51單片機的串行通信口原理解析

MCS-51單片機內部有一個全雙工的串行通信口，即串行接收和發送緩沖器（SBUF），這兩個在物理上獨立的接收發送器，既可以接收數據也可以發送數據。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的地址為99H。這個通信口既可以用于網絡通信，亦可實現串行異步通信，還可以構成同步移位寄存器使用。如果在傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器，就可方便地構成標準的RS-232接口。下面我們分別介紹。

［1］。 基本概念

數據通信的傳輸方式

常用于數據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：數據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據傳輸與簡單系統間的數據采集。

半雙工方式：數據可實現雙向傳送，但不能同時進行，實際的應用采用某種協議實現收/發開關轉換。

全雙工方式：允許雙方同時進行數據雙向傳送，但一般全雙工傳輸方式的線路和設備較復雜。

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，可通過使用多路復用器或多路集線器，采用頻分、時分或碼分復用技術，即可實現在同一線路上資源共享功能，我們盛之為多工傳輸方式。

串行數據通信兩種形式

異步通信

在這種通信方式中，接收器和發送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的，異步通信用一幀來表示一個字符，其內容如下：一個起始位，僅接著是若干個數據位，圖2是傳輸45H的數據格式。

同步通信

同步通信格式中，發送器和接收器由同一個時鐘源控制，為了克服在異步通信中，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，在要求傳送數據量較大的場合，速度就慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數據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調收發器的工作，所以它的設備也較復雜。

串行數據通信的傳輸速率

串行數據傳輸速率有兩個概念，即每秒轉送的位數bps（Bit per second）和每秒符號數—波特率（Band rate），在具有調制解調器的通信中，波特率與調制速率有關。

［2］。 MCS-51的串行口和控制寄存器

串行口控制寄存器

MCS-51單片機串行口寄存器結構如圖3所示。SBUF為串行口的收發緩沖器，它是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發送器寄存器，可以實現全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行數據傳輸很簡單，只要向發送緩沖器寫入數據即可發送數據。而從接收緩沖器讀出數據即可接收數據。

此外，從圖中可看出，接收緩沖器前還加上一級輸入移位寄存器，MCS-51這種結構目的在于接收數據時避免發生數據幀重疊現象，以免出錯，部分文獻稱這種結構為雙緩沖器結構。而發送數據時就不需要這樣設置，因為發送時，CPU是主動的，不可能出現這種現象。

串行通信控制寄存器

在上一節我們已經分析了SCON控制寄存器，它是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數據的通信控制，單元地址是98H，其結構格式如下：

表1 SCON寄存器結構

SCOND7D6D5D4D3D2D1D0

SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI

位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H

下面我們對各控制位功能介紹如下：

（1）.SM0、SM1：串行口工作方式控制位。

SM0，SM1 工作方式

00 方式0

01 方式1

10 方式2

11 方式3

（2）.SM2：多機通信控制位。

多機通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收狀態，當串行口工作于方式2或3，以及SM2=1時，只有當接收到第9位數據（RB8）為1時，才把接收到的前8位數據送入SBUF，且置位RI發出中斷申請，否則會將接受到的數據放棄。當SM2=0時，就不管第位數據是0還是1，都難得數據送入SBUF，并發出中斷申請。

工作于方式0時，SM2必須為0。

（3）.REN：允許接收位。

REN用于控制數據接收的允許和禁止，REN=1時，允許接收，REN=0時，禁止接收。

（4）.TB8：發送接收數據位8。

在方式2和方式3中，TB8是要發送的——即第9位數據位。在多機通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸的地址還是數據，TB8=0為數據，TB8=1時為地址。

（5）.RB8：接收數據位8。

在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數據，用以識別接收到的數據特征。

（6）.TI：發送中斷標志位。

可尋址標志位。方式0時，發送完第8位數據后，由硬件置位，其它方式下，在發送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示幀發送結束，TI可由軟件清“0”。

（7）.RI：接收中斷標志位。

可尋址標志位。接收完第8位數據后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=1表示幀接收完成。

電源管理寄存器PCON

PCON主要是為CHMOS型單片機的電源控制而設置的專用寄存器，單元地址是87H，其結構格式如下：

表2 PCON電源管理寄存器結構

PCOND7D6D5D4D3D2D1D0

位符號SMOD---GF1GF0PDIDL

在CHMOS型單片機中，除SMOD位外，其他位均為虛設的，SMOD是串行口波特率倍增位，當SMOD=1時，串行口波特率加倍。系統復位默認為SMOD=0。

中斷允許寄存器IE

中斷允許寄存器在前一節中已闡述，這里重述一下對串行口有影響的位ES。ES為串行中斷允許控制位，ES=1允許串行中斷，ES=0，禁止串行中斷。

表3 IE中斷允許控制寄存器結構

位符號EA--ESET1EX1ET0EX0

位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H