MCS-51單片機的串行口-控制工程網(wǎng)

1、mcs-51單片機的串行口mcs-51串行口具有兩條獨立的數(shù)據(jù)線：發(fā)送端txd、接收端rxd,允許數(shù)據(jù)同時 往兩個相反的方向傳輸。一燉通信時發(fā)送數(shù)據(jù)由txd端輸出，接收數(shù)據(jù)由rxd端輸入。一、串行口的控制寄存器mcs-51單片機串行口是山緩沖器sbuf、移位寄存器、串行口控制寄存器scon、 電源控制寄存器pcon及波特率發(fā)生器t1組成。1. 串行口數(shù)據(jù)緩沖器sbufmcs-51單片機內(nèi)的串行接口部分，具有兩個物理上獨立的緩沖器：發(fā)送緩沖器和 接收緩沖器，以便能以全雙工的方式進行通信。串行口的接收由移位寄存器和接收緩 沖器構(gòu)成雙緩沖結(jié)構(gòu)，能避免在接收數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)幀重疊。發(fā)送時因為cpu是主動

2、 的，不會發(fā)主幀重疊錯誤，所以發(fā)送結(jié)構(gòu)是單緩沖的。在邏輯上，串行口的緩沖器只有一個，它既表示接收緩沖器，也表示發(fā)送緩沖器。 兩者共用一個寄存器名sbuf,共用一個地址99h。即：在完成串行口初始化后，發(fā)送數(shù)據(jù)時，采用mov sbuf, a指令，將要發(fā)送的 數(shù)據(jù)輸入sbuf,則cpu白動啟動和完成串行數(shù)據(jù)的輸出；接收數(shù)據(jù)時，采用mov a, sbuf 指令，cpu就自動將接收到的數(shù)據(jù)從sbuf中讀出。2. 串行口控制寄存器scon串行口控制寄存器scon包含：串行口工作方式選擇位、接收發(fā)送控制位、以及串 行口狀態(tài)標志位。其格式如下：d7 d6 do d4 d3 d2 di dosmosm1sm2

3、rentb8rb8ttrtosmo smi (scon. 7、scon. 6)：串行口的工作方式選擇位，其編碼見表6-1。 表6-1 串行口的工作方式smo sm1工作方式說明波特率00方式0同步移位寄存器fosc/1201方式110位異步收發(fā)由定時器控制10方式211位界步收發(fā)fosc/32 或 fosc/6411方式311位異步收發(fā)由定時器控制 sm2 (scon. 5)：多機通信控制位。在方式2或方式3中，若sm2=1,則只冇當 接收到的第9位數(shù)據(jù)(rb8)為1時，才能將接收到的數(shù)據(jù)送入sbuf,并使接收中斷標 志ri置位向cpu申請中斷，否則數(shù)據(jù)丟失；若sm2=0,則不論接收到的第9位

4、數(shù)據(jù) 為1還是為0,都將會把前8位數(shù)據(jù)裝入sbuf小，并使接收小斷標志r1置位向cpu 申請屮斷。在方式1,如sm2=1,則只有收到有效的停止位時才會使ri置位。在方式 0時,sm2必須為0。 ren (scon. 4)：串行口接收允許位。由軟件置位以允許接收，由軟件清0來禁 止接收。 tb8 (scon. 3)：在方式2和方式3中為發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，常 以該位的狀態(tài)來表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)。通常協(xié)議規(guī)定：tb8為“0”表示主 機發(fā)送的是數(shù)據(jù)，為“1”表示發(fā)送的是地址。 rb8 (scon. 2)：在方式2和方式3中為接收到的第9位數(shù)據(jù)。它和sm2、tb8 一起用于通信控制

5、。tt (scon. 1)：發(fā)送中斷標志。山硬件在方式0串行發(fā)送笫8位結(jié)朿時置位，或 在其他方式串行發(fā)送停止位的開始時置位，必須由軟件清“0”。ri (scon. 0)：接收屮斷標志。由硬件在方式0串行接收到第8位結(jié)束時置位， 或在其他方式串行接收到停止位的中間時置位，必須由軟件清“0”。3. 電源控制寄存器pcon電源控制寄存器pcon的格式如下：07060504 d3 d2 d1 00smodd7位smod是串行口波特率倍增位。smod為1時，串行口工作方式1、方式2、方 式3的波特率加倍。具體值見各種工作方式下的波特率計算公式。二、串行口的工作方式(一) 方式0方式0為同步移位寄存器輸入

