串行通訊的基本概念

通訊的基本方式：串行通訊與并行通訊，串行同步通訊、串行異步通訊，單工、半雙工和全雙工串行通訊。

并行通訊：數據各位同時傳送。 串行通訊：數據一位一位順序傳送。

串行異步通訊：按照事先約定好的速率收發數據。

串行同步通訊

一種串行同步通訊的方法：需要有數據端、同步時鐘端。

MCS-51串行口的基本結構

發送器：將CPU送來的并行數據，通過發送移位寄存器變為串行數據逐位發送，并自動添加起始位、停止位和奇偶校驗位。

接收器：將接收到的串行數據，經接收移位寄存器變為并行數據，去掉起始位、停止位后，將正確數據送到接收數據緩沖器，供CPU讀取。

控制器：接收CPU送來的編程命令，按選定方式實現對串行接口的控制。主要控制參數有：傳送波特率的選擇、數據格式的選擇等。另外還與CPU交換狀態信號和中斷信號。

SCON為串行口控制/狀態寄存器，通過編程寫入SCON的控制位可選擇串行口的工作方式，讀出SCON的狀態位可查詢串行口的工作狀態。

定時/計數器T1被用作串行口的波特率發生器，由可控分頻電路決定數據傳送的波特率。

串行口信息的發送/接收是通過寫/讀數據緩沖區SBUF來實現的。

串行口的SFR

串行數據緩沖器SBUF（99H）

串行口有兩個8位數據緩沖器，一個是發送數據緩沖器SBUF，一個是接收數據緩沖器SBUF。它們共用一個地址99H，發送SBUF只能寫入，而接收SBUF只能讀出。

通過指令區分： MOV SBUF, A（寫指令，發送） MOV A, SBUF（讀指令，接收）

控制寄存器SCON（98H）

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

節電控制寄存器PCON（87H）

SMOD（D7）

復位后狀態均為00H

串行口控制寄存器SCON

SM0、SM1：串行口4種工作方式選擇位

SM2：方式2和方式3中的多機通信控制位。在方式2和方式3中，如SM2=1，則當接收到的第9位數據（RB8）為0時，不激活接收中斷標示RI（RI=1）.在方式1中，如SM2=1，則只有當接收到有效停止位時才激活RI，若沒有接收到有效停止位，則RI清0.在方式0中，SM2必須為0.

需要多機通訊時SM2設為1，不需要時SM2設為0.

REN: 允許串行接收位。REN=1允許接收；REN=0禁止接收，由軟件置位或清0.

TB8：是工作在方式2和3時，要發送的第9位數據，可由軟件置1或清0.在許多的通訊協議中，該位奇偶校驗位。在多機通訊中用來表示是地址幀還是數據幀，TB8=1為地址幀，TB8=0為數據幀。

RB8：當工作在方式2和3時，為接收到的第9位數據。

TI：發送中斷標志位，在方式0串行發送第8位數據結束時由硬件置1，或在其他方式串行發送停止位后置1，并申請中斷。CPU響應中斷后，可發送下一幀數據，TI必須由軟件清0.

RI：為接收結束中斷標志。在方式0中，當接收到一幀數據的第8位結束時，RI=1.在其他方式中，接收到停止位后，RI=1，表示可讀取接收SBUF中的內容。RI必須由軟件清0.

每次發送和接收前，要注意先將TI和RI標志位清0.

串行口作為一個中斷源，中斷入口地址只有一個（0023H），當用中斷方式同時進行發送和接收時，可通過查詢TI和RI狀態確定是發送還是接收結束引起的中斷。

節點控制寄存器PCON

PCON主要用于節電運行方式控制，PCON.7用作串行口波特率加倍控制位。當設定SMOD=1時，波特率加倍，當SMOD=0時，波特率不加倍。

SM0、SM1工作方式選擇位

8位和9位是指串行通訊中一幀數據的有效位

工作方式0：（SM0 = 0 SM1 = 0）

串行口方式0為8位數據同步移位寄存器方式。RXD引腳位同步數據的輸入/輸出端，TXD引腳為同步移位脈沖輸出端。一個數據幀為8位，每一個移位脈沖對應數據幀的一個數據位。方式0的波特率固定為fosc/12.

