第11章C51串行接口程序設(shè)計

1、第11章 C51串行接口程序設(shè)計 11.1 51系列單片機(jī)的串行接口 51系列單片機(jī)內(nèi)部集成的全雙工串行通信接口電路，常稱 為UART。該串行接口電路功能很強(qiáng)，不僅可以進(jìn)行串行異 步數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可以作為一個同步移位寄存器使 用。 11.1.1 單片機(jī)串行通信概述 單片機(jī)和外部設(shè)備可以采用并行通信和串行通信兩種方法 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 單片機(jī)并行通信 單片機(jī)串行通信 11.1.2 單片機(jī)串行接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 51系列單片機(jī)的全雙工串行口主要由數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器、發(fā) 送控制器TI和接收控制器RI等組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 11.1.3 串行接口控制寄存器SCON 控制寄存器SCON的字節(jié)地址為98H，

2、可進(jìn)行位尋址。該寄存 器用于選擇串行通信的工作方式和某些控制功能，包括接 收/發(fā)送控制及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志等。 11.1.4 特殊功能寄存器PCON 特殊功能寄存器PCON的單元字節(jié)地址為87H，不可 以進(jìn)行位尋址。特殊功能寄存器PCON用于CHMOS型 單片機(jī)中進(jìn)行電源控制，也稱為電源控制寄存器。 11.2 串行口工作模式0的C51程序設(shè)計 51系列單片機(jī)串行口的工作模式0是同步移位寄存器輸入/ 輸出方式，模式0的數(shù)據(jù)幀格式，如圖所示。從圖中可以看 出，模式0中的數(shù)據(jù)以8位為一幀，沒有起始位和停止位， 發(fā)送時低位在前，高位在后。在程序中可以設(shè)置控制寄存 器SCON的SM0=0和SM1=0來將串行口

3、設(shè)置為工作模式0。 11.2.1 模式0的波特率 8051單片機(jī)在串口模式0下，每個機(jī)器周期產(chǎn)生一個移位時 鐘，對應(yīng)著一個比特數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。因此，此時波特 率固定為8051單片機(jī)振蕩頻率的1/12，其波特率的計算公 式如下： 串口模式0波特率=fosc/12 例如，對于24MHz的外部晶體振蕩頻率，模式0可以獲得 24MHz /12=2Mbit/s的波特率。 同時，在串口模式0下，波特率不受波特率倍增位SMOD的影 響。因此，在C51程序設(shè)計時只要指定串口工作于模式0便 完成了串口速率的設(shè)置，而無需再設(shè)置波特率。 11.2.2 模式0的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 對于模式0的數(shù)據(jù)發(fā)送，單片機(jī)

4、的TXD引腳都用于發(fā)送同步 移位脈沖，而8位串行數(shù)據(jù)是通過單片機(jī)的RXD引腳來輸出。 1模式0的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 2采用查詢方式的模式0數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 3采用中斷方式的模式0數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 11.2.2 模式0的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 1 1模式模式0 0的數(shù)據(jù)發(fā)送流程的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 （1）首先對寄存器SCON進(jìn)行初始化。 （2）置串行接口控制寄存器SCON的TI=0，啟動串行口發(fā)送。 （3）執(zhí)行寫發(fā)送緩沖器指令，例如： SBUF=I;/輸出數(shù)據(jù)i到SBUF，啟動串行輸出 （4）準(zhǔn)備下一次數(shù)據(jù)發(fā)送。 11.2.3 模式0的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 對于模式0的數(shù)據(jù)接收，單片機(jī)的T

5、XD引腳都用于發(fā)送同步 移位脈沖，而8位串行數(shù)據(jù)是通過RXD引腳來輸入。 1模式0的數(shù)據(jù)接收流程 2采用查詢方式模式0數(shù)據(jù)接收的C51程序設(shè)計 3采用中斷方式模式0數(shù)據(jù)接收的C51程序設(shè)計 11.2.3 模式0的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 1 1模式模式0 0的數(shù)據(jù)接收流程的數(shù)據(jù)接收流程 （1）首先對寄存器SCON進(jìn)行初始化。 （2），在TXD端發(fā)送同步移位脈沖，在同步脈沖為低電平 的時候， 8位數(shù)據(jù)從RXD引腳由低位到高位逐位接收。 （3）當(dāng)8位數(shù)據(jù)接收完畢的時候，硬件自動置RI=1，請求 中斷，表示接收數(shù)據(jù)已裝入接收緩沖器，可以由CPU讀取。 例如： i=SBUF;/讀出數(shù)據(jù)到變量i中 （4

