51單片機(jī)串口通信及波特率設(shè)置

1. 數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF

SBUF是可以直接尋址的專用寄存器。物理上，它對(duì)應(yīng)著兩個(gè)寄存器，即一個(gè)發(fā)送寄存器一個(gè)接收寄存器，CPU寫SBUF就是修改發(fā)送寄存器；讀SBUF就是讀接收寄存器。接收器是雙緩沖的，以避免在接收下一幀數(shù)據(jù)之前，CPU未能及時(shí)的響應(yīng)接收器的中斷，沒(méi)有把上一幀的數(shù)據(jù)讀走而產(chǎn)生兩幀數(shù)據(jù)重疊的問(wèn)題。對(duì)于發(fā)送器，為了保持最大的傳輸速率，一般不需要雙緩沖，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊問(wèn)題。

2. 狀態(tài)控制寄存器SCON

SCON是一個(gè)逐位定義的8位寄存器，用于控制串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送，指示串口的狀態(tài)，SCON即可以字節(jié)尋址也可以位尋址，字節(jié)地址98H，地址位為98H~9FH。它的各個(gè)位定義如下：

MSB LSB

SM0和SM1是串口的工作方式選擇位，2個(gè)選擇位對(duì)應(yīng)4種工作方式，如下表，其中Fosc是振蕩器的頻率。

SM2在工作方式2和3中是多機(jī)通信的使能位。在工作方式0中，SM2必須為0。在工作方式1中，若SM2=1且沒(méi)有接收到有效的停止位，則接收中斷標(biāo)志位RI不會(huì)被激活。在工作方式2和3中若SM2=1且接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為0，則接收中斷標(biāo)志RB8不會(huì)被激活，若接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1，則RI置位。此功能可用于多處理機(jī)通信。

REN為允許串行接收位，由軟件置位或清除。置位時(shí)允許串行接收，清除時(shí)禁止串行接收。

TB8是工作方式2和3要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在許多通信協(xié)議中該位是奇偶位，可以按需要由軟件置位或清除。在多處理機(jī)通信中，該位用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。

RB8是工作方式2和3中接收到的第9位數(shù)據(jù)（例如是奇偶位或者地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位），在工作方式1中若SM2=0，則RB8是已接收的停止位。在工作方式0中RB8不使用。

TI 為發(fā)送中斷標(biāo)志位，由硬件置位，軟件清除。工作方式0中在發(fā)送第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式時(shí)，在發(fā)送停止位開(kāi)始時(shí)由硬件置位。TI=1時(shí)，申請(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何工作方式中都必須由軟件清除TI。

RI為接收中斷標(biāo)志位，由硬件置位，軟件清除。工作方式0中在接收第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式時(shí)，在接收停止位的中間由硬件置位。RI=1時(shí)，申請(qǐng)中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。但在工作方式1中，SM2=1且未接收到有效的停止位時(shí)，不會(huì)對(duì)RI置位。在任何工作方式中都必須由軟件清除RI。

系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，SCON的所有位都被清除。

控制寄存器PCON也是一個(gè)逐位定義的8位寄存器，目前僅僅有幾位有定義，如下所示：

MSB LSB

僅最高位SMOD與串口的控制有關(guān)，其他位與掉電方式有關(guān)。PCON的地址為87H只能按字節(jié)尋址，SMOD是串行通信波特率系數(shù)控制位，當(dāng)串口工作在工作方式1、2時(shí)，若使用T1作為波特率發(fā)生器其SMOD=1則波特率加倍（見(jiàn)下面詳述）。

GF1 和GF0用于一般的用途，對(duì)于AT89系列為通用的標(biāo)志位，PD為電源下降位，對(duì)于AT89系列，PD為1進(jìn)入掉電狀態(tài)，IDL為IDLE模式位，對(duì)于AT89系列，IDL為1進(jìn)入空閑工作方式，在PD和IDL同時(shí)為1時(shí)，PD優(yōu)先。

（1） 工作方式0

SM0=0且SM1=0時(shí)，串口選擇工作方式0，實(shí)質(zhì)這是一種同步移位寄存器模式。

其數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈使潭镕osc/12，數(shù)據(jù)由RXD引腳輸入或輸出，同步時(shí)鐘由TXD引腳輸出。接收/發(fā)送的是8位數(shù)據(jù)，傳輸是低位在前，幀格式如下：

（2）工作方式1

當(dāng)SM0=0且SM1=1時(shí)，串口選擇工作方式1，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈视啥〞r(shí)/計(jì)數(shù)器T1、T2的溢出速率決定，可通過(guò)程序設(shè)定。當(dāng)T2CON寄存器中的RCLK和TCLK置位時(shí)，用T2作為發(fā)送和接收波特率發(fā)生器，而RCLK=TCLK=0時(shí)，用T1作為波特率發(fā)生器，兩者還可以交叉使用，即發(fā)送和接收采用不同的波特率。數(shù)據(jù)由TXD引腳發(fā)送，由RXD引腳接收。

發(fā)送或接收一幀的數(shù)據(jù)為10位，即1位起始位（0）、8位數(shù)據(jù)位（低位在先）和1位停止位（1）。真格式如下：

類似于工作方式0，當(dāng)執(zhí)行任一條SBUF指令時(shí)，就啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在執(zhí)行寫入SBUF的指令時(shí)，也將“1”寫入發(fā)送移位寄存器的第9位，并通知發(fā)送控制器有發(fā)送請(qǐng)求。實(shí)際上，發(fā)送過(guò)程始于內(nèi)部的16分頻計(jì)數(shù)器下次滿度翻轉(zhuǎn)（全“1”變?nèi)?ldquo;0”）后的那幾個(gè)機(jī)器周期的開(kāi)始。所以，每位的發(fā)送過(guò)程與16分頻計(jì)數(shù)器同步，而不是與“寫SBUF”同步。

