技術(shù)篇之MCS-51 單片機(jī)串口的相關(guān)特殊功能寄存器

與串口工作有關(guān)的特殊功能寄存器包括：串口控制寄存器SCON(圖4-18中的TI和RI均是該寄存器中的位)、串口緩沖區(qū)寄存器SBUF和電源控制寄存器PCON(圖4-18中的SMOD是該寄存器中的位)。

1.串口緩沖區(qū)寄存器SBUF

串口緩沖區(qū)寄存器SBUF的地址是99H，不能按位尋址。雖然串口發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)的名稱均為SBUF，但是在物理上它們是獨(dú)立的。

可以通過指令的操作區(qū)分發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)。因?yàn)椋邮站彌_區(qū)只能被讀出、不能被寫入，而發(fā)送緩沖區(qū)只能被寫入、不能被讀出，所以在指令中，作為目的操作數(shù)的SBUF代表發(fā)送緩沖區(qū)，作為源操作數(shù)的SBUF接收緩沖區(qū)。例如，指令“MOV SBUF,A”將累加器A中的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū);而指令“MOV A,SBUF”則將接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出并存入累加器A。

MCS-51單片機(jī)沒有專門的啟動(dòng)串口發(fā)送的指令，在滿足串口發(fā)送條件時(shí)，任何向SBUF中寫入數(shù)據(jù)的操作都可以啟動(dòng)串口的數(shù)據(jù)發(fā)送。在串口接收數(shù)據(jù)時(shí)，必須及時(shí)讀取接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，否則其中的數(shù)據(jù)有可能被新接收的數(shù)據(jù)覆蓋而導(dǎo)致丟失。

2.串口控制寄存器SCON和電源控制寄存器PCON

串口控制寄存器SCON用于監(jiān)控串口的工作狀態(tài)，其格式見表4-11。SCON中各位的作用如下：

(1)串口中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TI和RI

串口有兩個(gè)中斷請(qǐng)求位，分別是發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TI和接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位RI。

串口每發(fā)送完一個(gè)完整的字符幀后，TI被單片機(jī)硬件置1，并向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)的硬件任何時(shí)候都不會(huì)自動(dòng)將TI清0。再次發(fā)送數(shù)據(jù)前必須使用指令將TI清0，如指令“CLR TI”。另外，在中斷方式的串口程序設(shè)計(jì)中，若不及時(shí)將TI清0，單片機(jī)將誤認(rèn)為發(fā)送中斷請(qǐng)求一直存在，從而重復(fù)執(zhí)行串口中斷服務(wù)處理程序。

串口每接收到一個(gè)完整字符幀后，RI被單片機(jī)硬件置1，以向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。接收新數(shù)據(jù)前，必須通過指令將RI清0，如指令“CLR RI”。同發(fā)送過程相似，在中斷方式的程序設(shè)計(jì)中，為了避免重復(fù)發(fā)出中斷請(qǐng)求，必須及時(shí)將RI清0。

另外，TI和RI均可由軟件指令置1和清零0，并且軟件置1對(duì)單片機(jī)的影響與硬件置1的完全相同。

(2)串口工作方式選擇位SM0和SM1

串口有4種工作方式，由SM0和SM1選擇，見表4-12。在表4-12中：

1)fosc是單片機(jī)的晶振頻率，影響串口的數(shù)據(jù)傳輸速度。

2)UART是“Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”的縮寫，即通用的異步接收和發(fā)送器。

3)SMOD是電源控制寄存器PCON(見表4-13)的最高位。由表4-12中的波特率計(jì)算公式可知，當(dāng)SMOD由0變?yōu)?時(shí)，與之相關(guān)的波特率將加倍，因此SMOD又被稱為波特率倍增位。

在表4-12出現(xiàn)了“T1溢出率”，下面將介紹表4-12中“T1溢出率”的計(jì)算方法，以及在串口方式1和方式2下，如何利用“T1溢出率”計(jì)算串口通信的波特率。

