8第八章.串行接口
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停止位=1时才发生上述操作； 停止位=0时，数据不装入SBUF，无效数据；
RI=1，所接收的数据不装入SBUF，数据丢失。
无论哪种情况，接收控制器都将继续采样RXD 引脚，以便接收下一帧信息。
3. 方式2和方式3
方式2和方式3都为9位异步通信方式。 以每帧11位异步通信格式收发数据：1位起始位、
波特率 T1的溢出率 2SMOD / 32
当定时器T1作波特率发生器使用时，一 般选用可自动装入初值模式(工作方式2)。
T1的溢出率
fosc
12 (256 X)
波特率
fosc
2SMOD / 32
12 (256 X)
X 256 2SMOD fosc 3212 波特率
溢出率决定。
7.3.2 MCS-51单片机的串行接口
2 串行接口结构
组成：
发送数据缓冲器SBUF、发送控制器、输出控制 门
接收数据缓冲器SBUF、接收控制器、输入移位 寄存器
发送数据寄存器
输出控制门
器
接收数据寄存器
图7.15 串行接口结构框图
用户角度看，串口由三个特殊功能寄存器组成：
（2）方式0接收过程
当RI=0时，置位REN后启动一次接收。 RXD为数据输入，TXD为同步移位信号输出端。 接收到的8位数据存储在接收缓冲器SBUF后置位中断
标志RI。 从接收缓冲器SBUF取出数据后须软件清零RI。
2. 工作方式1
工作方式1用于串行发送或接收数据，为8位异步 通信方式。
串行发送中断标志TI和接收中断标志RI是同一个中断 源，必须用软件来判别是发送中断请求还是接收中 断请求。
整机复位时，SCON各位均被清0。
4. 电源控制寄存器PCON
PCON字节地址为87H，其中只有一位SMOD与 串行口工作有关：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SMOD
先发送低电平的起始位 把发送数据缓冲器中的内容按低位在前高位在后的顺
序一位一位发送； 高电平的停止位；
一个字符发送完，发送中断标志TI置位；
接收
串口控制寄存器SCON中的REN位置1时，接收 控制器开始工作；
接收数据线采样到高电平到低电平的负跳变Байду номын сангаас， 开始接收数据；
接收的前8位数据依次移入输入移位寄存器，第 9位数据置入SCON的RB8位；
如接收有效，移位寄存器的数据置入接收数据缓 冲器，并置接收中断位RI=1。
3. 串行口控制寄存器SCON （98H）
SCON用于确定工作方式选择、接收和发送控制 以及串行口的状态标志；
可位寻址，位地址为98H~9FH。
SCON(98H)
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
的TB8中。 向SBUF写入数据启动数据发送。 一帧数据发送完毕置中断标志TI为1。
（2）方式2，3接收
与方式1类似，置位REN后启动一次接收。 不同的是，第9位数据是发送过来的TB8位，接
收后存放到RB8中。 对接收是否有效，判断也是用接收的第9位，而
不是用停止位。其余情况与方式1相同。
器件的同步时钟信号； 发送和接收数据时低位在前高位在后，长度为8位。
方式0发送和接收电路
（1）方式0发送过程
TI=0时，当CPU执行一条向SBUF写数据的命令时，就 启动发送8位数据；
低位在前高位在后从RXD依次发送数据，TXD端输出 移位同步信号；
8位数据发送完时中断标志TI置位，向CPU申请中断； 再次发送时须软件将TI清零，并再次执行写SBUF命令。
串行口的编程及应用
串行口的初始化编程
串行口控制寄存器SCON位的确定
工作方式：SM0、SM1； 对于方式2和3，确定SM2； 如果是接收端，REN=1； 如果是方式2，3，发送数据，第9位写入TB8中。
设置波特率
