基于89C51单片机串口通信程序的设计

ID:104835 · 发表于 2016-2-4 04:07

      MCS-51系列单片机上有一个通用异步接收／发送器UART，通过引脚RXD[P3．O]和TXD[P3．1]可与外音B电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。本文将具体介绍单片机串口的特点和编程方法，并且在最后给出一个实用的单片机与计算机通过串口通信的程序。

串行接口的基本特点

      MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同场合的需要。其中方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I／O电路；工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，还可以作多机通信，以构成分布式多微机系统。

   串行端口有两个控制寄存器SCON、PCON，用于设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送波特率[每秒传送的位数]以及作为中断标志等。

   串行端口有一个数据寄存器SBUF[在特殊功能寄存器中的字节地址为99H]，该寄存器为发送和接收所共用。发送时，只写不读；接收时，只读不写。在一定条件下，向SBuF写入数据就启动了发送过程；读SBuF就启动了接收过程。

   串行端口的波特率可以用程序来控制。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。

串口控制寄存器

1. 特殊功能寄存器SCON

它用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制。字节地址为98H，其各位定义如下表：

SM0、SM1：串行口工作方式选择位，其定义如下：

SM2：多机通讯控制位，仅用于方式2和方式3。当发送数据时SM2必须有软件设置为1；接收数据时，如果SM2=1只有接收到的第9位数据为1时，RI才置位；如果SM2=0只要接收第9位数据，RI就置位。

REN：接收允许控制位。由软件置位(REN=1)才允许接收，又由软件清O(REN=0)来禁止接收。

TB8：是要发送数据的第9位。在方式2或方式3中，要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。例如。可约定作为奇偶校验位,或在多机通讯中作为区别地址帧或数据帧的标志位。

RB8：接收到的数据的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若(SM2)=O，RB8为接收到的停止位。在方式2或方式3中，RB8为接收到的第9位数据。

TI：发送中断标志。发送数据前必须软件清0，发送过程中TI一直为0，当发送完一帧数据后，由硬件自动置1。如果要再发送，必须用软件再清0。在编写串行通信程序的时候，可以使用软件查询TI的方法获得数据是否已发送完毕。

RI：接收中断标志位。接收数据前必须软件清0，接收过程中RI一直为0，当接收完一帧数据后，由硬件自动置1。如果要再接收，必须用软件再清0。在编写串行通信程序的时候，可以使用软件查询RI的方法获得数据是否已接收完毕。

2. 特殊功能寄存器PCON

PCON的字节地址为87H，它的第7位SMOD是与串口的波特率设置有关的选择位。

SMOD：波特率加倍位。在计算串行方式1、2、3的波特率时SMOD=0波特率不加倍；SMOD=1波特率加倍。

MCS-51单片机的串行的工作方式

MCS-51单片机的全双工串行口可编程为4种工作方式，现分述如下：

1方式O

方式0为移位寄存器输入／输出方式。可外接移位寄存器以扩展I／O口，也可以外接同步输入／输出设备。波特率固定为fosc／12，其中fosc为时钟频率。

8位串行数据是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。

输出：串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送寄存器SBUF时，立即启动发送，将8位数据以fos／12的固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。

输入：RXD为串行数据输入端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当(R1)=0且(REN)=1时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收寄存器，并由硬件置位RI。

左面两图分别是方式0扩展输出和输入的接线图，74LS164／74LS165是移位寄存器，将单片机输出的串行数据变为8位并行数据，将外部输入的8位并行数据变成串行数据。

2方式1

方式1为波特率可变的10位异步通讯接口方式。发送或接收一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。其中的起始位和停止位在发送时自动插入的。

输出：当CPU执行一条指令将数据写入发送缓冲SBUF且TI=0时，就启动发送。串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。

输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。只有当8位数据接收完，并检测到高电平停止位后，只有满足①(R1)=0；②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。所以在方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。

3. 方式2

方式2为固定波特率的11位uART方式。它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。

输出：发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位，附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址／数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位。当CPu执行一条数据写入SuBF的指令且TI=0时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。

输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当满足①(RI)：0；②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志Ri；否则信息丢失。且不置位RI。

4. 工作方式3

方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。

波特率的选择

如前所述，在串行通讯中，收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在MCS-51串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率控制。

1．方式O

方式0的波特率固定为主振频率的1/12。

2．方式2

方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定，可表示为：波特率=2sMoD×fosc／64也就是当SMOD=1时，波特率为1／32×fosc，当SMOD=0时，波特率为1／64×fosc。

3．方式1和方式3

定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：

波特率=2SMOD／32×定时器T1溢出率

T1溢出率=T1计数率／产生溢出所需的周期数

式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时，T1计数率为fOSC门2：当工作于计数器状态时，T1计数率为外部输入频率，此频率应小于fOSC／24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值(×]有关。

定时器T1工作于方式O：溢出所需周期数=8192-×

定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-X

定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-X

因为方式2为自动重装入初值的8位定时器／计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。这种方式下，T1的溢出率[次／秒]计算式可以表示为：

T1溢出率=fsoc／12[256-X]

于是波特率(位／秒)表达式为：

当时钟频率选用11．0592MHz时，取易获得标准的波特率，所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。
左表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。

ID:241196 · 发表于 2017-10-20 10:33

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