此方式的工作過(guò)程包括發(fā)送和接收兩部分。

當(dāng)執(zhí)行任一條寫SBUF指令時(shí)，就啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在執(zhí)行寫入SBUF的指令時(shí)，也將“1”寫入發(fā)送移位寄存器的第9位，并使發(fā)送控制器開(kāi)始發(fā)送。在這期間，內(nèi)部的定時(shí)保證寫入SBUF與激活發(fā)送之間有一個(gè)完整的機(jī)器周期。當(dāng)發(fā)送脈沖有效后，移位寄存器的內(nèi)容由RXD引腳串行移位輸出，移位脈沖由TXD引腳輸出。

在發(fā)送有效的每個(gè)機(jī)器周期，發(fā)送移位寄存器右移一位，就在其左邊補(bǔ)“0 ”。當(dāng)數(shù)據(jù)的最高位移到移位寄存器的輸出時(shí)，原寫入第9位的“1”正好移到最高位的左邊一位，由此向左的所有位都為“0”，這標(biāo)志著發(fā)送控制器要進(jìn)行最后依次移位，并撤消發(fā)送有效，同時(shí)使發(fā)送中斷標(biāo)志TI置位。

當(dāng)REN=1且接收中斷標(biāo)志RI位清除時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)接收過(guò)程。在下一個(gè)機(jī)器周期，接收控制器將“11111110”寫入接收移位寄存器，并在下一周期內(nèi)激發(fā)接收有效，同時(shí)由TXD引腳輸出移位脈沖。在移位脈沖的控制下，接收移位寄存器的內(nèi)容每一個(gè)機(jī)器周期左移一位，同時(shí)由RXD引腳接收一位輸入信號(hào)。

每當(dāng)接收移位寄存器左移一位，原寫入的“11111110”也左移一位。當(dāng)最右邊的“0”移到最左邊時(shí)，標(biāo)志著接收控制器要進(jìn)行最后一次移位。在最后移位即將結(jié)束時(shí)，接收移位寄存器的內(nèi)容送入到接收數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF，然后在啟動(dòng)接收的第10個(gè)機(jī)器周期時(shí)，清除接收信號(hào)，將RI置位。

如果在第一個(gè)時(shí)鐘周期中接收到的不是起始位（“0”），就復(fù)位接收電路，繼續(xù)檢測(cè)RXD引腳上1到0的跳變。如果接收到的是起始位，就將其移入接收移位寄存器，然后接收該幀的其他位。接收到的位從右邊移入，原來(lái)寫入的1從左邊移出，當(dāng)起始位移到最左邊時(shí)，接收控制器將控制進(jìn)行最后一次移位，把接收到的第9為數(shù)據(jù)送到接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF和RB8，同時(shí)置位RI。

在進(jìn)行最后一次移位時(shí)，能將數(shù)據(jù)送入到接收數(shù)據(jù)緩沖器SBUF和RB8而且置位RI的條件如下：

● RI=0，即上一真數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，發(fā)出的中斷請(qǐng)求已經(jīng)被響應(yīng)，SBUF中的上一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)被取走。

● SM2=0或接收到的停止位為1。

這兩個(gè)條件有一個(gè)不滿足接收到的數(shù)據(jù)就有可能丟失，并且無(wú)法修復(fù)；如兩者都滿足則數(shù)據(jù)裝入SBUF，停止位裝入RB8且置位RI。

開(kāi)始發(fā)送后的一個(gè)位周期，發(fā)送信號(hào)有效，開(kāi)始將起始位送TXD引腳。一位時(shí)間后，數(shù)據(jù)信號(hào)有效。發(fā)送移位寄存器將數(shù)據(jù)由低位到高位順序輸出至TXD引腳。一位時(shí)間后第一個(gè)移位脈沖出現(xiàn)，將最低數(shù)據(jù)位從右邊移出，同時(shí)從左邊補(bǔ)上“0”。當(dāng)數(shù)據(jù)的最高位移到移位寄存器的輸出端時(shí)，先前寫入第9位的“1”正好移到最高位的左邊一位，而它的左區(qū)全部為“0”。在第10個(gè)位周期（16分頻計(jì)數(shù)器回0時(shí)），發(fā)送控制器要進(jìn)行最后一次清除發(fā)送信號(hào)，同時(shí)使發(fā)送中斷標(biāo)志TI置位。

當(dāng)REN=1且接收中斷標(biāo)志RI位清除后，若在RXD引腳上檢測(cè)到一個(gè)由“1”到“0”的跳變，立即啟動(dòng)一次接收的過(guò)程。同時(shí)復(fù)位16分頻計(jì)數(shù)器，使輸入位的邊沿與時(shí)鐘對(duì)齊，并將1FFH（9個(gè)“1”）寫入接收移位寄存器。接收控制器繼續(xù)以波特率的16倍的速率繼續(xù)對(duì)RXD引腳進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)每一位時(shí)間的第7、8、9個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)的采樣值用多數(shù)表決法，當(dāng)2次或2次以上的采樣值相同時(shí)，采樣值被接受。

（1） 工作方式2和3

當(dāng)SM0=1且SM1=0時(shí)，串口選擇工作方式2，當(dāng)SM0=1且SM1=1時(shí)，串口選擇工作方式3。數(shù)據(jù)由TXD引腳發(fā)送由RXD引腳接收。

發(fā)送和接收的一幀信息為11位，即1位起始位（0），9位數(shù)位（低位在前,第9位數(shù)據(jù)位是可編程位）1位停止位（1）。發(fā)送時(shí)，可編程位（TB8）可賦0或1，接收時(shí)可編程位進(jìn)入SCON中的RB8。幀的格式如下：