第6章MCS-51串行口1單片機(jī)串口第1頁2內(nèi)容介紹：通信方式：串行口與并行口串行通訊方式：異步通信和同時(shí)通信§1串行口結(jié)構(gòu)§2串行口工作方式§3多機(jī)通訊§4波特率制訂方法§5串行口編程和應(yīng)用

單片機(jī)串口第2頁3串行口與并行口并行通信:8位數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送或接收。8051外部設(shè)備并行通信串行通信:數(shù)據(jù)一位一位次序發(fā)送或接收。80518051TXDTXDRXDRXD串行通信單片機(jī)串口第3頁4異步通信：它用一個(gè)起始位表示字符開始，用停頓位表示字符結(jié)束。

其每幀格式以下：在一幀格式中，先是一個(gè)起始位0，然后是8個(gè)數(shù)據(jù)位，要求低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗(yàn)位（能夠省略），最終是停頓位1。用這種格式表示字符，則字符能夠一個(gè)接一個(gè)地傳送。

在異步通信中，CPU與外設(shè)之間必須有兩項(xiàng)要求，即字符格式和波特率。

字符格式要求是雙方能夠在對(duì)同一個(gè)0和1串了解成同一個(gè)意義。標(biāo)準(zhǔn)上字符格式能夠由通信雙方自由制訂，但從通用、方便角度出發(fā)，普通還是使用一些標(biāo)準(zhǔn)為好，如采取ASCII標(biāo)準(zhǔn)。

波特率即數(shù)據(jù)傳送速率，其定義是每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)位數(shù)。比如，數(shù)據(jù)傳送速率是120字符/s，而每個(gè)字符如上述要求包含10數(shù)位，則傳送波特率為1200波特。單片機(jī)串口第4頁5同時(shí)通信：

在異步通信中，每個(gè)字符要用起始位和停頓位作為字符開始和結(jié)束標(biāo)志，占用了時(shí)間；所以在數(shù)據(jù)塊傳遞時(shí)，為了提升速度，常去掉這些標(biāo)志，采取同時(shí)傳送。因?yàn)閿?shù)據(jù)塊傳遞開始要用同時(shí)字符來指示，同時(shí)要求由時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間同時(shí)，故硬件較復(fù)雜。單片機(jī)串口第5頁6通信方向：單工傳送：在串行通訊中，把通訊接口只能發(fā)送或接收單向傳送方法叫單工傳送；雙工傳送：而把數(shù)據(jù)在甲乙兩機(jī)之間雙向傳遞，稱之為雙工傳送。在雙工傳送方式中又分為半雙工傳送和全雙工傳送。

1、半雙工傳送：是兩機(jī)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、全雙工傳送：是兩機(jī)之間能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。單片機(jī)串口第6頁7§6.1串行口結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功效很強(qiáng)全雙工串行口，該串行口有四種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生。串行口接收、發(fā)送數(shù)據(jù)均可觸發(fā)中止系統(tǒng)，使用十分方便。

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部串行口，有兩個(gè)物理上獨(dú)立地接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，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(gè)緩沖器共用一個(gè)字節(jié)地址(99H)。

控制MCS-51單片機(jī)串行口控制存放器共有兩個(gè)：

串行口控制存放器SCON

特殊功效存放器PCON單片機(jī)串口第7頁8§6.1.1串行口控制存放器SCONSCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H

SM0、SM1：串行口4種工作方式選擇位。

SM2：多機(jī)通訊控制位。

REN：允許串行接收控制位。TB8：是工作在方式2和3時(shí)，要發(fā)送第9位數(shù)據(jù)。RB8：當(dāng)工作在方式2和3時(shí)，為收到第9位數(shù)據(jù)。

TI：發(fā)送中止標(biāo)志位。

RI：接收中止標(biāo)志位。單片機(jī)串口第8頁9SM0、SM1：串行口4種工作方式選擇位SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1方式 功效