1. 方式0的波特率
不需要设置，波特率为振荡频率的十二分 之一，即fosc/12。
TXD端输出数据。 发送时钟由定时/计数器T1的溢出信号16或32分频得到。 TXD端送出一个低电平起始位，然后是8位数据，接着
是高电平的停止位。 从发送缓冲器SBUF取出数据后须软件清零TI。
（2）方式1接收
置位REN后启动一次接收。 以所选波特率的16倍速率对RXD引脚上的电平
此外，它还能利用校验位检测错误，所以，串行异 步通信方式应用较为广泛。
（2）串行同步通信
串行同步通信方式的特点是数据在线路上传送时 以字符块为单位，一次传送多个字符，传送时须 在前面加上1个或2个同步字符，后面加上校验位。
同步字符1 同步字符2 数据块 校验字符1 校验字符2
一次连续传送多个字符，传送的位数多，对发送 时钟和接收时钟要求较高。
（
状态
或
外
设
）
（a）并行通信
计
计
算
算
机
机
（
或
外
设
）
（b）串行通信
图7.7 计算机与外界通信的基本方式
并行通信
优点: 传送速度快，效率高。 缺点: 传输信号线多，硬件设备复杂，成本高。 并行通信适合于近距离通信和对速度要求较高
的场合。
串行通信
优点: 传送数据线少，通信距离远、成本低。 缺点: 传输速度慢，效率低。 串行总线适合于长距离通信。
采样。采集到1到0的负跳变后启动接收控制器 开始接收数据。
在移位脉冲的控制下，依次把所接收到的数据 移入移位寄存器。
8位数据及停止位全部移入后，根据以下状态， 进行响应：
RI=0、SM2=0，数据装入SBUF，停止位装入RB8， 令RI=1，从而申请CPU中断；
RI=0、SM2=1，
(TH1)＝(TL1)＝F4H。
表7-2串行口工作方式的选择
SM0 SM1
工作 方式
功能
00
0 移位寄存器方式，波特率=fosc/12
01 10 11
1
8位异步通信方式，波特率可变
波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
2
9位异步通信方式:
波特率 fosc 2SMOD / 64
3
9位异步通信方式，波特率可变
波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
RB8：
在工作方式2和工作方式3中，它是接收到的第9位数据， 既可以作为约定好的奇偶校验位，也可以作为多机通信时 的地址帧或数据帧标志。
在工作方式1，若SM2＝0，则RB8是接收到的停止位。 工作方式0时不使用RB8。
TI：发送中断标志位，硬件置位，须软件清零。 RI：接收中断标志位，硬件置位，须软件清零。
在工作方式1时，若SM2＝1，则只有接收到有效停止位 时，接收才有效。
在工作方式0时，SM2必须设为0。
REN：允许接收控制位
REN＝1，允许接收； REN＝0，禁止接收（可发送）。
TB8：
在工作方式2和工作方式3中，它是准备发送的第9位数据 位；
可作为数据的奇偶校验位； 也可在多机通信中作为地址帧或数据帧的标志：
SMOD称为波特率选择位。
若SMOD＝1，则波特率提高一倍； 若SMOD＝0，则波特率不加倍； 整机复位时，SMOD＝0。
7.3.3串行接口的四种工作方式
1. 工作方式0 （SM0 SM1=00） 用于外接移位寄存器，用作扩展I/O口； 波特率固定为晶体振荡器频率的1/12； 串行数据通过RXD（P3.0）端输入或输出； 同步移位时钟由TXD（P3.1）端送出，作为外接
9位数据位和1位停止位。
发送的第9位数据放于TB8中； 接收的第9位数据放于RB8中；
方式2和3的区别在于波特率不同：
方式2的波特率 fosc 2SMOD / 64 方式3的波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
（1）方式2，3发送
