第7章 AT89C51單片機的串行口

第7章AT89C51單片機的串行口全雙工的異步通訊串行口4種工作方式,波特率由片內(nèi)定時器/計數(shù)器控制。每發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)，均可發(fā)出中斷請求。除用于串行通訊，還可用來擴展并行I/O口。7.1串行口的結(jié)構(gòu)串行口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7-1，兩個物理上獨立地接收和發(fā)送緩沖器，可同時收、發(fā)數(shù)據(jù)(全雙工)。兩個緩沖器共用一個特殊功能寄存器字節(jié)地址：SBUF(99H）

控制寄存器共兩個：特殊功能寄存器SCON和PCON。7.1.1串行口控制寄存器SCON

字節(jié)地址98H，可位尋址，格式如圖7-2所示。

圖7-1（1）SM0、SM1——串行口4種工作方式的選擇位

表7-1串行口的4種工作方式SM0SM1方式 功能說明

000同步移位寄存器方式（用于擴展I/O口）0118位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器控制）1029位異步收發(fā)，波特率為fosc/64或fosc/32113

9位異步收發(fā)，波特率可變（由定時器控制）（2）SM2——多機通信控制位

用于方式2或方式3中。圖7-2當串行口以方式2或方式3接收時，如果SM2=1，只有當接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時，才將接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，并置“1”RI，產(chǎn)生中斷請求；當接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“0”時，則將接收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。如果SM2=0，則不論第9位數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，都將前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中，并置“1”RI，產(chǎn)生中斷請求。方式1時，如果SM2=1，則只有收到停止位時才會激活RI。方式0時，SM2必須為0。

（3）REN——允許串行接收位由軟件置“1”或清“0”。

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)。

（4）TB8——發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)方式2和3時，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，可作為奇偶校驗位使用，也可作為地址幀或數(shù)據(jù)幀的標志。 1：地址幀0：數(shù)據(jù)幀（5）RB8——接收到的第9位數(shù)據(jù)方式2和3時，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。

（6）TI——發(fā)送中斷標志位方式0時，串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時由硬件置“1”，其它工作方式，串行口發(fā)送停止位的開始時置TI=1，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，可供軟件查詢，也可申請中斷。CPU響應(yīng)中斷后,向SBUF寫入要發(fā)送的下一幀數(shù)據(jù)。TI必須由軟件清0。（7）RI——接收中斷標志位

方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)時，RI由硬件置1。其它工作方式，串行接收到停止位時，該位置“1”。RI=1，表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，并申請中斷。該位狀態(tài)也可軟件查詢。RI必須由軟件清“0”。7.1.2特殊功能寄存器PCON

字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能。

（1）SMOD—波特率選擇位例如：方式1的波特率的計算公式為：

方式1波特率=（2SMOD/32）×定時器T1的溢出率也稱SMOD位為波特率倍增位。（2）GF1、GF0—通用標志位這兩個標志位可供用戶使用，可用軟件置1或清0。兩個標志位用戶應(yīng)充分利用。 （3）PD—掉電方式位若PD=1，單片機進入掉電工作方式。圖7-3（4）IDL—待機方式位 IDL=1，單片機進入待機工作方式。 7.2串行口的4種工作方式7.2.1方式0

同步移位寄存器方式，常用于外接移位寄存器，以擴展并行I/O口。8位數(shù)據(jù)為一幀，不設(shè)起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。波特率固定為fosc/12。

幀格式如下：1．方式0發(fā)送

當CPU執(zhí)行一條將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF的指令時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口即把SBUF中的8位數(shù)據(jù)以fosc/12的固定波特率從RXD引腳串行輸出，低位在先,TXD引腳輸出同步移位脈沖，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)置“1”中斷標志位TI。時序如圖7-5所示。2．方式0接收

REN=1，接收數(shù)據(jù)，REN=0，禁止接收。REN=1，允許接收。向串口的SCON寫入控制字（置為方式0，并置“1”REN位，同時RI=0）時，產(chǎn)生一個正脈沖，串行口即開始接收數(shù)據(jù)。RXD為數(shù)據(jù)輸入端，TXD為移位脈沖信號輸出端，接收器也以fosc/12的固定波特率采樣RXD引腳的數(shù)據(jù)信息，當收到8位數(shù)據(jù)時置“1”RI。表示一幀數(shù)據(jù)接收完，時序如下：圖7-5方式0下，SCON中的TB8、RB8位沒有用到，發(fā)送或接收完8位數(shù)據(jù)由硬件置“1”TI或RI，CPU響應(yīng)中斷。TI或RI須由用戶軟件清“0”，可用如下指令：

