单片机串行口
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单片机串行口
MCS-51单片机的串行口具有两条独立的数据线——发送端TXD和接收端RXD，它允许数据同时往两个相反的方向传输。一般通信时发送数据由TXD端输出，接收数据由RXD端输入。
MCS-51单片机的串行口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以用作同步移位寄存器。如果在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。
MCS-51单片机的串行接口是一个全双工通信接口，它有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，可以同时发送和接收数据。但是发送缓冲器只能写入，不能读出；接收缓冲器只能读出，不能写入。两个缓冲器共用一个地址（99H）。
数据通信的基本概念
常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。
- 单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。
- 半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。
- 全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。
- 多工方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分地利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能。
根据同步方式，串行数据通信有两种形式，如图5-5所示。
- 异步通信。在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的。异步通信用一帧来表示一个字符，其内容是一个起始位，紧接着是若干个数据位。
- 同步通信。同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，若要求传送数据 量较大，速度就会慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。
- 同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。
MCS-51的串行口控制寄存器
在完成串行口初始化后，发送数据时，采用MOV SBUF,A指令，将要发送的数据写入SBUF，则CPU自动启动和完成串行数据的输出；接收数据时，采用MOV A,SBUF指令，CPU就自动将接收到的数据从SBUF中读出。
控制MCS-51单片机串行接口的控制寄存器有两个——特殊功能寄存器SCON和PCON，用以设置串行端口的工作方式、接收/发送的运行状态、接收/发送数据的特征、数据传输率的大小，以及作为运行的中断标志等，其格式如下：
① 串行口控制寄存器SCON。SCON的字节地址是98H，位地址（由低位到高位）分别是98H一9FH。SCON的格式如下：
SM0、SMl：串行口工作方式控制位。
00——方式0；01——方式1；
10——方式2；11——方式3。
SM2：仅用于方式2和方式3的多机通信控制位。
发送机SM2＝1（要求程控设置）。
当为方式2或方式3时：
接收机 SM2＝1时，若RB8＝1，可引起串行接收中断；若RB8＝0，不引起串行接收中断。SM2＝0时，若RB8＝1，可引起串行接收中断；若RB8＝0，亦可引起串行接收中断。
- REN串行接收允许位：0——禁止接收；1——允许接收。
- TB8：在方式2、3中，TB8是发送机要发送的第9位数据。
- RB8：在方式2、3中，RB8是接收机接收到的第9位数据，该数据正好来自发送机的TB8。
- TI：发送中断标志位。发送前必须用软件清零，发送过程中TI保持零电平，发送完一帧数据后，由硬件自动置1。如要再发送，必须用软件再清零。
- RI：接收中断标志位。接收前，必须用软件清零，接收过程中RI保持零电平，接收完一帧数据后，由片内硬件自动置1。如要再接收，必须用软件再清零。
② 电源控制寄存器PCON。PCON的字节地址为87H，无位地址，其格式如下：
PCON是为在CMOS结构的MCS-51单片机上实现电源控制而附加的，对于HMOS结构的MCS-51系列单片机，除了第7位外，其余都是虚设的。与串行通信有关的也就是第7位，称作SMOD，它的用处是使数据传输率加倍。
SMOD：数据传输率加倍位。在计算串行方式1，2，3的数据传输率时；0表示不加倍；1表示加倍。
其余有效位说明如下。
GF1、GF2：通用标志位。
PD：掉电控制位，0表示正常方式，1表示掉电方式。
IDL：空闲控制位，0表示正常方式，1表示空闲方式。
除了以上两个控制寄存器外，中断允许寄存器IE中的ES位也用来作为串行I/O中断允许位。当ES＝1，允许 串行I/O中断；当ES＝0，禁止串行I/O中断。中断优先级寄存器IP的PS位则用作串行I/O中断优先级控制位。当PS=1，设定为高优先级；当PS =0，设定为低优先级。
工作方式
MCS-51 单片机可以通过软件设置串行口控制寄存器SCON中SM0（SCON.7）和SMl（SCON.6）来指定串行口的4种工作方式。串行口操作模式选择如表5-2所示。
表5-2 串行口操作模式选择表
| SM0 SM1 |
模 式 |
功 能 |
波 特 率 |
| 0 0 |
0 |
同步移位寄存器 |
fOSC/12 |
| 0 1 |
1 |
8位UART |
可变（T1溢出率） |
| 1 0 |
0 |
9位UART |
fOSC/64或fOSC/32 |
| 1 1 |
1 |
9位UART |
可变（T1溢出率） |
其中，fosc是振荡器的频率，UART为通用异步接收和发送器的英文缩写。下面对这4种工作模式作进一步介绍。
1．方式0
当设定SM1、SM0为00时，串行口工作于方式0，它又叫同步移位寄存器输出方式。在方式0下，数据从 RXD（P3.0）端串行输出或输入，同步信号从TXD（P3.1）端输出，发送或接收的数据为8位，低位在前，高位在后，没有起始位和停止位。数据传输 率固定为振荡器的频率1/12，也就是每一机器周期传送一位数据。方式0可以外接移位寄存器，将串行口扩展为并行口，也可以外接同步输入/输出设备。