6、輸出方式。其工作方法是：串行數(shù)據(jù)通過rxd端輸 入/輸出，txd則用于輸出移位時鐘脈沖。方式0吋，收發(fā)的數(shù)據(jù)為8位，低位在両， 高位在后。波特率固定為fosc/12,其小f csc為單片機的晶振頻率。利用此工作方式，可以在串行口外接移位寄存器以擴展i/o接口，也可以外接串 行同步輸入輸出的設備。圖6 6所示為串行口外接一片移位寄存器74ls164的輸出接+ 5v+ 5v圖6-6 方式0發(fā)送、接收電路a)發(fā)送接口電路b)接收接口電路口電路和74ls165的輸入接口電 路的情況。數(shù)據(jù)的發(fā)送是以寫sbuf寄存 器指令開始的，8位數(shù)據(jù)由低位至 高位順序由rxd端輸出，同時由 txd端輸出移位脈沖，且每

7、個脈沖 輸出一位數(shù)據(jù)。8位數(shù)據(jù)輸岀結(jié)束 時ti被置位。在圖6-6a所示串行 口輸出電路中,74ls164為一串入 并出的移位寄存器，據(jù)此通過串行 口方式0發(fā)送數(shù)據(jù)可編程如下：wait：movscon, #00hsetbpl. 0；選通 74ls164mova,#data:置要發(fā)送的數(shù)據(jù)movsbuf, a；數(shù)據(jù)寫入sbuf并啟動發(fā)送jnbti, wait;等待一個字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送完clrti；清除 ticlrpl. 0；關(guān)閉 74ls164圖6-6 b是串行口在方式0下利用并入串出芯片74ls165來完成數(shù)據(jù)的接收。接 收是在ren=1和ri二0同時滿足時開始的，在移位時鐘同步下，將數(shù)據(jù)字節(jié)的低位

8、至高 位一位一位地接收下來并裝入sbuf屮，結(jié)束時r1置位。（二）方式1串行接口工作于方式1時，被定義為10位的異步通信接口，即傳送一幀信息為 10位。一位起始位“0”，8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位停止位“1”。其屮起始位 和停止位是在發(fā)送吋自動插入的。串行接口以方式1發(fā)送吋，數(shù)據(jù)由txd端輸出。cpu執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖 器sbuf的指令（即：mov sbuf, a指令），將數(shù)據(jù)字節(jié)寫入sbuf后，便啟動串行口發(fā) 送，發(fā)送完一幀信息，發(fā)送中斷標志tt置“1”。方式1的波特率是可變的，可由以下公式計算得到：方式1波特率=2'販（定吋器1的溢出率）/32（三）方式2和方式3串行接

9、口工作于方式2和方式3時，被定義為11位的異步通信接口，即傳送一幀 信息為11位。一位起始位“0”，8位數(shù)據(jù)位（從低位至高位）、一位附加的第9位數(shù)據(jù) （町程控為1或0）, 位停止位“1”。其中起始位和停止位是在發(fā)送時口動插入的。方式2或方式3發(fā)送時，數(shù)據(jù)由txd端輸出，發(fā)送一幀信息為11位，附加的第9 位數(shù)據(jù)就是scon小的tb8,cpu執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器sbuf的指令（即指令mov sbuf, a）,就啟動串行口發(fā)送，發(fā)送完一幀信息，發(fā)送中斷標志tt置位。方式2和方式3的操作過程是一樣的，所不同的是它們的波特率。方式2波特率=2晌 fosc/64方式3波特率=2'瞼（定時器1

10、的溢岀率）/32三、波特率的設置mcs-51單片機串行口通信的波特率取決于串行口的工作方式。當串行口被定義為 方式0時，其波特率固定等于fosc/12 o當串行口被定義為方式2時，其波特率= 2smodxfosc/64,即當 smod=o 時，波特率= fosc/64；當 smod=1 時,波特率= fosc/32o smod是pcon寄存器的最高位,以，要想改變smod的值,anl pcon,orl pcon,通過軟件可設置smod=0或1。因為pcon無位尋址功能,所 可通過執(zhí)行以下指令來完成：#7fh；使 smod=o#80h；使 smod二1當串行口被定義為方式1或方式3時，其波特率=

