51单片机的串行通信口干货知识
21ic 2023-12-04

MCS-51单片机内部有一个全双工的串行通信口,即串行接收和发送缓冲器(SBUF),这两个在物理上独立的接收发送器,既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入,而发送缓冲器则只能写入不能读出,它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信,亦可实现串行异步通信,还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传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。下面我们分别介绍。

[1].基本概念

数据通信的传输方式
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,我们盛之为多工传输方式。

串行数据通信两种形式
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,其内容如下:一个起始位,仅接着是若干个数据位,图2是传输45H的数据格式。

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,为了克服在异步通信中,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,在要求传送数据量较大的场合,速度就慢得多。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。


串行数据通信的传输速率
串行数据传输速率有两个概念,即每秒转送的位数bps(Bit per second)和每秒符号数—波特率(Band rate),在具有调制解调器的通信中,波特率与调制速率有关。

[2].MCS-51的串行口和控制寄存器

串行口控制寄存器


MCS-51单片机串行口寄存器结构如图3所示。SBUF为串行口的收发缓冲器,它是一个可寻址的专用寄存器,其中包含了接收器和发送器寄存器,可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址(99H)。MCS-51的串行数据传输很简单,只要向发送缓冲器写入数据即可发送数据。而从接收缓冲器读出数据即可接收数据。

此外,从图中可看出,接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器,MCS-51这种结构目的在于接收数据时避免发生数据帧重叠现象,以免出错,部分文献称这种结构为双缓冲器结构。而发送数据时就不需要这样设置,因为发送时,CPU是主动的,不可能出现这种现象。


串行通信控制寄存器
在上一节我们已经分析了SCON控制寄存器,它是一个可寻址的专用寄存器,用于串行数据的通信控制,单元地址是98H,其结构格式如下:


表1SCON寄存器结构

SCON

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0


SM0

SM1

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI


位地址

9FH

9EH

8DH

9CH

9BH

9AH

99H

98H



下面我们对各控制位功能介绍如下:
(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:多机通信控制位。
多机通信是工作于方式2和方式3,SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态,当串行口工作于方式2或3,以及SM2=1时,只有当接收到第9位数据(RB8)为1时,才把接收到的前8位数据送入SBUF,且置位RI发出中断申请,否则会将接受到的数据放弃。当SM2=0时,就不管第位数据是0还是1,都难得数据送入SBUF,并发出中断申请。
工作于方式0时,SM2必须为0。

(3).REN:允许接收位。
REN用于控制数据接收的允许和禁止,REN=1时,允许接收,REN=0时,禁止接收。

(4).TB8:发送接收数据位8。
在方式2和方式3中,TB8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位,并且它代表传输的地址还是数据,TB8=0为数据,TB8=1时为地址。

(5).RB8:接收数据位8。
在方式2和方式3中,RB8存放接收到的第9位数据,用以识别接收到的数据特征。

(6).TI:发送中断标志位。
可寻址标志位。方式0时,发送完第8位数据后,由硬件置位,其它方式下,在发送或停止位之前由硬件置位,因此,TI=1表示帧发送结束,TI可由软件清“0”。

(7).RI:接收中断标志位。
可寻址标志位。接收完第8位数据后,该位由硬件置位,在其他工作方式下,该位由硬件置位,RI=1表示帧接收完成。


电源管理寄存器PCON
PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器,单元地址是87H,其结构格式如下:


表2PCON电源管理寄存器结构

PCON

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0


位符号

SMOD

-

-

-

GF1

GF0

PD

IDL



在CHMOS型单片机中,除SMOD位外,其他位均为虚设的,SMOD是串行口波特率倍增位,当SMOD=1时,串行口波特率加倍。系统复位默认为SMOD=0。


中断允许寄存器IE
中断允许寄存器在前一节中已阐述,这里重述一下对串行口有影响的位ES。ES为串行中断允许控制位,ES=1允许串行中断,ES=0,禁止串行中断。


表3IE中断允许控制寄存器结构

位符号

EA

-

-

ES

ET1

EX1

ET0

EX0


位地址

AFH

AEH

ADH

ACH

ABH

AAH

A9H

A8H



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