执行任何一条以SBUF为目的的寄存器指令，就开始发送。
2．方式1
当设定SM1、SM0为01时，串行口工作于方式1。方式1为数据传输率可变的8位异步通信方式，由TXD发 送，RXD接收，一帧数据为10位，1位起始位（低电平），8位数据位（低位在前）和1位停止位（高电平）。数据传输率取决于定时器1或2的溢出速率 （1/溢出周期）和数据传输率是否加倍的选择位SMOD。
对于有定时器/计数器2的单片机，当T2CON寄存器中RCLK和TCLK置位时，用定时器2作为接收和发送的数据传输率发生器，而RCLK=TCLK=0时，用定时器1作为接收和发送的数据传输率发生器。两者还可以交叉使用，即发送和接收采用不同的数据传输率。
类似于模式0，发送过程是由执行任何一条以SBUF为目的的寄存器指令引起的。
3．方式2
当设定SM0、SM1二位为10时，串行口工作于方式2，此时串行口被定义为9位异步通信接口。采用这种方式 可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位用作奇偶校验或地址/数据选择，可以通过软件来控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。发送时，第9位数据为TB8，接收时，第9位数据送入RB8。方式 2 的数据传输率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。
4．方式3
当设定SM0、SM1二位为11时，串行口工作于方式3。方式3与方式2类似，唯一的区别是方式3的数据传输率是可变的。而帧格式与方式2一样为11位一帧。所以方式3也适合于多机通信。
数据传输率的确定
串行口每秒钟发送（或接收）的位数就是数据传输率。
对方式0来说，数据传输率已固定成fosc/12，随着外部晶振的频率不同，数据传输率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以数据传输率相应为1000×103和500×103bit/s。在此方式下，数据将自动地按固定的数据传输率发送/接收，完全不用设置。
对方式2而言，数据传输率的计算式为2SMOD·fosc/64。当SMOD＝0时，数据传输率为fm/64；当SMOD＝1时，数据传输率为fosc/32。在此方式下，程控设置SMOD位的状态后，数据传输率就确定了，不需要再作其他设置。
对方式1和方式3来说，数据传输率和定时器1的溢出率有关，定时器1的溢出率为：
定时器1的溢出率=定时器1的溢出次数/秒
方式1和方式3的数据传输率计算式为：
2SMOD/32×T1溢出率
根据SMOD状态位的不同，数据传输率有Tl/32溢出率和T1/16溢出率两种。由于T1溢出率的设置是方便的，因而数据传输率的选择将十分灵活。
前已叙及，定时器Tl有4种工作方式，为了得到其溢出率，而又不必进入中断服务程序，往往使T1设置在工作方式2的运行状态，也就是8位自动加入时间常数的方式。
表5-3所示常用数据传输率的设置方法。
表5-3 常用数据传输率设置方法
| 数据传输率/Hz |
fOSC/MHz |
SMOD |
定时器1 |
||
| C/T |
方 式 |
重新装入值 |
|||
| 方式0最大：1M 方式2最大：375k 方式1、3：62.5k 19.2k 9.6k 4.8k 2.4k 1.2k 110 |
12 12 12 11.0592 11.0592 11.0592 11.0592 11.0592 12 |
X 1 1 1 0 0 0 0 0 |
X X 0 0 0 0 0 0 0 |
X X 2 2 2 2 2 2 1 |
X X FFH FDH FDH FAH F4H E8H 0FEEH |
串行通信实例
这是一个单片机C51串口接收（中断）和发送例程，可以用来测试51单片机的中断接收和查询发送。
#include <reg51.h>
#include <string.h>
#define length 4 //数据长度
unsigned char inbuf[length];
unsigned char checksum,counter;
bit flag = 0; //取数标记
main()
{
init_serial(); //串行口初始化
while (1)
{
if (flag!=0) //如果取数标志已置位，就将读到的数从串口发出
{
flag= 0; //取数标志清0
send_string(inbuf,length); //向串口发送字符串
}
}
}
/* 串行口初始化 */
void init_serial( void )
{
SCON = 0x50; //串行工作方式1, 8位异步通信方式
TMOD |= 0x20; //定时器1, 方式 2, 8位自动重装
PCON |= 0x80; //SMOD=1，表示数据传输率加倍
TH1 = 0xF4; //数据传输率:4800 fosc=11.0592MHz
IE |= 0x90; //允许串行中断
TR1 = 1; //启动定时器1
}
/* 向串口发送一个字符 */
void send_char( unsigned char x)
{
SBUF=x;
while (TI== 0 );
TI= 0;
}
/* 向串口发送一个字符串，string_length为该字符串长度 */
void send_string( unsigned char *s, unsigned int string_length)
{
unsigned int i= 0;
do
{
send_char(*(s + i)); //向串口发送一个字符
i++;
}
while ( i<string_length);
}
/* 串口接收中断函数 */
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; //如果串口接收的数据达到length个，且校验没错，
//就置位取数标志
}
}
}
}
资料整理自：http://hi.baidu.com/mikenoodle/blog/item/53920ffa87544d9259ee908a.html