发送的数据为9位，加起始位，停止位共11位。 启动发送之前，要发送的第9位数据装入SCON
发送数据寄存器和接收数据寄存器合用一个特殊功能寄 存器SBUF（串行口数据寄存器），字节地址为99H。
串行口控制寄存器SCON：用于设置串口的工作方式、 控制数据的接收和发送等。
电源控制寄存器PCON：用于控制串口的波特率。
发送
执行一条向SBUF写入数据的指令，启动发送； 在发送时钟的控制下
（3）波特率
波特率是指串行通信中，单位时间传送的二进制 位数，单位为bps
例：数据传送的速率每秒200帧，每帧包含11个位信息 （1个起始位、8个数据位、1个校验位、1个停止位）， 求波特率。 波特率= 11×200字符/秒＝2200波特（bps）
7.3.2 MCS-51单片机的串行接口
串行通信，按信息传送的方向：
单工 半双工 全双工
（a）单工
（b）半双工
（c）全双工
按照信息的格式，串行通信可分为：
串行异步通信 串行同步通信
（1）串行异步通信
串行异步通信中，数据或字符按帧(即一个字符或 字节)在线路上传送。空闲时线路为高电平。
帧由四个部分组成： 起始位：低电平 “0” 数据位： 5-8位数据，低位在前，高位在后 奇偶校验位： （可省略） 停止位：高电平的停止位“1” 1位，1位半，或2位
第n个字符
第n+1个字符
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1
起始位
数据位
奇偶校验位 停止位 起始位
由于异步串行通信每传送一帧数据都有固定格式， 通信双方只需按约定的帧格式来发送和接收数据， 所以，硬件结构比串行同步通信方式简单；
SM2：多机通信控制位
在方式2和3中，用于主—从式多机通信的控制位。 SM2＝1：
如果第9位数据(RB8)为1，移位寄存器中的数据装入接收数据缓 冲器，并置中断标志RI＝1。
则当接收到的第9位数据(RB8)为0，接收无效；
SM2＝0：
接收到一帧数据后，无论第9位是0还是1，都置中断标志RI＝1， 移位寄存器中的数据都装入接收数据寄存器中。
1 功能
MCS-51有1个全双工串行异步通信接口，可同时 发送接收数据。
发送、接收数据的过程均可工作在查询方式或中 断方式，使用灵活。
四种工作方式：
方式0：
同步移位寄存器方式
方式1：
8位的异步通信方式
方式2和3： 9位的异步通信方式
不同的工作方式，波特率不同：
方式0和2的波特率直接由系统时钟产生； 方式1和3的波特率可变，由定时/计数器T1的
2. 方式2的波特率
仅需设置PCON中SMOD位的值：
方式2的波特率 fosc 2SMOD / 64
当SMOD＝0时，波特率为fosc的1/64； 若SMOD＝1时，则波特率为fosc的1/32；
3. 方式1和方式3的波特率
方式1和方式3 设置SMOD的值 设置TMOD和T1的初值，确定定时/计数器T1的 溢出率
7.3 串行接口
主要内容
7.3.1 通信的基本概念 7.3.2 MCS-51单片机串行口的功能和结构 7.3.3 串行口的工作方式 7.3.4 串行口的编程及应用
7.3.1通信的基本概念
（a）并行通信
（b）串行通信
7.3.1通信的基本概念
D0~D7
D0~D7
计
计
算
算
机
机 控制或选通
收发一帧数据的格式为：
1位起始位 8位数据位 1位停止位
TXD用于发送数据，RXD用于接收数据；
波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
其中，SMOD为波特率倍增选择位，可取0或1，T1的溢出 率取决于计数速率和定时器的初值。
（1）方式1发送
TI=0时，当CPU执行一条向SBUF写数据的命令时，就 启动数据发送。
例：已知805l单片机时钟振荡频率为11.0592 MHZ，选用定时器T1工作方式2作波特率发 生器，波特率为2400波特，求初值X。
解：设波特率控制位SMOD＝0，则有：
