單片機(jī)串口必備基礎(chǔ)知識(shí)

你想熟悉單片機(jī)，那必須先看看單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫(xiě)軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含義呢?

SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 這是一個(gè)可以直接尋址的串行口專(zhuān)用寄存器。有朋友這樣問(wèn)起過(guò)“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個(gè)寄存器SBUF?而不是收發(fā)各用一個(gè)寄存器?！睂?shí)際上SBUF 包含了兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，一個(gè)是發(fā)送寄存，另一個(gè)是接收寄存器，但它們都共同使用同一個(gè)尋址地址-99H。CPU 在讀SBUF 時(shí)會(huì)指到接收寄存器，在寫(xiě)時(shí)會(huì)指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒(méi)有及時(shí)的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒(méi)有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來(lái)，而造成的數(shù)據(jù)重疊問(wèn)題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們?cè)趯?xiě)發(fā)送程序時(shí)也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡(jiǎn)單，只要把這個(gè)99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個(gè)變量就可以對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作了，如sfr SBUF = 0x99;當(dāng)然你也可以用其它的名稱(chēng)。通常在標(biāo)準(zhǔn)的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對(duì)其做了定義，只要用#include 引用就可以了。

SCON 串行口控制寄存器 通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會(huì)引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。它的各個(gè)位的具體定義如下：

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對(duì)應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置。

SM0 SM1 模式 功能 波特率

0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12

0 1 1 8位UART 可變

1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64

1 1 3 9位UART 可變

在這里只說(shuō)明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過(guò)，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asynchronous Receiver)的英文縮寫(xiě)。

SM2 在模式2、模式3 中為多處理機(jī)通信使能位。在模式0 中要求該位為0。

REM 為允許接收位，REM 置1 時(shí)串口允許接收，置0 時(shí)禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來(lái)的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開(kāi)始處加入REM=0 來(lái)禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開(kāi)串口接收。大家也可以用上面的實(shí)際源碼加入REM=0 來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。

RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)位。在模式0 中，RB8 為保留位沒(méi)有被使用。在模式1 中，當(dāng)SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。

TI 發(fā)送中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請(qǐng)中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來(lái)清除，也就是說(shuō)在數(shù)據(jù)寫(xiě)入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)(如中斷打開(kāi))，這時(shí)TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會(huì)由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對(duì)其清零。

RI 接收中斷標(biāo)識(shí)位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請(qǐng)中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會(huì)對(duì)RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個(gè)位的，1 位起始位為0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器1 或定時(shí)器2 的定時(shí)值(溢出速率)。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0 和定時(shí)器1，而定時(shí)器2是89C52 系列芯片才有的。

波特率 在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學(xué)的朋友認(rèn)為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn)9600 會(huì)被誤認(rèn)為每秒種可以傳送9600個(gè)字節(jié)，而實(shí)際上它是指每秒可以傳送9600 個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要8 個(gè)二進(jìn)位，如用串口模式1 來(lái)傳輸那么加上起始位和停止位，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個(gè)二進(jìn)位，9600 波特率用模式1 傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600÷10=960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個(gè)12M 的晶振來(lái)計(jì)算，那么它的波特率可以達(dá)到1M。模式2 的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于PCON 寄存器中的SMOD位，如SMOD 為0，波特率為focs/64,SMOD 為1，波特率為focs/32。模式1 和模式3 的波特率是可變的，取決于定時(shí)器1 或2(52 芯片)的溢出速率。那么我們?cè)趺慈ビ?jì)算這兩個(gè)模

式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢?可以用以下的公式去計(jì)算。

波特率=(2SMOD÷32)×定時(shí)器1 溢出速率

上式中如設(shè)置了PCON 寄存器中的SMOD 位為1 時(shí)就可以把波特率提升2 倍。通常會(huì)使用定時(shí)器1 工作在定時(shí)器工作模式2 下，這時(shí)定時(shí)值中的TL1 做為計(jì)數(shù)，TH1 做為自動(dòng)重裝值 ，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后，TH1 的值會(huì)自動(dòng)裝載到TL1，再次開(kāi)始計(jì)數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時(shí)更準(zhǔn)確。在這個(gè)定時(shí)模式2 下定時(shí)器1 溢出速率的計(jì)算公式如下：

溢出速率=(計(jì)數(shù)速率)/(256-TH1)

上式中的“計(jì)數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51 芯片中定時(shí)器啟動(dòng)后會(huì)在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器TH 的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周期，所以可以得知51 芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個(gè)12M 的晶振用在51 芯片上，那么51 的計(jì)數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M 晶體是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)誤差的波特率，那么為何呢?計(jì)算一下就知道了。如我們要得到9600 的波特率，晶振為11.0592M 和12M，定時(shí)器1 為模式2，SMOD 設(shè)為1，分別看看那所要求的TH1 為何值。代入公式：

11.0592M

9600=(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))

TH1=250

12M

9600=(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1))

TH1≈249.49

上面的計(jì)算可以看出使用12M 晶體的時(shí)候計(jì)算出來(lái)的TH1 不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會(huì)有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600 波特率。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M 的晶體振蕩器也會(huì)因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對(duì)波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。