00方式0同時(shí)移位存放器方式01方式18位串行口（波特率可變）10方式29位串行口（波特率固定）11方式39位串行口（波特率可變）單片機(jī)串口第9頁10SM2：允許方式2和3多機(jī)通訊控制位。SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H(1)方式2，方式3下，SM2=1，接收到第9位RB8=0時(shí)，不激活RI，不能向CPU申請(qǐng)中止如接收到第9位RB8=1時(shí)，激活RI，將RI=1，向CPU申請(qǐng)中止(2)方式2，方式3下，SM2=0，不論RB8=0或RB8=1，都激活RI=1。(3)方式1，當(dāng)SM2=1時(shí)，只有接收到有效停頓位時(shí)，才激活RI當(dāng)SM2=0時(shí)，正常接收。(4)方式0，SM2必須清0,即SM2=0。單片機(jī)串口第10頁11REN：允許串行接收控制位SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HREN：允許串行接收控制位，由軟件置位或清零。REN=1，允許串行口接收數(shù)據(jù)。REN=0，禁止串行口接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)串口第11頁12TB8和RB8：SCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HTB8：當(dāng)串行口工作在方式2、方式3，要發(fā)送第9位數(shù)據(jù)時(shí)放在TB8中（D8=第9位）,需要時(shí)由軟件置1或清0。在許多通訊協(xié)議中該位是奇偶校驗(yàn)位。在多機(jī)通訊中用來表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，TB8＝1為地址幀，TB8＝0為數(shù)據(jù)幀。RB8：方式2、方式3下，要接收第9位數(shù)據(jù)。可能是奇偶校驗(yàn)位或在多機(jī)通訊中為地址幀或數(shù)據(jù)幀標(biāo)識(shí)位。

方式1時(shí)，SM2=0，RB8是已接收停頓位。

方式0時(shí)，不使用RB8。單片機(jī)串口第12頁13TI和RISCONRITIRB8TB8RENSM2SM1SM0D7D6D5D4D3D2D1D098H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HTI：發(fā)送中止標(biāo)志 由硬件在方式0串行發(fā)送第8位結(jié)束時(shí)置位或其它方式串行發(fā)送停頓位開始時(shí)置位。必須由軟件清零TI。RI：接收中止標(biāo)志：由硬件在方式0串行接收到第8位結(jié)束時(shí)置位或其它方式下串行接收停頓位中間時(shí)置位，必須由軟件清零RI。單片機(jī)串口第13頁14§6.1.2特殊功效存放器PCONPCONSMODD7D6D5D4D3D2D1D087HPCON：電源控制存放器 SMOD：串行口波特率系數(shù)控制位

SMOD=1

波特率加倍

SMOD=0

波特率不加倍D0～D6：掉電方式控制位。單片機(jī)串口第14頁15§6.2串行口工作方式SM0SM1方式

功效

00方式0

同時(shí)移位存放器方式01方式1

8位串行口（波特率可變）10方式2

9位串行口（波特率固定）11方式3

9位串行口（波特率可變）單片機(jī)串口第15頁16§6.2.1方式0

方式0為移位存放器輸入/輸出方式。可外接移位存放器以擴(kuò)展I/O口，也能夠外接同時(shí)輸入/輸出設(shè)備。8位串行數(shù)據(jù)者是從RXD輸入或輸出，TXD用來輸出同時(shí)脈沖。

方式0輸出方式0輸入單片機(jī)串口第16頁17方式0輸出

數(shù)據(jù)從RXD引腳串行輸出，TXD引腳輸出移位脈沖。

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，串行口即將8位數(shù)據(jù)以fosc/12固定波特率從RXD引腳輸出，低位在先。發(fā)送完8位數(shù)據(jù)置“1”中止標(biāo)志位TI。CPU響應(yīng)TI中止，標(biāo)志位必須由用戶程序清0。單片機(jī)串口第17頁18方式0輸入：

REN為串行口接收器允許接收控制位，REN＝0，禁止接收，REN＝1，允許接收。當(dāng)串行口置為方式0，并置“l(fā)”REN位，串行口處于方式0輸入。引腳RXD為數(shù)據(jù)輸入端，TXD為移位脈沖信號(hào)輸出端，接收器也以fosc/12固定波特率采樣RXD引腳數(shù)據(jù)信息，當(dāng)接收器接收到8位數(shù)據(jù)時(shí)置“l(fā)”中止標(biāo)志RI。CPU響應(yīng)RI中止，標(biāo)志位必須由用戶程序清0。單片機(jī)串口第18頁19方式1：串行口被控制為波特率可變8位異步通信接口。

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率式中SMOD為PCON存放器最高位值(0或1)。

一幀信息包含10位：1位起始位（低電平0）+8位數(shù)據(jù)位（低位在先）+1位停頓位（高電平1）方式1發(fā)送：TXD-發(fā)送端方式1接收：RXD-接收端單片機(jī)串口第19頁20方式1發(fā)送

