第6章 单片机串行口

• 1. 串行口控制寄存器SCON • SCON用于控制串行口的工作方式， 同时还包含要发送或接收到的第9位数据 位以及串行口中断标志位。该寄存器的 字节地址为98H，可进行位寻址。
(1) SM0、SM1：串行口工作方式控制位
(2) SM2：多机通信控制位。
SM2＝1，表示允许多机通信，多机通信需要有地址信息，常用数据帧的奇 偶校验位来区分当前接收到(或发送的)数据属于地址信息还是数据信息。因此 ，多机通信常工作于方式2和方式3(数据帧含奇偶校验位)。 当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据(RB8)为1时 ，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接收 到的数据放弃。 当SM2=0时(双机点对点通信)，则不管第9位数据(RB8)是0还是
• 6.1 MCS-51单片机串行接口
1.异步通信和同步通信
串行通信有两种基本通信方式：异步通信和同步通信。
(1) 异步通信
数据是一帧一帧地传送的，每一帧的数据包括一个起始位、若干个数据位(5~8个，低 位在前高位在后)、一个奇偶校验位(或用作地址/数据帧标志，可省略)和一个停止位。当 两帧信息之间有时间间隔时，用空闲位(高电平)填充
标志)写入TB8 (SCON. 3)，数据写入SBUF即启动发送，数据 发送完毕硬件将TI置1； 接收： RI＝0 且 REN＝1，即开始接收，接收完毕硬件将 RI置1 ，奇偶校验位(或地址数据标志)被送入RB8(SCON. 2) ， 这时读SBUF即得到输入的数据，读RB8得到奇偶校验标志(或 地址数据标志)；开始接收时若RI＝1，接收到的数据会丢失， 因此读出SBUF的数据后，必须将RI 清零。
串行口方式1：10位异步收发 RXD接收数据，TXD输出数据； 串行移位以10位数据为一帧，8个数据位（低位在前），一个起始位、一个停
止位，没有奇偶校验位，停止位进入RB8(SCON. 2)。
波特率可变 (1) 方式1的波特率可变，而且发送和接收的波特率可以不同。 (2) 用定时器/计数器T1 (对于52单片机还可用定时器/计数器2)作为波特率发 生器。定时器1用作波特率发生器时，一般工作在方式 2 ，需要注意的是这时 不要允许定时器1中断。 波特率由T1(或T2)的溢出率和SMOD决定。
3.
串行口方式2： 11位异步收发


