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单片机串行口
MCS-51单片机的串行口具有两条独立的数据线——发送端TXD和接收端RXD,它允许数据同时往两个相反的方向传输。一般通信时发送数据由TXD端输出,接收数据由RXD端输入。
MCS-51单片机的串行口既可以用于网络通信,亦可实现串行异步通信,还可以用作同步移位寄存器。如果在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器,就可方便地构成标准的RS-232接口。
MCS-51单片机的串行接口是一个全双工通信接口,它有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF,可以同时发送和接收数据。但是发送缓冲器只能写入,不能读出;接收缓冲器只能读出,不能写入。两个缓冲器共用一个地址(99H)。
数据通信的基本概念
常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。
单工方式:数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限,常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。半双工方式:数据可实现双向传送,但不能同时进行,实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。全双工方式:允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。多工方式:以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号,为了充分地利用线路资源,可通过使用多路复用器或多路集线器,采用频分、时分或码分复用技术,即可实现在同一线路上资源共享功能。
根据同步方式,串行数据通信有两种形式,如图5-5所示。
异步通信。在这种通信方式中,接收器和发送器有各自的时钟,它们的工作是非同步的。异步通信用一帧来表示一个字符,其内容是一个起始位,紧接着是若干个数据位。同步通信。同步通信格式中,发送器和接收器由同一个时钟源控制,在异步通信中,每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位,占用了传输时间,若要求传送数据 量较大,速度就会慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位,只在传输数据块时先送出一个同步头(字符)标志即可。同步传输方式比异步传输方式速度快,这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点,即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作,所以它的设备也较复杂。
MCS-51的串行口控制寄存器
在完成串行口初始化后,发送数据时,采用MOV SBUF,A指令,将要发送的数据写入SBUF,则CPU自动启动和完成串行数据的输出;接收数据时,采用MOVA,SBUF指令,CPU就自动将接收到的数据从SBUF中读出。
控制MCS-51单片机串行接口的控制寄存器有两个——特殊功能寄存器SCON和PCON,用以设置串行端口的工作方式、接收/发送的运行状态、接收/发送数据的特征、数据传输率的大小,以及作为运行的中断标志等,其格式如下:
① 串行口控制寄存器SCON。SCON的字节地址是98H,位地址(由低位到高位)分别是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:仅用于方式2和方式3的多机通信控制位。
发送机SM2=1(要求程控设置)。
当为方式2或方式3时:
接收机 SM2=1时,若RB8=1,可引起串行接收中断;若RB8=0,不引起串行接收中断。SM2=0时,若RB8=1,可引起串行接收中断;若RB8=0,亦可引起串行接收中断。
REN串行接收允许位:0——禁止接收;1——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。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。TI:发送中断标志位。发送前必须用软件清零,发送过程中TI保持零电平,发送完一帧数据后,由硬件自动置1。如要再发送,必须用软件再清零。RI:接收中断标志位。接收前,必须用软件清零,接收过程中RI保持零电平,接收完一帧数据后,由片内硬件自动置1。如要再接收,必须用软件再清零。
② 电源控制寄存器PCON。PCON的字节地址为87H,无位地址,其格式如下:
PCON是为在CMOS结构的MCS-51单片机上实现电源控制而附加的,对于HMOS结构的MCS-51系列单片机,除了第7位外,其余都是虚设的。与串行通信有关的也就是第7位,称作SMOD,它的用处是使数据传输率加倍。
SMOD:数据传输率加倍位。在计算串行方式1,2,3的数据传输率时;0表示不加倍;1表示加倍。
其余有效位说明如下。
GF1、GF2:通用标志位。
PD:掉电控制位,0表示正常方式,1表示掉电方式。
IDL:空闲控制位,0表示正常方式,1表示空闲方式。
除了以上两个控制寄存器外,中断允许寄存器IE中的ES位也用来作为串行I/O中断允许位。当ES=1,允许 串行I/O中断;当ES=0,禁止串行I/O中断。中断优先级寄存器IP的PS位则用作串行I/O中断优先级控制位。当PS=1,设定为高优先级;当PS =0,设定为低优先级。
工作方式
MCS-51 单片机可以通过软件设置串行口控制寄存器SCON中SM0(SCON.7)和SMl(SCON.6)来指定串行口的4种工作方式。串行口操作模式选择如表5-2所示。
表5-2 串行口操作模式选择表
其中,fosc是振荡器的频率,UART为通用异步接收和发送器的英文缩写。下面对这4种工作模式作进一步介绍。
1.方式0