發送時前提是REN位為0（表示禁止接收），當給SBUF寫入數據并把工作方式設置成0時，REN=1表示允許接收。在TXD管腳輸出的每一個時鐘有效期間內，讀取每個位并存到移位寄存器中完成接收操作。當把8位數據都發送出去時TI位置1，表示發送工作結束

接收到8位數據時自動把RI置1表示接收完一幀數據。TI和RI分別是發送和接收到有效數據的標志。

方式0相當于串行通訊中的同步通訊。方式0下串行口相當于半雙工狀態。

半雙工指的是發送和接收必須是分時存在的，兩個功能不能同時完成。

方式0的說明：

寫入SCON使REN=0，TI=0；然后執行寫入SBUF的指令，8位數據裝入發送SBUF，硬件啟動串行口發送器進行一次發送。通過發送移位寄存器將8位數據逐位送到RXD引腳，每個機器周期內發送一位數據。對應發送數據的每一位，有TXD引腳同步輸出一個移位脈沖。發送完一幀，自動置位TI標志，并申請串行口中斷。若cpu響應中斷，則將從0023H單元開始執行串行口的中斷服務程序。

寫入SCON使REN=1、RI=0，將啟動串行口接收器開始接收。由TXD輸出移位脈沖，每對應一個移位脈沖，采樣一次RXD引腳信號。每個機器周期采樣一次RXD引腳，采樣的數據送入接收移位寄存器后，接收移位寄存器左移一位。接收完一幀，自動置位RI標志，申請串行口中斷，并將接收下來的8位數據裝入接收SBUF中，若CPU響應中斷，則從0023H單元開始執行串行口的中斷服務程序。

串行口方式0常用于擴展單片機的并行I/O口，也可外接串行同步I/O設備。用于方式0輸入/輸出數據皆通過RXD端，因此方式0位半雙工方式，只能分時進行發送和接收。

方式1 （SM0=0 SM1=1）

功能說明：串行口方式1為8位數據全雙工異步通信方式。TXD為發送數據端，RXD為接收數據段。一個數據幀為10位，包含8位數據位，1個起始位“0”和1個停止位“1”。串行口用方式1工作時，使用定時器T1作為波特率發生器，波特率的設定以T1的溢出為基準，波特率計算式為：（2^SMOD/32）*T1溢出率。

方式1的時序圖

方式1功能說明

執行寫入SBUF指令，將8位數據裝入發送SBUF，并啟動發送器進行一次發送：先將起始位“0”送到TXD引腳，再從低到高逐位發送8位數據，最后發送停止位“1”。每位發送占用的時間由設定的波特率決定。發送完一幀數據，置位TI標志，申請串行口中斷。

當REN=1時，允許接收器準備接收。開始，以16倍于波特率的速率檢測RXD引腳的負跳變，當檢測到負跳變后，啟動一次接收，接收完一幀信息，判斷是否滿足條件：RI = 0，而且停止位為1（或SM2=0）。若同時滿足這兩個條件，則置位RI標志，申請串行口中斷，并將接收的8位數據裝入接收SBUF，停止位裝入RB8；否則接收無效，丟失所接收的一幀信息，且不影響RI標志。一位時間以后，接收器重新開始檢測RXD端的負跳變，以準備接收下一幀數據。

方式2、方式3

串行口方式2和方式3皆為9位數據全雙工異步通信方式，比串行口方式1增加了第9位數據位。TXD為發送數據端，RXD為接收數據端。一幀信息有11位，包括9位數據位，1個起始位“0”和1個停止位“1”。發送數據的第9位在SCON中的TB8中（8位數據在SBUF中），接收數據的第9位存入SCON中的RB8中。第9位數據位也稱為可編程位，常用作奇偶校驗位或多機通信中的地址/數據識別位。

串行口的方式2與方式3的唯一差別是波特率設定方法不同，方式2的波特率以系統時鐘為基準，計算方式為：（2^SMOD/64）*fosc. 方式3的波特率與方式1的相同，計算式為：（2^SMOD/32）*T1溢出率。

方式2、3的功能說明

發送時，應先將發送數據的第9位送入TB8，再寫入8位數據發送SBUF，使發送器啟動一次發送，將一幀數據逐位送到TXD引腳：發送起始位“0”之后，再發送SBUF中的8位數據，接著發送TB8中的第9位，最后發送停止位“1”。一幀發送結束，置位TI標志，申請串行口中斷。

方式2和方式3的接收過程和方式1的接收過程基本相同，但RB8中裝入的是接收數據的第9位，而不是停止位。接收有效必須同時滿足的兩個條件改為：RI=0，且接收的第9位數據位為1（或SM2=0）。當正確接收到一幀數據后，前面8位數據進入接收SBUF，第9位數據進入RB8.

