3.4 单片机的串行通信

51系列单片机内部有一个全双工串行口。串行通信是数据一位一位传输通信方式，它的突出优点适用于远距离通信，缺点传输速率慢。串行通信有两种通信方式：同步通信和异步通信。同步通信是一种连续传输数据的通信方式，一次通信传送多个字符数据，称为一帧信息。数据传输速率相对较高通常可以达到56000bit/s及以上。其缺点则是要求发送的时钟频率和接收时钟频率保持严格同步。异步通信中数据通常是以字符或者字节为单位组成数据帧进行传送。收发两端各自拥有彼此独立互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式相同，所以可以相互识别接收到的数据信息。

1.串行控制状态寄存器

串行控制状态寄存器（SCON）是一个逐位定义的8位寄存器，用于选择串行工作方式、控制串行的接收、发送和检测状态，字节地址是98H，位地址98H～9FH，见表3-9。

表3-9 SCON

SM0和SM1：串行工作方式控制位见表3-10。

表3-10 SCON工作方式

SM2：多机通信控制位。仅用于方式2和方式3多机通信。其中发送机SM2=1（需要程序控制设置）。接收机的串行工作于方式2或3，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发出中断申请引发串行接收中断，否则会将接收的数据放弃。当SM2=0时，不管第9位数据是0还是1，都将数据送入SBUF，并置位RI发出中断申请。工作于方式0时，SM2必须为0。

REN：串行接收允许位：REN=0时，禁止接收；REN=1时，允许接收。

TB8：在方式2、3中，TB8是发送机要发送的第9位数据。在多机通信中它代表传输的地址或数据，TB8=0为数据，TB8=1为地址。

RB8：在方式2、3中，RB8是接收机接收到的第9位数据，该数据正好来自发送机的TB8，从而识别接收到的数据特征。

TI：串行发送中断请求标志。当CPU发送完一串行数据后，此时SBUF寄存器为空，硬件使TI置1，请求中断。CPU响应中断后，由软件对TI清零。

RI：串行接收中断请求标志。当串行接收完一帧数据时，此时数据装载SBUF寄存器，硬件使RI置1，请求中断。CPU响应中断后，用软件对RI清零。

2.电源控制寄存器PCON

电源控制寄存器PCON字节地址是87H，并且不可对其进行位寻址，见表3-11。

表3-11 PCON

IDL：待机方式位，IDL=1进入待机工作位。若PD=1、IDE=1，则进入掉电工作方式。复位PCON所有位都是0。

PD：掉电方式位。

GF1、GF0：通用标志位，用户使用软件置位、复位。

SMOD：串口波特率倍增位。当SMOD被置位1并且串行通信工作在模式1、3时波特率提高1倍即波特率加倍。置位0时波特率正常。系统复位时SMOD=0。

3.串行通信工作方式

串行通信有4种工作方式。

1）方式0。方式0是同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定位f_ose/12，SM2必为0。

2）方式1。方式1是10位数据的异步通信。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。其中1位是起始位，8位数据位，1位停止位。

数据发送和接收时使用方式1是由一条写发送寄存器（SBUF）指令开始。随后在串行口由硬件自动加入起始位和停止位，构成一个完整的帧格式，而后在移位脉冲的作用下由TXD端口串行输出一帧字符发送完以后TXD输出维持在1的状态下，并将SCON寄存器TI置1让CPU可以发送下一个字符。接收数据时SCON的REN位处于允许接收状态（REN=1），串行口接收数据RXD端监测到从1到0跳变，判定起始位接收，将接收到的数据装载到接收缓冲器SBUF中，直到停止位到来，将停止位送入RB8中并置位中断标志位RI通知CPU从SBUF中取走接收到的字符。

波特率设定：方式1的波特率是可变的，其波特率由定时器1的计数溢出率和SMOD共同决定，即

其中，SMOD是PCON最高位的值，SMOD=1表示波特率加倍定时器工作在方式2。

3）方式2。方式2是固定波特率的11位的异步通信。1个起始位，9个数据位和1个停止位。发送时编程位TB8可以赋值0或1，接收时可编程位进入SCON的RB8。

波特率则是固定的，波特率=2^SMOD×f_osc/64。波特率与PCON寄存器中SMOD位的值有关。

使用方式2程序初始化：单片机外接晶振f_osc=11.0592MHz

SCON=0x80；

TMOD=0x01；

PCON=0x00；

TH1=0xFD；

TL1=0xFD；

EA=1；

EX0=1；

ES=1；

TR1=1；

4）方式3。方式3是11位异步串行通信，1个起始位，9个数据位和1个停止位，但波特率不固定其他与方式2相仿。

波特率是由定时/计数器T_{1的溢出率}和SMOD共同决定的。

波特率=2^SMOD×（定时器_1溢出率）/32；

式中，T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时，T1计数率为f_osc/12；当工作于计数器状态时，T1计数率为外部输入频率，此频率应小于f_osc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。