51單片機串行口--同步移位寄存器

MCS-51單片機的串行口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實現(xiàn)串行異步通信，還可以用作同步移位寄存器。如果在串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)成標準的RS-232接口。

MCS-51單片機的串行接口是一個全雙工通信接口，它有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。但是發(fā)送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。兩個緩沖器共用一個地址（99H）。

數(shù)據(jù)通信的基本概念

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)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。
• 半雙工方式：數(shù)據(jù)可實現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進行，實際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實現(xiàn)收/發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。
• 全雙工方式：允許雙方同時進行數(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，為了充分地利用線路資源，可通過使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時分或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實現(xiàn)在同一線路上資源共享功能。

根據(jù)同步方式，串行數(shù)據(jù)通信有兩種形式，如圖5-5所示。

• 異步通信。在這種通信方式中，接收器和發(fā)送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的。異步通信用一幀來表示一個字符，其內(nèi)容是一個起始位，緊接著是若干個數(shù)據(jù)位。
• 同步通信。同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制，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，占用了傳輸時間，若要求傳送數(shù)據(jù) 量較大，速度就會慢得多。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)塊時先送出一個同步頭（字符）標志即可。
• 同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢。但同步傳輸方式也有其缺點，即它必須要用一個時鐘來協(xié)調(diào)收發(fā)器的工作，所以它的設(shè)備也較復(fù)雜。

MCS-51的串行口控制寄存器

在完成串行口初始化后，發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用MOV SBUF,A指令，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，則CPU自動啟動和完成串行數(shù)據(jù)的輸出；接收數(shù)據(jù)時，采用MOV　A,SBUF指令，CPU就自動將接收到的數(shù)據(jù)從SBUF中讀出。

控制MCS-51單片機串行接口的控制寄存器有兩個——特殊功能寄存器SCON和PCON，用以設(shè)置串行端口的工作方式、接收/發(fā)送的運行狀態(tài)、接收/發(fā)送數(shù)據(jù)的特征、數(shù)據(jù)傳輸率的大小，以及作為運行的中斷標志等，其格式如下：

① 串行口控制寄存器SCON。SCON的字節(jié)地址是98H，位地址（由低位到高位）分別是98H一9FH。SCON的格式如下：

SM0、SMl：串行口工作方式控制位。

00——方式0；01——方式1；

10——方式2；11——方式3。

SM2：僅用于方式2和方式3的多機通信控制位。

發(fā)送機SM2＝1（要求程控設(shè)置）。

當(dāng)為方式2或方式3時：

接收機 SM2＝1時，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，不引起串行接收中斷。SM2＝0時，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，亦可引起串行接收中斷。

• REN串行接收允許位：0——禁止接收；1——允許接收。
• TB8：在方式2、3中，TB8是發(fā)送機要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。
• RB8：在方式2、3中，RB8是接收機接收到的第9位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來自發(fā)送機的TB8。
• TI：發(fā)送中斷標志位。發(fā)送前必須用軟件清零，發(fā)送過程中TI保持零電平，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動置1。如要再發(fā)送，必須用軟件再清零。
• RI：接收中斷標志位。接收前，必須用軟件清零，接收過程中RI保持零電平，接收完一幀數(shù)據(jù)后，由片內(nèi)硬件自動置1。如要再接收，必須用軟件再清零。

② 電源控制寄存器PCON。PCON的字節(jié)地址為87H，無位地址，其格式如下：

PCON是為在CMOS結(jié)構(gòu)的MCS-51單片機上實現(xiàn)電源控制而附加的，對于HMOS結(jié)構(gòu)的MCS-51系列單片機，除了第7位外，其余都是虛設(shè)的。與串行通信有關(guān)的也就是第7位，稱作SMOD，它的用處是使數(shù)據(jù)傳輸率加倍。

SMOD：數(shù)據(jù)傳輸率加倍位。在計算串行方式1，2，3的數(shù)據(jù)傳輸率時；0表示不加倍；1表示加倍。

其余有效位說明如下。

GF1、GF2：通用標志位。

PD：掉電控制位，0表示正常方式，1表示掉電方式。

IDL：空閑控制位，0表示正常方式，1表示空閑方式。

除了以上兩個控制寄存器外，中斷允許寄存器IE中的ES位也用來作為串行I/O中斷允許位。當(dāng)ES＝1，允許 串行I/O中斷；當(dāng)ES＝0，禁止串行I/O中斷。中斷優(yōu)先級寄存器IP的PS位則用作串行I/O中斷優(yōu)先級控制位。當(dāng)PS=1，設(shè)定為高優(yōu)先級；當(dāng)PS =0，設(shè)定為低優(yōu)先級。

工作方式

MCS-51 單片機可以通過軟件設(shè)置串行口控制寄存器SCON中SM0（SCON.7）和SMl（SCON.6）來指定串行口的4種工作方式。串行口操作模式選擇如表5-2所示。

表5-2 串行口操作模式選擇表

其中，fosc是振蕩器的頻率，UART為通用異步接收和發(fā)送器的英文縮寫。下面對這4種工作模式作進一步介紹。