CLRTI ；TI位清“0” CLRRI ；RI位清“0”方式0時，SM2位必須為0。圖7-67.2.2方式1

SM0、SM1=01方式1一幀數(shù)據(jù)為10位，1個起始位（0），8個數(shù)據(jù)位，1個停止位（1），先發(fā)送或接收最低位。幀格式如圖7-7：方式1波特率=（2SMOD/32）×定時器T1的溢出率SMOD為PCON寄存器的最高位的值（0或1）。圖7-7

1．方式1發(fā)送

方式1輸出，數(shù)據(jù)由TXD輸出，一幀信息為10位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位）和1位停止位1。當執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫發(fā)送緩沖器SBUF的指令，就啟動發(fā)送。圖中TX時鐘是發(fā)送的波特率。發(fā)送開始時，內(nèi)部發(fā)送控制信號變?yōu)橛行А⑵鹗嘉幌騎XD輸出，此后，每經(jīng)過一個TX時鐘周期，便產(chǎn)生一個移位脈沖，并由TXD輸出一個數(shù)據(jù)位。8位數(shù)據(jù)位全部發(fā)送完畢后，置“1”TI。方式1發(fā)送數(shù)據(jù)的時序，如圖7-8所示。2．方式1接收

數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）腳輸入。當檢測到起始位的負跳變時，開始接收數(shù)據(jù)。定時控制信號有兩種）：接收移位時鐘（RX時鐘，頻率和波特率相同）和位檢測器采樣脈沖（頻率是RX時鐘的16倍，1位數(shù)據(jù)期間，有16個采樣脈沖），當采樣到RXD端從1到0的跳變時就啟動檢測器，接收的值是3次連續(xù)采樣（第7、8、9個脈沖圖7-8時采樣）進行表決以確認是否是真正的起始位（負跳變）的開始。當一幀數(shù)據(jù)接收完，須同時滿足兩個條件，接收才真正有效。⑴RI=0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時，RI=1發(fā)出的中斷請求已被響應(yīng)，SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走，說明“接收SBUF”已空。⑵SM2=0或收到的停止位=1（方式1時，停止位已進入RB8），圖7-9則收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8（RB8裝入停止位），且置“1”中斷標志RI。若這兩個條件不同時滿足，收到的數(shù)據(jù)將丟失。7.2.3方式29位異步通信接口。每幀數(shù)據(jù)均為11位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位），1位可程控的第9位數(shù)據(jù)和1位停止位。幀格式如圖7-10。方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc

圖7-101．方式2發(fā)送發(fā)送前，先根據(jù)通訊協(xié)議由軟件設(shè)置TB8（例如，雙機通訊時的奇偶校驗位或多機通訊時的地址/數(shù)據(jù)的標志位）。方式2發(fā)送數(shù)據(jù)波形如圖7-11所示。

圖7-11例7-1

方式2發(fā)送在雙機通信中的應(yīng)用。下面的發(fā)送中斷服務(wù)程序，是在雙機通信中，以TB8作為奇偶校驗位，處理方法為數(shù)據(jù)寫入SBUF之前，先將數(shù)據(jù)的奇偶校驗位寫入TB8，以保證采用偶校驗發(fā)送。

PIPTI：PUSHPSW；現(xiàn)場保護

PUSHAcc

SETBRS1；選擇第2組工作寄存器區(qū)

CLRRS0CLRTI；發(fā)送中斷標志清“0”

MOVA，@R0；取數(shù)據(jù)

MOVC,P ；校驗位送TB8,采用偶校驗

MOVTB8，C MOVSBUF，A ；啟動發(fā)送

INCR0 ；數(shù)據(jù)指針加1

POPAcc ；恢復(fù)現(xiàn)場

POPPSW RETI ；中斷返回2．方式2接收

SM0、SM1=10，且REN=1。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當位檢測到RXD從1到0的負跳變，并判斷起始位有效后，開始收一幀信息。在接收器完第9位數(shù)據(jù)后，需滿足兩個條件，才能將接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF。（1）RI=0，意味著接收緩沖器為空。（2）SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位RB8=1時。當上述兩個條件滿足時，接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF（接收緩沖器），第9位數(shù)據(jù)送入RB8，并置“1”RI。若不滿足兩個條件，接收的信息將被丟棄。方式2接收數(shù)據(jù)的時序如圖7-12所示。

例7-2

方式2接收在雙機通信中的應(yīng)用。圖7-12本例與上例相對應(yīng)。若第9位數(shù)據(jù)為校驗位，在接收程序中作偶校驗處理，設(shè)1組寄存器區(qū)的R0為數(shù)據(jù)緩沖器指針。

PIRI: PUSHPSW PUSHAcc SETBRS0 ；選擇1組寄存器區(qū) CLRRS1 CLRRI MOVA,SBUF ；收到數(shù)據(jù)送A MOVC,P JNCL1 ；C＝0。跳L1 JNBRB8,ERP ；ERP為出錯處理程序