CPU執(zhí)行寫入SBUF指令后，開啟串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從發(fā)送端發(fā)送出去，發(fā)送完成后，將TI置位，向CPU申請(qǐng)中止，再次發(fā)送之前必須由軟件清0。單片機(jī)串口第20頁21方式1接收

當(dāng)REN=1且采樣到RXD引腳負(fù)跳變，而且接收到有效起始位時(shí)，才開始接收本幀其余信息。當(dāng)滿足RI=0且SM2=0或接收到停頓位為1時(shí)，接收數(shù)據(jù)有效，裝入SBUF，停頓位裝入RB8中，同時(shí)置位RI=1，向CPU申請(qǐng)中止。若有一個(gè)條件不滿足，則信息丟失。單片機(jī)串口第21頁22

方式2

9位異步通信接口(固定波特率)波特率：（2SMOD/64）×fOSC

一幀信息11位：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位可編程位+1位停頓位1位可編程位：接收時(shí)放到RB8中，發(fā)送時(shí)放到TB8中，奇偶校驗(yàn)位可放到可編程位中作為校驗(yàn)。方式2發(fā)送：方式2接收：單片機(jī)串口第22頁23方式2發(fā)送方式2發(fā)送：先把可編程位放到TB8中，然后CPU執(zhí)行一條寫入發(fā)送緩沖區(qū)，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)到停頓位時(shí)，將TI置位，當(dāng)要送到下一幀時(shí)，先將TI清0。單片機(jī)串口第23頁24方式2接收方式2接收：與方式1相同，當(dāng)REN=1且采樣到RXD引腳負(fù)跳變，而且接收到有效起始位時(shí)，才開始接收本幀其余信息。當(dāng)滿足RI=0且SM2=0或接收到第9數(shù)據(jù)位為1時(shí)，接收數(shù)據(jù)有效，裝入SBUF，第9位數(shù)據(jù)裝入RB8中，同時(shí)置位RI=1，向CPU申請(qǐng)中止。若有一個(gè)條件不滿足，則信息丟失。單片機(jī)串口第24頁25

方式39位異步通信接口波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率（同方式1算法相同）

一幀信息11位：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位可編程位+1位停頓位1位可編程位：接收時(shí)放到RB8中，發(fā)送時(shí)放到TB8中，奇偶校驗(yàn)位可放到可編程位中作為校驗(yàn)。除波特率不一樣，其它同方式2發(fā)送一樣：除波特率不一樣，其它同方式2接收一樣：單片機(jī)串口第25頁26§6.3多機(jī)通信

串行口控制存放器SCON中SM2為方式2或方式3多機(jī)通信控制位，當(dāng)串行口以方式2或方式3工作時(shí)，若SM2程控為l，此時(shí)只有當(dāng)串行口接收到第9位數(shù)據(jù)RB8＝1時(shí)，才置1中止標(biāo)志RI，若接收到RB8＝0，則不產(chǎn)生中止標(biāo)志，信息被丟失。應(yīng)用MCS-51串行口這個(gè)特征，便可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊。

多機(jī)通信舉例：有一個(gè)主機(jī)(MCS-5l或其它含有串行接口微機(jī))和三個(gè)由8031組成從機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)串口第26頁27多機(jī)通信

設(shè)在一個(gè)多機(jī)系統(tǒng)中有一個(gè)主機(jī)(MCS-5l或其它含有串行接口微機(jī))和三個(gè)由8031組成從機(jī)系統(tǒng)，從機(jī)地址分別為00H、0lH和02H。（地址=1，數(shù)據(jù)=0）。1、發(fā)送地址TB8=1：當(dāng)SM2=1且RB8=1，激活RI，進(jìn)入中止服務(wù)子程序，進(jìn)行地址比較。如地址相同，則SM2=0，不然SM2=1。2、發(fā)送數(shù)據(jù)TB8=0：當(dāng)SM2=1且RB8=0，不能激活RI。

當(dāng)SM2=0且RB8=0，能夠激活RI。

能夠進(jìn)入中止服務(wù)子程序，接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)串口第27頁28§6.4波特率制訂方法波特率定義：串行口每秒鐘發(fā)送(或接收)位數(shù)稱為波特率。

當(dāng)串行口工作于方式1和方式3時(shí)，波特率是可變，由SMOD位和定時(shí)器溢出率確定，允許用戶所取波特率范圍比較大。一、定時(shí)器T1工作于方式0波特率求法：二、定時(shí)器T1工作于方式1波特率求法：二、定時(shí)器T1工作于方式2波特率求法：單片機(jī)串口第28頁29一、定時(shí)器T1工作于方式0