11、2sm01,x定時器t/c1的溢出率/32。 定時器t/c1的溢出率，収決于計數(shù)速率和定時器的預置值。下面說明t/c1溢出率的 計算和波特率的設置方法。1. t/c1溢出率的計算在串行通信方式1和方式3下，使用定時器t/c1作為波特率發(fā)牛:器。t/c1可以工作于方式0、方式1和方式2,其屮方式2為白動裝入時間常數(shù)的8位定時器，使用 時只需進行初始化，不需耍安排屮斷服務程序重裝時間常數(shù)，因而在卅t/c1作波特率 發(fā)生器時，常使其工作于方式2。前面我們介紹過定時器定時時間的計算方法，同樣，我們設x為時間常數(shù)即定時器的初值；仁禮為晶振頻率，當定時器t/c1工作于方式2時，則有：溢出周期=(28-x)

12、x12/fosc溢出率二1/溢出周期二fosc/12(28-x)j2. 波特率的設置由上述可得，當串行口工作于方式1或方式3、定時器t/cl i作于方式2時波特率=2sm0dx定時器t/c1溢出率/32二2sm0dx g/32x 12 (28-x)當fosc=6miiz, t/c1工作于方式2時，波特率的范圍為61.0431250b/s。由上式可以看出,當x=255時,波特率為最高。如彳osc = 12mhz, sm0d=0,則 波特率為31. 25kb/s,若sm0d=l,則波特率為62. 5kb/s。這是f°sc = 12mhz時波特率的 上限。若需要更高的波特率，則需要提高主振

13、頻率©sc。在實際應用中，一般是先按照所要求的通信波特率設定sm0d,然后再算出t/c1 的時間常數(shù)。即：x=28-2smodx f /(384x 波特率)例如，某8051單片機控制系統(tǒng)，主振頻率為12mhz,要求串行口發(fā)送數(shù)據(jù)為8位、 波特率為1200b/s,編寫串行口的初始化程序。我們設sm0d=l,則t/c1的時間常數(shù)x的值為:sm0d=l,則t/c1的時間x=28-2smodx f /(384x 波特率)初始化程序為：movscon, #50h;串行口工作于方式1orlpcon, #80h；smod=1movtmod, #20h;t1工作于方式2,定時方式movth1, #0

14、cch;設置吋間常數(shù)初值movtl1, #0cchsetbtri:啟動t/c1=256-2x 12x 106/(384x 1200)=256-52.08=203. 92occh再如，要求串行通信波特率為2400b/s,假設常數(shù)為:x=28-21x6x 107(384x2400)=242. 98243=f3h定時器t/cl和串行口的初始化程序如下:movtmod, #20h；設t/cl為方式2定時movth1, #0f3h;置時間常數(shù)movtl1, #0f3hsetbtri；啟動t/clorlpcon, #8011；smod=1movscon, #50h;設串行口方式1執(zhí)行上而的程序后，即可使串

15、行口工作于方式1,波特率為2400b/s。需要指出的是，在波特率的設置中，shod位數(shù)值的選擇直接影響著波特率的精確度。以上例所用數(shù)據(jù)來說明，波特率=2400b/s,，c=6mhz,這時shod可以選為1或0。由于對shod位數(shù)值的不同選擇，所產(chǎn)生的波特率課差是不同的。1)選擇smod二1,山上而計算己得t/c1時間常數(shù)x=243,按此值可算得t/c1實際 產(chǎn)生的波特率及誤差為波特率=2shodxfosc/2x12(28-x)= 2*x fosc/32x 12 (256-243) = 2403. 85b/s波特率誤差=(2403. 85-2400)/2400=0. 16%2)選擇smod=o,此時x=28-2° x6x 10*7(384x2400) =249. 49249 由此值可以算出t/c1實際產(chǎn)生的波特率及誤差為：波特率=2° x6x 10'/32 x 12(256 249)1 = 2232. mb/s波特率誤差=(2400-2232. 14)/2400 = 6. 99%上面的分析計算說明了 smod值雖然可以任意選擇，但在某些情況下它會使波特率 產(chǎn)生謀差。因而在波