如圖4-18所示，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1是串口通信的波特率發(fā)生器，此時(shí)通常將T1設(shè)置為定時(shí)器且工作于工作方式2(自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)器)，并屏蔽其中斷。T1溢出率是T1每秒鐘溢出的次數(shù)，該次數(shù)與T1的初值有關(guān)。若假設(shè)T1的初值為M，則T1相鄰兩次溢出之間的時(shí)間間隔為(256-M)/(12/fosc)，因此

式中，fosc為單片機(jī)的晶振頻率。

由表4-12和式(4-7)可知，串口的波特率計(jì)算方法見表4-14。在串行通信中，發(fā)送端和接收端須使用同樣的波特率。

表4-15給出了常用波特率及其相關(guān)設(shè)置，編程時(shí)可以通過查表的方式獲得定時(shí)器T1初值。另外，在計(jì)算波特率時(shí)，若晶振頻率為11.0592MHz，則可以得到精確的T1初值(不會(huì)產(chǎn)生小數(shù)值)，因此頻率為11.0592MHz的晶振在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常被采用。

(3)允許接收位REN

REN是串口接收數(shù)據(jù)允許位，REN=0時(shí)禁止串口接收，REN=1時(shí)允許接收。該位可以由軟件指令置1或清0。

在串行通信過程中，只有當(dāng)RI=0且REN=1時(shí)，才啟動(dòng)并允許串口接收，接收到的字符幀存入接收緩沖區(qū)。

(4)TB8

在工作方式2和工作方式3中，發(fā)送方TCON寄存器中的TB8將出現(xiàn)在發(fā)送字符幀中，并且位于數(shù)據(jù)位D7之后。另外，在具有一臺(tái)主機(jī)和多態(tài)從機(jī)的多機(jī)體通信中，TB8可以作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的區(qū)分標(biāo)志。當(dāng)TB8=1時(shí)，字符幀的數(shù)據(jù)位代表從機(jī)的編號(hào)，即字符幀為地址幀;而當(dāng)TB8=0時(shí)，數(shù)據(jù)位是實(shí)際要發(fā)送的數(shù)據(jù)，即字符幀為數(shù)據(jù)幀。

(5)RB8

RB8與TB8相對(duì)應(yīng)，在工作方式2和工作方式3中，接收方將接收到含有發(fā)送方TB8的字符幀，并且發(fā)送方的TB8將被硬件自動(dòng)送入接收方SCON寄存器的RB8位。換句話說，當(dāng)接收緩沖區(qū)接收到一個(gè)完整字符幀后，接收方RB8的值將與發(fā)送方TB8的值相同。

(6)多機(jī)控制位SM2

串口的方式2和方式3屬于多機(jī)通信方式，SM2用于控制實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。在多機(jī)通信系統(tǒng)中僅有一臺(tái)主機(jī)，可以有多臺(tái)從機(jī)。每次通信時(shí)，主機(jī)需從多臺(tái)從機(jī)中選擇一臺(tái)從機(jī)并與之進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，多機(jī)通信過程可以分為如下幾個(gè)步驟：

1)主機(jī)發(fā)向所有從機(jī)發(fā)送地址幀，地址幀的數(shù)據(jù)位代表從機(jī)編號(hào)。發(fā)送時(shí)要求主機(jī)的SM2=0，所有從機(jī)的SM2=1。

2)所有從機(jī)接收到地址幀后，將其中的從機(jī)編號(hào)與自身的編號(hào)相比較，比較相同的從機(jī)(即被主機(jī)選中的從機(jī))的SM2被清0，而其他從機(jī)的SM2依然為1。

3)被選中的從機(jī)與主機(jī)之間進(jìn)行一對(duì)一的數(shù)據(jù)傳輸。

4)主機(jī)與從機(jī)通信結(jié)束后，被選中從機(jī)的SM2被重新置1，為下一次多機(jī)通信做準(zhǔn)備。

多機(jī)通信中，從機(jī)接收數(shù)據(jù)后能否產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，與SM2、RB8和RI的取值有關(guān)，見表4-16。