51單片機(jī)的串行通信口基本常識(shí)

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（SBUF），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫(xiě)入，而發(fā)送緩沖器則只能寫(xiě)入不能讀出，它們的地址為99H。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。下面我們分別介紹。

[1].基本概念

數(shù)據(jù)通信的傳輸方式
常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。

單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡(jiǎn)單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。

半雙工方式：數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收/發(fā)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。

全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設(shè)備較復(fù)雜。

多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號(hào)，為了充分地利用線路資源，可通過(guò)使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時(shí)分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們盛之為多工傳輸方式。

串行數(shù)據(jù)通信兩種形式
異步通信
在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘，它們的工作是非同步的，異步通信用一幀來(lái)表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，僅接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位，圖2是傳輸45H的數(shù)據(jù)格式。

同步通信
同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，為了克服在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送數(shù)據(jù)量較大的場(chǎng)合，速度就慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數(shù)據(jù)塊時(shí)先送出一個(gè)同步頭（字符）標(biāo)志即可。

同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢(shì)。但同步傳輸方式也有其缺點(diǎn)，即它必須要用一個(gè)時(shí)鐘來(lái)協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。

串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率
串行數(shù)據(jù)傳輸速率有兩個(gè)概念，即每秒轉(zhuǎn)送的位數(shù)bps（Bit per second）和每秒符號(hào)數(shù)—波特率（Band rate），在具有調(diào)制解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)制速率有關(guān)。

[2].MCS-51的串行口和控制寄存器

串行口控制寄存器

MCS-51單片機(jī)串行口寄存器結(jié)構(gòu)如圖3所示。SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個(gè)寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向發(fā)送緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。

此外，從圖中可看出，接收緩沖器前還加上一級(jí)輸入移位寄存器，MCS-51這種結(jié)構(gòu)目的在于接收數(shù)據(jù)時(shí)避免發(fā)生數(shù)據(jù)幀重疊現(xiàn)象，以免出錯(cuò)，部分文獻(xiàn)稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖器結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就不需要這樣設(shè)置，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)，CPU是主動(dòng)的，不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

串行通信控制寄存器
在上一節(jié)我們已經(jīng)分析了SCON控制寄存器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如下：

表1SCON寄存器結(jié)構(gòu)

SCON

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

位地址

9FH

9EH

8DH

9CH

9BH

9AH

99H

98H

下面我們對(duì)各控制位功能介紹如下：
(1).SM0、SM1：串行口工作方式控制位。
SM0，SM1工作方式
00方式0
01方式1
10方式2
11方式3

(2).SM2：多機(jī)通信控制位。
多機(jī)通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作于方式2或3，以及SM2=1時(shí)，只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1時(shí)，才把接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，且置位RI發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)SM2=0時(shí)，就不管第位數(shù)據(jù)是0還是1，都難得數(shù)據(jù)送入SBUF，并發(fā)出中斷申請(qǐng)。
工作于方式0時(shí)，SM2必須為0。

(3).REN：允許接收位。
REN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，REN=1時(shí)，允許接收，REN=0時(shí)，禁止接收。

(4).TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位8。
在方式2和方式3中，TB8是要發(fā)送的——即第9位數(shù)據(jù)位。在多機(jī)通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)牡刂愤€是數(shù)據(jù)，TB8=0為數(shù)據(jù)，TB8=1時(shí)為地址。

(5).RB8：接收數(shù)據(jù)位8。
在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)，用以識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征。

(6).TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。
可尋址標(biāo)志位。方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位，其它方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示幀發(fā)送結(jié)束，TI可由軟件清“0”。

(7).RI：接收中斷標(biāo)志位。
可尋址標(biāo)志位。接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=1表示幀接收完成。

電源管理寄存器PCON
PCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址是87H，其結(jié)構(gòu)格式如下：

表2PCON電源管理寄存器結(jié)構(gòu)

PCON

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

位符號(hào)

SMOD

-

-

-

GF1

GF0

PD

IDL

在CHMOS型單片機(jī)中，除SMOD位外，其他位均為虛設(shè)的，SMOD是串行口波特率倍增位，當(dāng)SMOD=1時(shí)，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為SMOD=0。

中斷允許寄存器IE
中斷允許寄存器在前一節(jié)中已闡述，這里重述一下對(duì)串行口有影響的位ES。ES為串行中斷允許控制位，ES=1允許串行中斷，ES=0，禁止串行中斷。

表3IE中斷允許控制寄存器結(jié)構(gòu)

位符號(hào)

EA

-

-

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

位地址

AFH

AEH

ADH

ACH

ABH

AAH

A9H

A8H