AJMPL2L1: JBRB8,ERP ；RB8＝1，跳ERPL2: MOV@R0,A INCR0 POPAcc POPPSW

ERP: ……… ；出錯處理程序段 ………

RETI7.2.4方式3SM0、SM1=11，串口為方式3。波特率可變的9位異步通訊方式，除波特率外，方式3和方式2相同。方式3的時序見方式2。

方式3波特率=（2SMOD/32）×定時器T1的溢出率7.3多機通信的工作原理

要保證主機與所選擇的從機實現(xiàn)可靠地通信，必須保證串口具有識別功能。SCON中的SM2位就是滿足這一條件而設(shè)置的多機通信控制位。原理：在串行口以方式2（或方式3）接收時，若SM2=1，表示置多機通信功能位，這時有兩種可能：（1）接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，并置中斷標志RI=1向CPU發(fā)出中斷請求；（2）接收到的第9位數(shù)據(jù)為0時，則不產(chǎn)生中斷標志，信息將拋棄。若SM2=0，則接收的第9位數(shù)據(jù)不論是0還是1，都產(chǎn)生RI=1中斷標志，接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF中。上述特性，便可實現(xiàn)AT89C51的多機通信。設(shè)多機系統(tǒng)中有一主機和3個8031從機，如圖7-13。主機的RXD與從機的TXD相連，主機TXD與從機的RXD端相連。從機地址分別為00H、01H、02H。

圖7-13多機通信工作過程：（1）從機串行口編程為方式2或方式3接收，且置“1”SM2和REN位，使從機只處于多機通訊且接收地址幀的狀態(tài)。（2）主機先將從機地址（即準備接收數(shù)據(jù)的從機）發(fā)給各從機,主機發(fā)出的地址信息的第9位為1，各從機接收到的第9位信息RB8為1，且由于SM2=1，則置“1”RI，各從機響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷程序。在中斷服務(wù)子程序中，判主機送來的地址是否和本機地址相符合，相符則該從機清“0”SM2位，準備接收主機的數(shù)據(jù)或命令；若不符，則保持SM2=1狀態(tài)。（3）接著主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀，此時各從機串行口接收到的RB8=0，只有地址相符合的從機系統(tǒng)（即已清“0”SM2位的從機）才能激活RI，從而進入中斷，在中斷程序中接收主機的數(shù)據(jù)（或命令）；

其它的從機因SM2＝1，又RB8=0不激活中斷標志RI，不能進入中斷，接收的數(shù)據(jù)丟失。圖7-13所示的多機系統(tǒng)是主從式，由主機控制多機之間的通信，從機和從機的通訊只能經(jīng)主機才能實現(xiàn)。7.4波特率的制定方法方式0、方式2的波特率是固定的；方式1、方式3波特率由定時器T1的溢出率來確定。7.4.1波特率的定義波特率的定義。對于定時器的不同工作方式，得到的波特率的范圍是不一樣的7.4.2定時器T1產(chǎn)生波特率的計算（1）方式0波特率=時鐘頻率fosc×1/12，不受SMOD位的值的影響。若fosc=12MHz，波特率為fosc/12即1Mb/s。（2）方式2波特率=（2SMOD/64）×fosc

若fosc=12MHz:SMOD=0

波特率=187.5kb/s；

SMOD=1

波特率=375kb/s

（3）方式1或方式3時，波特率為：

波特率=（2SMOD/64）×T1的溢出率實際設(shè)定波特率時，T1常設(shè)置為方式2定時（自動裝初值）這種方式不僅操作方便，也可避免因軟件重裝初值而帶來的定時誤差。實際使用時，為避免煩雜的初值計算，常用的波特率和初值X間的關(guān)系列成表7-2（P124），以供查用。表7-2有兩點需要注意：時鐘振蕩頻率為12MHz或6MHz時，表中初值X和相應(yīng)的波特率之間有一定誤差。例如，F(xiàn)DH的對應(yīng)的理論值是10416波特（時鐘6MHz）。與9600波特相差816波特，消除誤差可以調(diào)整時鐘振蕩頻率fosc實現(xiàn)。例如采用的時鐘振蕩頻率為11.0592MHz。(2)如果串行通訊選用很低的波特率，例如，波特率選為55，可將T1設(shè)置為方式1定時。但在T1溢出時，需用在中斷服務(wù)程序中重新裝入初值。中斷響應(yīng)時間和執(zhí)行指令時間會使波特率產(chǎn)生一定的誤差，可用改變初值的方法加以調(diào)整。例7-3

若8031單片機的時鐘振蕩頻率為11.0592MHz，選用T1為方式2定時作為波特率發(fā)生器，波特率為2400b/s，求初值。

上述結(jié)果可直接從表7-2中查到。這里時鐘振蕩頻率選