RXD接收数据，TXD输出数据；
串行移位以11位数据为一帧，8个数据位（低位在前），一个起始位、一个奇 偶校验位，一个停止位。 方式2可用于多机通信，接收时，奇偶校验位(或地址数据标志)进入 RB8(SCON. 2)；发送时，奇偶校验位(或地址数据标志)送入TB8 (SCON. 3)。 波特率: 当SMOD＝1时, 波特率 = fosc/32 当SMOD＝0时, 波特率 = fosc/64 其中， fosc是系统振荡器频率
4.
串行口方式3： 11位异步收发
除了波特率可变外，方式3与方式2的操作完全一样。 波特率可变 用定时器/计数器T1 (对于52单片机还可用定时器/计数器2)作为波 特率发生器。定时器1用作波特率发生器时，一般工作在方式 2 ，需要 注意的是这时不要允许定时器1中断。
波特率由T1(或T2)的溢出率和SMOD决定。
(2) 同步通信 在同步通信中，每个数据块传送开始时，采用一 个或两个同步字符作为起始标志（接收端不断对传送 线采样，并把采样到的字符和双方约定的同步字符比 较，只有比较成功后才会把后面接收到的数据加以存 储）。 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。原则上字符格式可以由通讯的双方自由制
在方式2和方式3中，TB8是要发送的第9位数据位(作为奇偶校验位)。在多机通信中
代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。 (5) RB8：接收数据位8 (奇偶校验位，或称为地址/数据标志位) 在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。 (6) TI：发送中断标志位 可寻址标志位。方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式下，在发送 或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。
第6章 单片机串行口及应用
• CPU与外部设备的基本通信方式有两种：① 并行 通信，数据的各位同时进行传送。其特点是传送速度 快、效率高，数据有多少位，就需要有多少根传输线。 当数据位数较多和传送距离较远时，就会导致通信线 路成本提高, 因此它适合于短距离传输。② 串行通信， 数据一位一位地按顺序进行传送，其特点是只需一对 传输线就可实现通信，当传输的数据较多、距离较远 时，它可以显著减少传输线，降低通信成本。
从机0
TXD RXD
从机1
TXD
从机n
RXD
1)
主机和所有从机都使用方式2或3(工作方式、波特率必须相同) ，数据帧的第9个位( 奇偶校验位)用作地址/数据标识位，且从机都将SM2位置1 ；
2)
与某一从机开始通信前，主机首先发送地址帧，由于SM2＝1，而且收到数据帧的 RB8＝1(地址帧)，所以所有从机接收该数据帧，并且产生接收中断。从机响应中 断后，通过软件方式判断接收到的地址信息是否与本机地址相同，如果是，则令 SM2＝0，准备接收数据帧，从而与主机建立起点对点的通信。其它从机仍保持 SM2＝1(不接收数据帧，等待接收地址帧)。
1，都将数据送入SBUF，并发出中断申请。
工作于方式0时，SM2必须为0
主机
TXD RXD
TXD RXD
从机0
TXD RXD
从机1
TXD
从机n
RXD
(3) REN：允许接收位 用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收 (4) TB8：发送接收数据位8(奇偶校验位，或称为地址/数据标志位)
• 串行口内部结构简化示意图如图所示。
51单片机有一个可编程的全双工串行通信接口，既可用作通用异步接收和发 送器(UART)，也可以用作同步移位寄存器。 51单片机的串行通信的数据帧可以编程设定为8位、10位或11位，并能设置通
信波特率。
51单片机的串行接口一共有4种工作方式。
• 6.3 串行口控制 • MCS-51的串行口是可编程接口，通 过对两个特殊功能寄存器SCON和PCON 进行编程可控制串行口的工作方式和波 特率。
当SMOD=1时，串行口波特率加倍。系统复位默认
为SMOD=0。
ES 串行中断允许位
ES＝1 允许串行中断，ES＝0 禁止串行中断。
• 3 串行口工作方式及波特率设置 • MCS-51串行口有方式0、方式1、方式2 和方式3四种工作方式，每种工作方式下的 波特率设置方法也不相同，用户应根据实 际需要正确选用。 • 方式0主要用于扩展并行输入输出口，方 式1、方式2和方式3主要用于串行通信。
(7) RI：接收中断标志位
可寻址标志位。接收完第8位数据后，该位由硬件置位，在其他工作方式下，该位 由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。
• 2. 电源控制寄存器PCON • PCON 中只有最高位 SMOD 与串行口工作有关， 该位用于控制串行口工作于方式 1、2 、3 时的波特率。 PCON的字节地址为87H，没有位寻址功能。 SMOD (PCON.7) 串行口波特率倍增位
5.
波特率的计算 方式0 ：波特率＝ fosc/ 12.
其中， fosc是系统振荡器频率
方式2： 当SMOD＝1时, 波特率 = fosc/32 当SMOD＝0时, 波特率 = fosc/64 方式1和3：波特率由定时器T1或T2的溢出率，以及SMOD位决定

2SMOD 串行方式1、3的波特率＝ (T1溢出速率) 32 f OSC T1溢出速率＝ 12 (28 T1初值)
串行口方式0：同步移位寄存器输入输出方式
方式0通过RXD输入或输出数据，TXD用于输出移位时钟信号。 串行移位以8位数据为一帧，没有起始位、奇偶校验位和停止位，先发送或接收 最低位。作为输入时，当8位数据全部移入时，接收中断标志RI置位；作为输出时， 当8位数据全部移出时，发送中断标志TI置位。 方式0 的波特率(数据传送速率)为单片机振荡器频率的1/12. 方式0常用于扩展输入输出口(I/O)
方式0的设置:
(1)中断设置 EA，ES (2) SCON (SM0, SM1, SM2 = 0 ; 允许接收时REN＝1 ) (3) 中断响应(或查询)时, RI 和TI 必须由软件清零。 输出：将数据写入SBUF即启动发送，(8位)数据发送完毕硬件将TI置1； 输入： RI＝0 且 REN＝1，即开始接收，接收完毕硬件将RI置1，这时读SBUF 即得到输入的数据；
• 6.2 串行口结构 • MCS-51系列单片机内部有一个全双工串行 异步通信接口，它可以作 UART （通用异步接 收和发送器）用，构成双机或多机通信系统， 也可以外接移位寄存器后扩展为并行I/O口。 • MCS-51系列单片机通过引脚RXD（P3.0） 和引脚TXD（P3.1）与外界进行通信。
并行通信
串行通信 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。
对照： T1工作在方式2, 并作定时器用时： 定时时间＝（28—计数初值） × 晶振周期 × 12
f OSC 2SMOD 串行方式1、3的波特率＝ ( ) 32 12 (256 T1初始值)
由选定的波特率，根据上式，便可以算出TL1(TH1)的初始化值
多机通信主机ຫໍສະໝຸດ TXD RXDTXD RXD