波特率
fosc
2SMOD / 32
12 (256 X)
X 256 20 11.0592106 244 F4H 3212 2400
RI=1，所接收的数据不装入SBUF，数据丢失。
无论哪种情况，接收控制器都将继续采样RXD 引脚，以便接收下一帧信息。
3. 方式2和方式3
方式2和方式3都为9位异步通信方式。 以每帧11位异步通信格式收发数据：1位起始位、
波特率 T1的溢出率 2SMOD / 32
当定时器T1作波特率发生器使用时，一 般选用可自动装入初值模式(工作方式2)。
T1的溢出率
fosc
12 (256 X)
波特率
fosc
2SMOD / 32
12 (256 X)
X 256 2SMOD fosc 3212 波特率
溢出率决定。
7.3.2 MCS-51单片机的串行接口
2 串行接口结构
组成：
发送数据缓冲器SBUF、发送控制器、输出控制 门
接收数据缓冲器SBUF、接收控制器、输入移位 寄存器
发送数据寄存器
输出控制门
器
接收数据寄存器
图7.15 串行接口结构框图
用户角度看，串口由三个特殊功能寄存器组成：
（2）方式0接收过程
当RI=0时，置位REN后启动一次接收。 RXD为数据输入，TXD为同步移位信号输出端。 接收到的8位数据存储在接收缓冲器SBUF后置位中断
标志RI。 从接收缓冲器SBUF取出数据后须软件清零RI。
2. 工作方式1
工作方式1用于串行发送或接收数据，为8位异步 通信方式。
串行发送中断标志TI和接收中断标志RI是同一个中断 源，必须用软件来判别是发送中断请求还是接收中 断请求。
整机复位时，SCON各位均被清0。
4. 电源控制寄存器PCON
PCON字节地址为87H，其中只有一位SMOD与 串行口工作有关：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SMOD
先发送低电平的起始位 把发送数据缓冲器中的内容按低位在前高位在后的顺
序一位一位发送； 高电平的停止位；
一个字符发送完，发送中断标志TI置位；
接收
串口控制寄存器SCON中的REN位置1时，接收 控制器开始工作；
接收数据线采样到高电平到低电平的负跳变Байду номын сангаас， 开始接收数据；
接收的前8位数据依次移入输入移位寄存器，第 9位数据置入SCON的RB8位；
如接收有效，移位寄存器的数据置入接收数据缓 冲器，并置接收中断位RI=1。
3. 串行口控制寄存器SCON （98H）
SCON用于确定工作方式选择、接收和发送控制 以及串行口的状态标志；
可位寻址，位地址为98H~9FH。
SCON(98H)
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
的TB8中。 向SBUF写入数据启动数据发送。 一帧数据发送完毕置中断标志TI为1。
（2）方式2，3接收
与方式1类似，置位REN后启动一次接收。 不同的是，第9位数据是发送过来的TB8位，接
收后存放到RB8中。 对接收是否有效，判断也是用接收的第9位，而
不是用停止位。其余情况与方式1相同。
器件的同步时钟信号； 发送和接收数据时低位在前高位在后，长度为8位。
方式0发送和接收电路
（1）方式0发送过程
TI=0时，当CPU执行一条向SBUF写数据的命令时，就 启动发送8位数据；
低位在前高位在后从RXD依次发送数据，TXD端输出 移位同步信号；
8位数据发送完时中断标志TI置位，向CPU申请中断； 再次发送时须软件将TI清零，并再次执行写SBUF命令。
串行口的编程及应用
串行口的初始化编程
串行口控制寄存器SCON位的确定
工作方式：SM0、SM1； 对于方式2和3，确定SM2； 如果是接收端，REN=1； 如果是方式2，3，发送数据，第9位写入TB8中。
设置波特率
1. 方式0的波特率
不需要设置，波特率为振荡频率的十二分 之一，即fosc/12。