6、）準(zhǔn)備下一次數(shù)據(jù)接收。 11.3 串行口工作模式1的C51程序設(shè)計 串行口的工作模式1是波特率可變的串行異步通信方式，工 作模式1下數(shù)據(jù)幀的格式如圖所示。數(shù)據(jù)幀由10位組成，按 順序分別為起始位、8位數(shù)據(jù)位、停止位。數(shù)據(jù)在傳輸時， 低位在前，高位在后。在程序中可以設(shè)置控制寄存器SCON 的SM0=0和SM1=1來將串口設(shè)置為工作模式1。 11.3.1 模式1的波特率 串口的工作模式1為10位異步發(fā)送接收方式。其串行移位時 鐘脈沖由定時器T1的溢出率來決定，因此，波特率由定時 器T1的溢出率和波特率倍增位SMOD來共同決定。模式1的波 特率計算公式如下： 波特率=T1溢出率2SMOD/32 設(shè)置

7、模式1的波特率，需要對定時器T1進(jìn)行工作方式設(shè)置， 以便于得到需要的波特率發(fā)生器。一般使T1工作于模式2， 此時為初值自動加載的定時方式。如果計數(shù)器的初始值為X， 則每過256-X個機(jī)器周期的時候，定時器T1便將產(chǎn)生一次溢 出，溢出的周期為（256-X）*12/fosc。 11.3.2 模式1的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 串行口的工作模式1為10位異步發(fā)送接收方式，單片機(jī)TXD 引腳為數(shù)據(jù)發(fā)送端。通信的雙方不需要時鐘同步，發(fā)送方 和接收方都有自己的移位脈沖，通過設(shè)置共同的波特率來 實(shí)現(xiàn)同步。 1模式1的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 2采用查詢方式的模式1數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 3采用中斷方式的模式1數(shù)據(jù)發(fā)送C5

8、1程序設(shè)計 11.3.2 模式1的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 1 1模式模式1 1的數(shù)據(jù)發(fā)送流程的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 （1）初始化串口，設(shè)置SCON寄存器以及PCON寄存器。 （2）初始化定時器，設(shè)置波特率。 （3）置串行接口控制寄存器SCON的TI=0，啟動串行口發(fā)送。 （4）執(zhí)行寫發(fā)送緩沖器SBUF語句，示例如下： SBUF=0 x76;/將0 x76送入發(fā)送緩沖器 （5）在發(fā)送移位脈沖的作用下，數(shù)據(jù)幀依次從TXD引腳發(fā)出。 （6）在8位串行數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，也就是在插入停止位的時候，使TI 置1，用以通知CPU可以發(fā)送下一幀的數(shù)據(jù)。此時可以采用查詢或者中 斷兩種方式來獲知TI是否置位。當(dāng)TI置位后

9、，C51程序中清零TI，以便 于發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。 11.3.3 模式1的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 串行口的工作模式1為10位異步發(fā)送接收方式，單片機(jī)RXD 引腳為數(shù)據(jù)接收端。模式1接收數(shù)據(jù)中的定時信號可以有兩 種，接收移位脈沖和接收字符的檢測脈沖。 串行口模式1接收數(shù)據(jù)時的接收移位脈沖，由定時器1的溢 出信號和波特率倍增位SMOD來共同決定，即由定時器1的溢 出率經(jīng)過16分頻或32分頻得到。 接收字符的檢測脈沖，其頻率是接收移位脈沖的16倍。在 接收一位數(shù)據(jù)的時候，有16個檢測脈沖，以其中的第7、8 和9個脈沖作為真正的接收信號的采樣脈沖。 11.4 串行口工作模式2的C51程序設(shè)計 串行口的