当设定SM1、SM0为00时,串行口工作于方式0,它又叫同步移位寄存器输出方式。在方式0下,数据从 RXD(P3.0)端串行输出或输入,同步信号从TXD(P3.1)端输出,发送或接收的数据为8位,低位在前,高位在后,没有起始位和停止位。数据传输 率固定为振荡器的频率1/12,也就是每一机器周期传送一位数据。方式0可以外接移位寄存器,将串行口扩展为并行口,也可以外接同步输入/输出设备。
执行任何一条以SBUF为目的的寄存器指令,就开始发送。
2.方式1
当设定SM1、SM0为01时,串行口工作于方式1。方式1为数据传输率可变的8位异步通信方式,由TXD发 送,RXD接收,一帧数据为10位,1位起始位(低电平),8位数据位(低位在前)和1位停止位(高电平)。数据传输率取决于定时器1或2的溢出速率 (1/溢出周期)和数据传输率是否加倍的选择位SMOD。
对于有定时器/计数器2的单片机,当T2CON寄存器中RCLK和TCLK置位时,用定时器2作为接收和发送的数据传输率发生器,而RCLK=TCLK=0时,用定时器1作为接收和发送的数据传输率发生器。两者还可以交叉使用,即发送和接收采用不同的数据传输率。
类似于模式0,发送过程是由执行任何一条以SBUF为目的的寄存器指令引起的。
3.方式2
当设定SM0、SM1二位为10时,串行口工作于方式2,此时串行口被定义为9位异步通信接口。采用这种方式 可接收或发送 11 位数据,以 11 位为一帧,比方式 1 增加了一个数据位,其余相同。第 9 个数据即 D8 位用作奇偶校验或地址/数据选择,可以通过软件来控制它,再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合,可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。发送时,第9位数据为TB8,接收时,第9位数据送入RB8。方式 2 的数据传输率固定,只有两种选择,为振荡率的 1/64 或 1/32 ,可由 PCON 的最高位选择。
4.方式3
当设定SM0、SM1二位为11时,串行口工作于方式3。方式3与方式2类似,唯一的区别是方式3的数据传输率是可变的。而帧格式与方式2一样为11位一帧。所以方式3也适合于多机通信。
数据传输率的确定
串行口每秒钟发送(或接收)的位数就是数据传输率。
对方式0来说,数据传输率已固定成fosc/12,随着外部晶振的频率不同,数据传输率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz,所以数据传输率相应为1000×103和500×103bit/s。在此方式下,数据将自动地按固定的数据传输率发送/接收,完全不用设置。
对方式2而言,数据传输率的计算式为2SMOD·fosc/64。当SMOD=0时,数据传输率为fm/64;当SMOD=1时,数据传输率为fosc/32。在此方式下,程控设置SMOD位的状态后,数据传输率就确定了,不需要再作其他设置。
对方式1和方式3来说,数据传输率和定时器1的溢出率有关,定时器1的溢出率为:
定时器1的溢出率=定时器1的溢出次数/秒
方式1和方式3的数据传输率计算式为:
2SMOD/32×T1溢出率
根据SMOD状态位的不同,数据传输率有Tl/32溢出率和T1/16溢出率两种。由于T1溢出率的设置是方便的,因而数据传输率的选择将十分灵活。
前已叙及,定时器Tl有4种工作方式,为了得到其溢出率,而又不必进入中断服务程序,往往使T1设置在工作方式2的运行状态,也就是8位自动加入时间常数的方式。
表5-3所示常用数据传输率的设置方法。
表5-3 常用数据传输率设置方法
串行通信实例
这是一个单片机C51串口接收(中断)和发送例程,可以用来测试51单片机的中断接收和查询发送。
#include <reg51.h>#include <string.h>#define length 4//数据长度unsigned char inbuf[length];unsigned char checksum,counter;bit flag = 0; //取数标记main(){init_serial(); //串行口初始化while (1){if (flag!=0) //如果取数标志已置位,就将读到的数从串口发出{flag= 0; //取数标志清0send_string(inbuf,length);//向串口发送字符串}}}/* 串行口初始化 */void init_serial( void ) {SCON = 0x50;//串行工作方式1, 8位异步通信方式TMOD |= 0x20;//定时器1, 方式 2, 8位自动重装PCON |= 0x80;//SMOD=1,表示数据传输率加倍TH1 = 0xF4; //数据传输率:4800 fosc=11.0592MHzIE |= 0x90; //允许串行中断TR1 = 1;//启动定时器1}/* 向串口发送一个字符 */void send_char( unsigned char x){SBUF=x;while (TI== 0 );TI= 0;}/* 向串口发送一个字符串,string_length为该字符串长度 */void send_string( unsigned char *s, unsigned int string_length){unsigned int i= 0;do{send_char(*(s + i)); //向串口发送一个字符i++;}while ( i<string_length);}/* 串口接收中断函数 */void serial () interrupt 4 using 3{if (RI){unsigned char x;RI = 0;x=SBUF;//接收字符if ( x> 127 ){counter= 0;inbuf[counter]=x;checksum= x- 128;}else{counter++;inbuf[counter]=x;checksum ^= x;if ((counter==(length- 1)) && (!checksum)){flag= 1; //如果串口接收的数据达到length个,且校验没错,//就置位取数标志}}}}
资料整理自:/mikenoodle/blog/item/53920ffa87544d9259ee908a.html