TXD端输出数据。 发送时钟由定时/计数器T1的溢出信号16或32分频得到。 TXD端送出一个低电平起始位，然后是8位数据，接着
是高电平的停止位。 从发送缓冲器SBUF取出数据后须软件清零TI。
（2）方式1接收
置位REN后启动一次接收。 以所选波特率的16倍速率对RXD引脚上的电平
此外，它还能利用校验位检测错误，所以，串行异 步通信方式应用较为广泛。
（2）串行同步通信
串行同步通信方式的特点是数据在线路上传送时 以字符块为单位，一次传送多个字符，传送时须 在前面加上1个或2个同步字符，后面加上校验位。
同步字符1 同步字符2 数据块 校验字符1 校验字符2
一次连续传送多个字符，传送的位数多，对发送 时钟和接收时钟要求较高。
（
状态
或
外
设
）
（a）并行通信
计
计
算
算
机
机
（
或
外
设
）
（b）串行通信
图7.7 计算机与外界通信的基本方式
并行通信
优点: 传送速度快，效率高。 缺点: 传输信号线多，硬件设备复杂，成本高。 并行通信适合于近距离通信和对速度要求较高
的场合。
串行通信
优点: 传送数据线少，通信距离远、成本低。 缺点: 传输速度慢，效率低。 串行总线适合于长距离通信。
采样。采集到1到0的负跳变后启动接收控制器 开始接收数据。
在移位脉冲的控制下，依次把所接收到的数据 移入移位寄存器。
8位数据及停止位全部移入后，根据以下状态， 进行响应：
RI=0、SM2=0，数据装入SBUF，停止位装入RB8， 令RI=1，从而申请CPU中断；
RI=0、SM2=1，
(TH1)＝(TL1)＝F4H。
表7-2串行口工作方式的选择
SM0 SM1
工作 方式
功能
00
0 移位寄存器方式，波特率=fosc/12
01 10 11
1
8位异步通信方式，波特率可变
波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
2
9位异步通信方式:
波特率 fosc 2SMOD / 64
3
9位异步通信方式，波特率可变
波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
RB8：
在工作方式2和工作方式3中，它是接收到的第9位数据， 既可以作为约定好的奇偶校验位，也可以作为多机通信时 的地址帧或数据帧标志。
在工作方式1，若SM2＝0，则RB8是接收到的停止位。 工作方式0时不使用RB8。
TI：发送中断标志位，硬件置位，须软件清零。 RI：接收中断标志位，硬件置位，须软件清零。
在工作方式1时，若SM2＝1，则只有接收到有效停止位 时，接收才有效。
在工作方式0时，SM2必须设为0。
REN：允许接收控制位
REN＝1，允许接收； REN＝0，禁止接收（可发送）。
TB8：
在工作方式2和工作方式3中，它是准备发送的第9位数据 位；
可作为数据的奇偶校验位； 也可在多机通信中作为地址帧或数据帧的标志：
SMOD称为波特率选择位。
若SMOD＝1，则波特率提高一倍； 若SMOD＝0，则波特率不加倍； 整机复位时，SMOD＝0。
7.3.3串行接口的四种工作方式
1. 工作方式0 （SM0 SM1=00） 用于外接移位寄存器，用作扩展I/O口； 波特率固定为晶体振荡器频率的1/12； 串行数据通过RXD（P3.0）端输入或输出； 同步移位时钟由TXD（P3.1）端送出，作为外接
9位数据位和1位停止位。
发送的第9位数据放于TB8中； 接收的第9位数据放于RB8中；
方式2和3的区别在于波特率不同：
方式2的波特率 fosc 2SMOD / 64 方式3的波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
（1）方式2，3发送
发送的数据为9位，加起始位，停止位共11位。 启动发送之前，要发送的第9位数据装入SCON
