单片机教程21单片机串行口介绍

Terran

介绍：串行口是单片机与外界进行信息交换的工具。
# b- ]: r# w% p7 g8051单片机的通信方式有两种：
并行通信:数据的各位同时发送或接收。  串行通信:数据一位一位次序发送或接收。参看下图：
1 C. l/ o/ g( z9 p
0 I- ?4 ~0 O3 G1 l5 S! H0 s串行通信的方式：
9 H' G1 [" t6 w  u" J+ n异步通信：它用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束。其每帧的格式如下：
; g, `& i' ]7 R5 o在一帧格式中，先是一个起始位0，然后是8个数据位，规定低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位（能省略），最后是停止位1。用这种格式表示字符，则字符能一个接一个地传送。
" l+ B; u& a! D" {在异步通信中，CPU与外设之间必须有两项规定，即字符格式和波特率。字符格式的规定是双方能够在对同一种0和1的串理解成同一种意义。原则上字符格式能由通信的双方自由制定，但从通用、方便的角度出发，一般还是使用一些标准为好，如采用ASCII标准。
  n) ]. z) P; ?6 q波特率即数据传送的速率，其定义是每秒钟传送的二进制数的位数。例如，数据传送的速率是120字符/s，而每个字符如上述规定包含10数位，则传送波特率为1200波特。
同步通信：在同步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，占用了时间；所以在数据块传递时，为了提高速度，常去掉这些标志，采用同步传送。由于数据块传递开始要用同步字符来指示，同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。
& B& C* Q& U% D6 w. o2 d4 P通信方向：在串行通信中，把通信接口只能发送或接收的单向传送办法叫单工传送；而把数据在甲乙两机之间的双向传递，称之为双工传送。在双工传送方式中又分为半双工传送和全双工传送。半双工传送是两机之间不能同时进行发送和接收，任一时该，只能发或者只能收信息。
2．8051单片机的串行接口结构
  a8 M8 ]" ]" Q7 O/ X8051单片机串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口。它可用作异步通信方式（UART），与串行传送信息的外部设备相连接，或用于通过标准异步通信协议进行全双工的8051多机系统也能通过同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O口。
8051单片机通过管脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和管脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界通信。SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器。它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据。
串行口的控制与状态寄存器
( @8 N8 \$ i3 g9 t) t3 s串行口控制寄存器SCON
它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。字节地址为98H，其各位定义如下表：
5 x4 V2 ~4 ~$ K! v, a

D7 2 J" K5 Y9 `& V9 b3 Q	D6	D5 4 U8 j) Z' f# @9 ?% O  D	D4 3 T* T" n3 L* U2 n8 u+ g) d, b	D3	D2 ; |: _$ A' Y5 e) l/ U	D1	D0 7 C" Y* W' r0 m9 ^; w
SM0 " ]2 c. j' u! ^8 X1 p  v$ O# T	SM1	SM2 ; |+ @# d2 d4 j& v	REN ) U; ?$ r1 U9 o3 {, z	TB8 8 F" I; P+ L1 l# G* u	RB8	TI	RI

SM0、SM1：串行口工作方式选择位，其定义如下：

5 H  x( v' s9 b/ `5 H

SM0、SM1	工作方式 - }" W5 r& c" b: d& b( \	功能描述	波特率
0 0 ( ~5 q4 p0 e& z/ Q	方式0	8位移位寄存器	Fosc/12 8 Q6 M) s0 S3 m9 L
0 1 " d) ~, n# w' z3 B	方式1	10位UART	可变
1 0 9 P" q  S3 M" f/ Q) E3 o. A	方式2	11位UART $ ^0 _+ i- I% I" {	Fosc/64或fosc/32
1 1 * p, U7 K5 {7 N+ m, _	方式3 2 q& q9 F6 V1 q	11位UART 3 E9 H$ K' [, M6 ?	可变 % @7 Z2 X  t; h" o$ q