10、工作模式模式2為固定波特率的串行異步通信方式， 在模式2中數(shù)據(jù)幀的格式，如圖所示。一幀數(shù)據(jù)由11位構(gòu)成， 按照順序分別為：起始位1位、8位串行數(shù)據(jù)（低位在前）、 可編程位1位、停止位1位。在程序中可以設(shè)置控制寄存器 SCON的SM0=1和SM1=0來實(shí)現(xiàn)。 11.4.1 模式2的波特率 串口的工作模式2是11位異步發(fā)送接收方式。模式2下的波 特率的計算公式如下： 波特率= fosc2SMOD/64 從公式中可以看出，在模式2下，波特率由單片機(jī)的振蕩頻 率fosc和PCON的波特率倍增位SMOD共同決定。當(dāng)SMOD=0時， 波特率為fosc/64，當(dāng)SMOD=1時，波特率為fosc/32。串口模

11、 式2的波特率不由定時器來設(shè)置，只可選兩種：fosc/32或者 fosc/64。 11.4.2 模式2的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 在串行口的工作模式2中，TXD引腳為數(shù)據(jù)發(fā)送端。模式2的 發(fā)送共有9位有效的數(shù)據(jù)，在啟動發(fā)送之前，需要將發(fā)送的 第9位，即可編程位的數(shù)值送入寄存器SCON中的TB8位。這 個編程標(biāo)志位可以由用戶自己定義，硬件不做任何規(guī)定。 例如，用戶可以將這一位定義為奇偶校驗位或地址/數(shù)據(jù)標(biāo) 志位。 1模式2的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 2采用查詢方式的模式2數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 3采用中斷方式的模式2數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 11.4.2 模式2的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 1 1模式模式2 2

12、的數(shù)據(jù)發(fā)送流程的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 （1）首先，初始化串口為工作模式2。 （2）設(shè)置波特率。 （3）置串行接口控制寄存器SCON的TI=0，啟動串行口發(fā)送，并裝入 TB8的值。 （3）執(zhí)行寫發(fā)送緩沖器SBUF語句，例如： SBUF=0 x46;/將數(shù)據(jù)0 x46寫入發(fā)送緩沖器 （4）硬件自動發(fā)送起始位，起始位為邏輯低電平。發(fā)送8位數(shù)據(jù)，低 位首先發(fā)送，高位最后發(fā)送。發(fā)送第9位數(shù)據(jù)，即TB8中的數(shù)值。硬件 自動發(fā)送停止位，停止位為邏輯高電平，同時置TI=1，發(fā)送完畢。 （5）在C51程序中可以采用查詢或中斷兩種方式獲知TI。如果TI置位， 則需要在軟件中清零TI，以便于下一次串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 11.4.

13、3 模式2的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 串口的工作模式2是11位異步發(fā)送接收方式，單片機(jī)RXD引 腳為數(shù)據(jù)接收端。模式2的串行數(shù)據(jù)接收過程和模式1基本 類似，只不過模式1的第9位為停止位，而這里則是發(fā)送的 可編程位。 1模式2的數(shù)據(jù)接收流程 2采用查詢方式的模式2數(shù)據(jù)接收C51程序設(shè)計 3采用中斷方式的模式2數(shù)據(jù)接收C51程序設(shè)計 11.4.3 模式2的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 1 1模式模式2 2的數(shù)據(jù)接收流程的數(shù)據(jù)接收流程 （1）首先，初始化串口為模式2。 （2）設(shè)置波特率。 （3）當(dāng)檢測到從1到0的跳變的時候，確認(rèn)數(shù)據(jù)起始位0。開始接收一 幀的串行數(shù)據(jù)，將收到的數(shù)據(jù)逐位地送入移位寄存器。

14、（4）當(dāng)RI=0，且SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時，8位串行數(shù)據(jù)送入 接收緩沖器SBUF中。 （5）此時可以采用查詢或者中斷兩種方式來獲知RI是否置位。當(dāng)數(shù)據(jù) 送入接收緩沖器之后，便可以執(zhí)行讀SBUF語句來讀取數(shù)據(jù)，例如： ch=SBUF;/讀取串行數(shù)據(jù)，并保存在變量ch中 （6）最后，軟件中清零RI，以便于接收下一次串行數(shù)據(jù)。 11.5 串行口工作模式3的C51程序設(shè)計 串行口的工作模式模式3為11位異步發(fā)送接收方式，在模式 3中數(shù)據(jù)幀的格式，如圖所示。一幀數(shù)據(jù)由11位構(gòu)成，按照 順序分別為：起始位1位、8位串行數(shù)據(jù)（低位在前）、可 編程位1位、停止位1位。在程序中可以設(shè)置控制寄存器