波特率的制定

波特率的定義：串行口每秒鐘發送或者接收的位數。

串行口方式0的波特率是固定的，為系統時鐘的12分頻（fosc/12），即每個機器周期傳送一位數據位。

串行口用方式2工作時，波特率為（2^SMOD/64）* fosc。SMOD為PCON中的D7位，即波特率加倍選擇位。方式2可有兩種波特率供選擇，當SMOD=0時，波特率位focs/64；當SMOD=1時，波特率則為fosc/32.

串行口方式1和方式3用定時器T1作為波特率發生器，其波特率有多種選擇，與T1的溢出率有關。

波特率=（2^SMOD/32）* T1溢出率

T1溢出率：T1溢出時間的倒數

T1用于波特率發生器時一般工作于非門控（GATE=0）定時器方式2，即常數自動重裝入方式。

fosc：晶振的頻率

串行口用方式1和方式3工作時，當需要很低的波特率時，也可選擇T1工作于方式1，但需利用T1溢出中斷來實現軟件重裝初值，T1用方式1工作時溢出率為

N為T1溢出后用軟件重裝初值所需的機器周期數。

T1產生的常用波特率

方式0和方式2的波特率是由晶振產生。方式1和3波特率產生是由T1口的溢出率決定，用戶可以隨意設定。

波特率計算的幾點注意事項：

（1）波特率的相對誤差不大于2.5%

（2）注意SMOD位對波特率的影響

例如：通訊波特率設為2400，晶振頻率為6MHz，計算T1 的計時常數。

當SMOD=0時，計時常數約為249，相對誤差7%

當SMOD=1時，計時常數約為243，相對誤差為0.16%。

MCS-51雙機串行通訊的實現

如何進行物理連線？

對串行口進行編程時，應注意1：設置相同的波特率；2：設定相同的串行口的工作方式；3：設計中斷服務程序或查詢程序，注意對TI、RI的處理（硬件置位、軟件清0）

波特率的選擇？

工作方式的選擇？

如何編程實現？

方式3發送50H~55H的內容

待發送的16個字節存放在片內RAM中，地址位為50H~5FH，串行口波特率為2400，波特率發送器T1工作于方式2，且SMOD=0, 晶振為11.0592MHz，計算得到的TL1的初值位F4H，串行口工作于方式3，第9位發送奇偶校驗位。

方式3接收（通過查詢的方法）

接收到的16個字節存放在片內RAM中

地址為50H~5FH

串行口波特率為2400

波特率發生器T1工作于方式2，且SMOD=0

晶振為11.0592MHz

計算得到TL1的初值為F4H

串行口工作于方式3

奇偶校驗方式判斷接收數據書否出錯

設校驗出錯標志位F0

雙機通訊小結

物理接線：TXD---RXD、RXD------TXD 共地

必須一致的波特率

必須一致的工作方式

各自的發送和接收程序可以不同

提高：多機通訊

主機與各從機實現全雙工通信，而各從機之間只能通過主機交換信息。

下圖是由MCS-51構成的集散式分布系統

多機通信控制位SM2的使用：

當串行口以方式2（或方式3）接收時，若SM2=1，則只有接收到第9位數據為1，才將接收的數據裝入接收SBUF,并置位RI標志；否則，不會置位RI，也不產生中斷請求，一幀信息被丟棄。

若SM2=0，則接收到的第9位不論是0還是1，都會將數據裝入SBUF，并置位RI標志。根據這一功能，可實現多機系統中主從一對一通信。

（1）令所有從機SM2=1，處于只接收地址幀狀態（第9位為1）

(2) 主機令TB9=1, 并發送地址呼叫信息

(3) 各從機接收到地址幀后，將接收到的地址與本機地址編號相比較，確認是否為被呼叫目標。

（4）被呼叫從機使SM2請0，變為接收數據幀狀態，而未被呼叫從機仍保持SM2=1.

（5）主機使TB9=0，發送控制或數據信息

（6）只有SM2=0的從機能接收到控制或數據信息，仍保持SM2=1的從機不予理睬。

主機向02號從機發送50H~5FH單元內的數據。發送程序如下：

RS-232的“D”型9針插頭的引腳定義

雙MCS51通過RS232接口通訊

總結

以上是生活随笔為你收集整理的MCS-51 串行口的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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