據(jù)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(shè)置是方便的，因而數(shù)據(jù)傳輸率的選擇將十分靈活。
前已敘及，定時器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(shè)置在工作方式2的運行狀態(tài)，也就是8位自動加入時間常數(shù)的方式。
表5-3所示常用數(shù)據(jù)傳輸率的設(shè)置方法。
表5-3 常用數(shù)據(jù)傳輸率設(shè)置方法
5 串行通信實例
這是一個單片機C51串口接收（中斷）和發(fā)送例程，可以用來測試51單片機的中斷接收和查詢發(fā)送。
#include <reg51.h>
#include <string.h>
#define length 4 //數(shù)據(jù)長度
unsigned char inbuf[length];
unsigned char checksum,counter;
bit flag = 0; //取數(shù)標(biāo)記
main()
｛
init_serial(); //串行口初始化
while (1)
｛
if (flag!=0) //如果取數(shù)標(biāo)志已置位，就將讀到的數(shù)從串口發(fā)出
｛
flag= 0; //取數(shù)標(biāo)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; //定時器1, 方式 2, 8位自動重裝
PCON |= 0x80; //SMOD=1，表示數(shù)據(jù)傳輸率加倍
TH1 = 0xF4; //數(shù)據(jù)傳輸率:4800 fosc=11.0592MHz
IE |= 0x90; //允許串行中斷
TR1 = 1; //啟動定時器1
｝
/* 向串口發(fā)送一個字符 */
void send_char( unsigned char x)
｛
SBUF=x;
while (TI== 0 );
TI= 0;
｝
/* 向串口發(fā)送一個字符串，string_length為該字符串長度 */
void send_string( unsigned char *s, unsigned int string_length)
｛
unsigned int i= 0;
do
｛
send_char(*(s + i)); //向串口發(fā)送一個字符
i++;
｝
while ( i<string_length);
｝
/* 串口接收中斷函數(shù) */
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(shù)據(jù)達(dá)到length個，且校驗沒錯，
//就置位取數(shù)標(biāo)志
｝
｝
｝
｝
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