15、SCON的SM0=1和SM1=1來實(shí)現(xiàn)。 11.5.1 模式3的波特率 模式3和模式2的工作方式是一樣的，不同的是，模式2僅有 兩個固定的波特率可選，而模式3的波特率由定時器1的溢 出率和波特率倍增位SMOD決定。 串口的工作模式3為11位異步發(fā)送接收方式。其串行移位時 鐘脈沖由定時器T1的溢出率來決定，因此，波特率由定時 器T1的溢出率和SMOD來共同決定。模式1和模式3的波特率 計算公式如下： 3波特率=T1溢出率2SMOD/32 11.5.1 模式3的波特率 串口模式3常用波特率參數(shù)設(shè)置 波特率（ bit/s） fosc（MHz）SMOD值定時器T1工 作模式 初值 11060272H

16、1101202FEEBH 137.511.986021DH 120011.059202E8H 240011.059202F4H 480011.059202FAH 960011.059202FDH 1920011.059212FDH 625001212FFH 11.5.2 模式3的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 在串行口的工作模式3中，單片機(jī)的TXD引腳為數(shù)據(jù)發(fā)送端。 模式3的發(fā)送共有9位有效的數(shù)據(jù)，在啟動發(fā)送之前，需要 將發(fā)送的第9位，即可編程位的數(shù)值送入寄存器SCON中的 TB8位。這個編程標(biāo)志位可以由用戶自己定義，硬件不做任 何規(guī)定。例如，用戶可以將這一位定義為奇偶校驗位或地 址/數(shù)據(jù)標(biāo)志位。

17、1模式3的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 2采用查詢方式的模式3數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 3采用中斷方式的模式3數(shù)據(jù)發(fā)送C51程序設(shè)計 11.5.2 模式3的數(shù)據(jù)發(fā)送及C51程序設(shè)計 1 1模式模式3 3的數(shù)據(jù)發(fā)送流程的數(shù)據(jù)發(fā)送流程 （1）首先，初始化串口為工作模式3。 （2）初始化定時器，設(shè)置波特率。 （3）置串行接口控制寄存器SCON的TI=0，啟動串行口發(fā)送，并裝入 TB8的值。 （3）執(zhí)行寫發(fā)送緩沖器SBUF語句，例如： SBUF=0 x36;/將數(shù)據(jù)0 x36寫入發(fā)送緩沖器 （4）硬件自動發(fā)送起始位，起始位為邏輯低電平。發(fā)送8位數(shù)據(jù)，低 位首先發(fā)送，高位最后發(fā)送。發(fā)送第9位數(shù)據(jù)，即TB8中的數(shù)值。硬件

18、自動發(fā)送停止位，停止位為邏輯高電平，同時置TI=1，發(fā)送完畢。 （5）在C51程序中可以采用查詢或中斷兩種方式獲知TI。如果TI置位， 則需要在軟件中清零TI，以便于下一次串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 11.5.3 模式3的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 串口的工作模式3是11位異步發(fā)送接收方式，單片機(jī)RXD引 腳為數(shù)據(jù)接收端。模式3的串行數(shù)據(jù)接收過程和模式2基本 類似。 1模式3的數(shù)據(jù)接收流程 2采用查詢方式的模式3數(shù)據(jù)接收C51程序設(shè)計 3采用中斷方式的模式3數(shù)據(jù)接收C51程序設(shè)計 11.5.3 模式3的數(shù)據(jù)接收及C51程序設(shè)計 1模式3的數(shù)據(jù)接收流程 （1）首先，初始化串口為模式3。 （2）初始化定時器，設(shè)置波特率。 （3）當(dāng)檢測到從1到0的跳變的時候，確認(rèn)數(shù)據(jù)起始位0。開始接收一 幀的串行數(shù)據(jù)。 （4）當(dāng)RI=0，且SM2=0或接收到的第