波特率求法：

當(dāng)串行口工作于方式1和方式3時(shí)，波特率是可變，由SMOD位和定時(shí)器溢出率確定，允許用戶所取波特率范圍比較大。一、定時(shí)器T1工作于方式0波特率求法：

方式0相當(dāng)于定時(shí)器T1是一個(gè)13位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它采取TH1八位和TL1低五位組成一個(gè)13位計(jì)數(shù)器，它波特率按下式計(jì)算：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率T1溢出率=1/(T1溢出時(shí)間）T1溢出時(shí)間=（213-a+執(zhí)行置13位定時(shí)器值中止處理程序機(jī)器周期數(shù)）*12/晶振頻率

注意：a是定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，就是我們所要求值。單片機(jī)串口第29頁30二、定時(shí)器T1工作于方式1

波特率求法：

當(dāng)串行口工作于方式1和方式3時(shí)，波特率是可變，由SMOD位和定時(shí)器溢出率確定，允許用戶所取波特率范圍比較大。一、定時(shí)器T1工作于方式1波特率求法：

方式1相當(dāng)于定時(shí)器T1是一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它波特率按下式計(jì)算：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率T1溢出率=1/(T1溢出時(shí)間）T1溢出時(shí)間=（216-a+執(zhí)行置16位定時(shí)器值中止處理程序機(jī)器周期數(shù)）*12/晶振頻率

注意：a是定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，就是我們所要求值。單片機(jī)串口第30頁31二、定時(shí)器T1工作于方式2

波特率求法：

當(dāng)串行口工作于方式1和方式3時(shí)，波特率是可變，由SMOD位和定時(shí)器溢出率確定，允許用戶所取波特率范圍比較大。一、定時(shí)器T1工作于方式2波特率求法：

方式2是8位自動(dòng)裝入初值定時(shí)器，它波特率按下式計(jì)算：

波特率=（2SMOD/32）×T1溢出率T1溢出率=1/(T1溢出時(shí)間）T1溢出時(shí)間=（28-a）*12/晶振頻率

注意：a是定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，就是我們所要求值。

普通來講，定時(shí)器方式2用來確定波特率是比較理想，它不需要中止服務(wù)程序來置數(shù)，且算出波特率比較準(zhǔn)確，提議使用定時(shí)器T1方式2來確定波特率。單片機(jī)串口第31頁

三、波特率計(jì)算在串行通信中，收發(fā)雙方對(duì)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)速率要有約定。經(jīng)過軟件可對(duì)單片機(jī)串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方式2波特率是固定，而方式1和方式3波特率是可變，由定時(shí)器T1溢出率來決定。串行口四種工作方式對(duì)應(yīng)三種波特率。因?yàn)檩斎胍莆粫r(shí)鐘起源不一樣，所以，各種方式波特率計(jì)算公式也不相同。方式0波特率=fosc/12方式2波特率=（2SMOD/64）·fosc方式1波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）方式3波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）單片機(jī)串口第32頁

當(dāng)T1作為波特率發(fā)生器時(shí)，最經(jīng)典使用方法是使T1工作在自動(dòng)再裝入8位定時(shí)器方式（即方式2，且TCONTR1=1，以開啟定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決于TH1中計(jì)數(shù)值。

T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH1）]}

在單片機(jī)應(yīng)用中，慣用晶振頻率為：12MHz和11.0592MHz。所以，選取波特率也相對(duì)固定。慣用串行口波特率以及各參數(shù)關(guān)系如表所表示。單片機(jī)串口第33頁

串行口工作之前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率定時(shí)器1、串行口控制和中止控制。詳細(xì)步驟以下：確定T1工作方式（編程TMOD存放器）；計(jì)算T1初值，裝載TH1、TL1；開啟T1（編程TCON中TR1位）；確定串行口控制（編程SCON存放器）；串行口在中止方式工作時(shí)，要進(jìn)行中止設(shè)置（編程IE、IP存放器）。單片機(jī)串口第34頁35練習(xí)1-串行口波特率設(shè)串行口工作在方式1，定時(shí)器T1工作方式2，波特率=2400bit/sfOSC=6MHZSMOD=0，求計(jì)數(shù)初值a。(若SMOD=1呢？）。解：波特率=（2SMOD/32）*T1溢出率=（2SMOD/32）*{1/[（28－a）*（12/fOSC）]}2400=(1/32)*{1/[(28－a）*[12/(6*106)]}256-a=(6*106)/(240