发送数据寄存器和接收数据寄存器合用一个特殊功能寄 存器SBUF（串行口数据寄存器），字节地址为99H。
串行口控制寄存器SCON：用于设置串口的工作方式、 控制数据的接收和发送等。
电源控制寄存器PCON：用于控制串口的波特率。
发送
执行一条向SBUF写入数据的指令，启动发送； 在发送时钟的控制下
（3）波特率
波特率是指串行通信中，单位时间传送的二进制 位数，单位为bps
例：数据传送的速率每秒200帧，每帧包含11个位信息 （1个起始位、8个数据位、1个校验位、1个停止位）， 求波特率。 波特率= 11×200字符/秒＝2200波特（bps）
7.3.2 MCS-51单片机的串行接口
串行通信，按信息传送的方向：
单工 半双工 全双工
（a）单工
（b）半双工
（c）全双工
按照信息的格式，串行通信可分为：
串行异步通信 串行同步通信
（1）串行异步通信
串行异步通信中，数据或字符按帧(即一个字符或 字节)在线路上传送。空闲时线路为高电平。
帧由四个部分组成： 起始位：低电平 “0” 数据位： 5-8位数据，低位在前，高位在后 奇偶校验位： （可省略） 停止位：高电平的停止位“1” 1位，1位半，或2位
第n个字符
第n+1个字符
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1
起始位
数据位
奇偶校验位 停止位 起始位
由于异步串行通信每传送一帧数据都有固定格式， 通信双方只需按约定的帧格式来发送和接收数据， 所以，硬件结构比串行同步通信方式简单；
SM2：多机通信控制位
在方式2和3中，用于主—从式多机通信的控制位。 SM2＝1：
如果第9位数据(RB8)为1，移位寄存器中的数据装入接收数据缓 冲器，并置中断标志RI＝1。
则当接收到的第9位数据(RB8)为0，接收无效；
SM2＝0：
接收到一帧数据后，无论第9位是0还是1，都置中断标志RI＝1， 移位寄存器中的数据都装入接收数据寄存器中。
1 功能
MCS-51有1个全双工串行异步通信接口，可同时 发送接收数据。
发送、接收数据的过程均可工作在查询方式或中 断方式，使用灵活。
四种工作方式：
方式0：
同步移位寄存器方式
方式1：
8位的异步通信方式
方式2和3： 9位的异步通信方式
不同的工作方式，波特率不同：
方式0和2的波特率直接由系统时钟产生； 方式1和3的波特率可变，由定时/计数器T1的
2. 方式2的波特率
仅需设置PCON中SMOD位的值：
方式2的波特率 fosc 2SMOD / 64
当SMOD＝0时，波特率为fosc的1/64； 若SMOD＝1时，则波特率为fosc的1/32；
3. 方式1和方式3的波特率
方式1和方式3 设置SMOD的值 设置TMOD和T1的初值，确定定时/计数器T1的 溢出率
7.3 串行接口
主要内容
7.3.1 通信的基本概念 7.3.2 MCS-51单片机串行口的功能和结构 7.3.3 串行口的工作方式 7.3.4 串行口的编程及应用
7.3.1通信的基本概念
（a）并行通信
（b）串行通信
7.3.1通信的基本概念
D0~D7
D0~D7
计
计
算
算
机
机 控制或选通
收发一帧数据的格式为：
1位起始位 8位数据位 1位停止位
TXD用于发送数据，RXD用于接收数据；
波特率 T1溢出率 2SMOD / 32
其中，SMOD为波特率倍增选择位，可取0或1，T1的溢出 率取决于计数速率和定时器的初值。
（1）方式1发送
TI=0时，当CPU执行一条向SBUF写数据的命令时，就 启动数据发送。
例：已知805l单片机时钟振荡频率为11.0592 MHZ，选用定时器T1工作方式2作波特率发 生器，波特率为2400波特，求初值X。
解：设波特率控制位SMOD＝0，则有：
波特率
fosc
2SMOD / 32
12 (256 X)
X 256 20 11.0592106 244 F4H 3212 2400