( N$ Q) _2 |! y8 f其中fosc为晶体震荡器频率SM2：多机通信控制位。在方式0时，SM2一定要等于0。在方式1中，当（SM2）=1则只有接收到有效停止位时，RI才置1。在方式2或方式3当（SM2）=1且接收到的第九位数据RB8=0时，RI才置1。
REN：接收允许控制位。由软件置位以允许接收，又由软件清0来禁止接收。
! N; I% d/ ~) ^9 {! a9 YTB8: 是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中，要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。例如，可约定作为奇偶校验位，或在多机通信中作为区别地址帧或数据帧的标志位。
RB8：接收到的数据的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若（SM2）=0，RB8为接收到的停止位。在方式2或方式3中，RB8为接收到的第9位数据。
TI：发送中断标志。在方式0中，第8位发送结束时，由硬件置位。在其它方式的发送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一帧信息发送结束，同时也是申请中断，可根据需要，用软件查询的办法获得数据已发送完毕的信息，或用中断的方式来发送下一个数据。TI必须用软件清0。
; j) d$ p3 o. {: U% u; Q5 |RI：接收中断标志位。在方式0，当接收完第8位数据后，由硬件置位。在其它方式中，在接收到停止位的中间时刻由硬件置位（例外情况见于SM2的说明）。RI置位表示一帧数据接收完毕，可用查询的办法获知或者用中断的办法获知。RI也必须用软件清0。
特殊功能寄存器PCON
( \3 F. h. F8 L) B7 t# k5 FPCON是为了在CHMOS的80C51单片机上实现电源控制而附加的。其中最高位是SMOD。
1 b; Y; x. a7 ^; s串行口的工作方式
8051单片机的全双工串行口可编程为4种工作方式，现分述如下：
方式0为移位寄存器输入/输出方式。可外接移位寄存器以扩展I/O口，也能外接同步输入/输出设备。8位串行数据者是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。
输出 串行数据从RXD管脚输出，TXD管脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器时，立即启动发送，将8位数据以fos/12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。
3 x) P' W; \2 O7 k输入 当串行口以方式0接收时，先置位允许接收控制位REN。此时，RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当（RI）=0和（REN）=1同时满足时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。
# E5 ^5 T8 I+ G, R下面两图分别是方式0扩展输出和输入的接线图。

<单片机串行口接线图>
方式1为波特率可变的10位异步通信接口方式。发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。
/ ?8 `8 A! v, j7 s" ]5 J4 T6 i: j$ f输出 当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF时，就启动发送。串行数据从TXD管脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。
( G8 i, g9 `' r- [6 m3 x' s' [' u输入 在（REN）=1时，串行口采样RXD管脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。只有当（RI）=0且停止位为1或者（SM2）=0时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；不然信息丢失。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。
+ z$ W; S2 t' M方式2
方式月为固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。
输出: 发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通信中地址/数据信息的标志位，也能作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。
输入: 在（REN）=1时，串行口采样RXD管脚，当采样到1至0的跳变时，确认是开始位0，就开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当（RI）=0或者（SM2）=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；不然信息丢失。且不置位RI。再过一位时间后，不管上述条件时否满足，接收电路即行复位，并重新检测RXD上从1到0的跳变。
' s! N0 ?  _( o- K! F, ~9 \  t7 S9 V1 I工作方式3
方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。
# o- f8 T0 r: X+ Y$ g3 X; V4 [4 @波特率选择
( M% _4 L1 K  E" \4 C6 r如前所述，在串行通信中，收发双方的数据传送率（波特率）要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。
方式0
方式0的波特率固定为主振频率的1/12。
* j5 w2 b3 O- ?* b  f4 {方式2
方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定，可由下式表示：
波特率=2的SMOD次方除以64再乘一个fosc，也就是当SMOD=1时，波特率为1/32fosc，当SMOD=0时，波特率为1/64fosc
3．方式1和方式3
9 t; X9 Z( }' Y$ o  d9 b/ Y定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：
波特率=定时器T1溢出率
T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数
' N( l+ m; }; W0 R. A式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时，T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时，T1计数率为外部输入频率，此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。
定时器T1工作于方式0：溢出所需周期数=8192-x
/ m' F# j2 \4 i/ }! Q2 |* {. l6 d定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-x
定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-x
  a9 x. H# v+ \因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。
当时钟频率选用11.0592MHZ时，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶体震荡器就是这个道理。
7 U( b0 T' m3 I$ K2 ^) ]下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。
- S7 n( M  Y- U& y) h  o* O

常用波特率 ' h( M% ]; a: g1 n( V9 F6 A	Fosc(MHZ)	SMOD	TH1初值 / L' F! h6 \9 v( E1 Q
19200	11.0592 ; e7 p' x3 \; b0 _0 K% S9 g2 o	1	FDH
9600	11.0592	0	FDH
4800	11.0592	0 " ~  b' i$ ^" E8 t/ h9 y. r3 ]: i	FAH
2400   |7 F  q/ L# X$ z% n	11.0592 ) S5 l% j( \, @+ C; V. p% S	0 1 r6 b9 x7 f+ v5 J$ R	F4h
1200 ( f  P  Y# H6 r$ I% t) B+ W	11.0592 $ M. A; A/ c0 z6 x/ r0 g	0   e& B5 K* V; j+ s2 N	E8h

4 @, }; [, w! |; Y! G8 L

STGing

谢谢楼主，很不错的东西

CRAZY_argentina

谢谢LZ分享那么好的东西。