C51 新手編程（第五課）
串行口
今天介紹單片機(jī)怎樣通過串行口與計(jì)算機(jī)通信。
1. 概述
通信實(shí)質(zhì)就是以計(jì)算機(jī)為中心，通過某些通信線路與設(shè)備，對二進(jìn)制編碼的字母、數(shù)字、符號化及數(shù)字化聲音、圖像信息進(jìn)行的傳輸、交換和處理。由于計(jì)算機(jī)的信息是以字節(jié)（8位）或字（1個或幾個字節(jié)）為單位進(jìn)行處理，所以以字或字節(jié)為傳輸單位比較合適，今天重點(diǎn)介紹使用串行口進(jìn)行通信。
所謂串行通信就是所傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位地發(fā)送或接收。在串行通信系統(tǒng)中，傳輸數(shù)據(jù)的各位只在一條傳輸線上傳送，因此在長距離傳送數(shù)據(jù)時，比較經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是傳輸速度較慢。
2. 串行通信種類
串行通信分為同步通信和異步通信兩種方式。
(1) 同步串行通信：要求在發(fā)送設(shè)備的時鐘頻率與接收設(shè)備的時鐘頻率一致的條件下，發(fā)送設(shè)備先發(fā)出一個（或幾個）同步字符，隨之發(fā)送一組數(shù)據(jù)。接收設(shè)備一旦檢測到符合規(guī)定的同步字符，便連續(xù)按順序接收所有數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：速度較快。缺點(diǎn)：對設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)要求較高。
(2) 異步串行通信：發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的時鐘是不一致的。數(shù)據(jù)以一個字符一個字符地順序按幀傳送。幀格式示意圖如圖2-1：
0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 1
起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 奇偶校
驗(yàn)位 停止位
七位數(shù)據(jù)
圖2-1異步通信信號傳輸格式
解釋一下：開頭一個起始位“0”，接著是5~8位數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后（圖上是7位數(shù)據(jù)位），然后是一個奇偶校偶位（可以省略），最后加上一個停止位“1”表示字符的結(jié)束。
由于在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上使用發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備的時鐘頻率長期嚴(yán)格保持一致有一定的困難，目前實(shí)際使用較多的還是串行異步通信方式。
3. 串行口中數(shù)據(jù)的雙工傳送
在串行通信中，機(jī)器的通信接口只能發(fā)送或接收，這種是單向傳輸?shù)?，稱為單工傳送，如果兩機(jī)之間能夠進(jìn)行雙向傳送，這種方式就稱為雙工傳送。
在雙工傳送中，如果接收和發(fā)送不能同時進(jìn)行，只能分時接收和發(fā)送，這種傳送就叫半雙工傳送，若兩機(jī)的發(fā)送和接收均可同時進(jìn)行，則為全雙工傳送。
4. 串行通信速率
波特率是在單片機(jī)異步通信中對數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定，即每秒鐘傳送信息的二進(jìn)制位數(shù)。
5. 串行接口
從本質(zhì)上講，所有的串行接口都是以并行數(shù)據(jù)形式與CPU接口，而以串行數(shù)據(jù)形式與外部邏輯單元接口。它們的基本功能是從外部邏輯單元接收串行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后傳送給CPU；或者從CPU發(fā)出并行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)后輸出給外部邏輯單元。
串行接口至少包含一個接收器和一個發(fā)送器。
6. 51串行接口
51單片機(jī)內(nèi)部有一個功能很強(qiáng)的全雙工的串行接口電路單元UART（即通用異步接收器/發(fā)送器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），發(fā)送時數(shù)據(jù)由TXD端送出，接收時數(shù)據(jù)由RXD端輸入，有兩個緩沖器SBUF，一個作發(fā)送緩沖器，另一個作嫌收緩沖器。該串行口有4種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)的定時/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生。串行口接收或發(fā)送數(shù)據(jù)均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用十分方便。
6.1. 串行口的組成
6.1.1. 串行口控制寄存器SCON，其格式如下：
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
(1) SM0，SM1：串行口工作方式控制位，具體工作方式見表6-1：



表6-1 串行口工作方式控制
SM0 SM1 工作方式 說明 波特率
0 0 方式0 同步移位寄存器 fOSC/12
0 1 方式1 10位異步收發(fā) 由定時器控制
1 0 方式2 11位異步收發(fā) fOSC/32或fOSC/64
1 1 方式3 11位異步收發(fā) 由定時器控制
(2) SM2：多機(jī)通信控制位（方式2，3）
1->只有接收到第9位（RB8）為1，RI才置位；
0->接收到字符，RI就置位。
(3) REN：串行口接收允許位
1->允許串行口接收；
0->禁止串行口接收。
(4) TB8：方式2和方式3時，為發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，也可以作奇偶校驗(yàn)位。
(5) RB8：方式2和方式3時，為接收到的第9位數(shù)據(jù)；方式1時，為接收到的停止位。
(6) TI：發(fā)送中斷標(biāo)志
由硬件置位，必須由軟件清零
(7) RI：接收中斷標(biāo)志
由硬件置位，必須由軟件清零
6.1.2. 電源控制寄存器PCON：
PCON的第7位SMOD是與串行口的波特率設(shè)置有關(guān)的選擇位。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SMOD
(1) SMOD：串行口波特率加倍位
1->方式1和方式3時，波特率=定時器1溢出率/16；方式2波特率= fOSC/32；
0->方式1和方式3時，波特率=定時器1溢出率/32；方式2波特率= fOSC/64；
通常情況下，使用單片機(jī)的串行口時，選用的晶振比較固定，一般為6MHz，12MHz和11.0592MHz,常用于與微機(jī)的通信；選用的波特率也相對固定。串行口常用的波特率及相應(yīng)的設(shè)置見表6-2：
表6-2 串行口常用波特率
串行口工作方式 波特率 fOSC = 6 MHz fOSC = 12 MHz fOSC = 11.0592 MHz
SMOD TMOD TH1 SMOD TMOD TH1 SMOD TMOD TH1
方式0 1M × × ×
方式2 375K 1 × ×
187.5K 1 × × 0 × ×




方式1


或



方式3 62.5K 1 20 FFH
19.2K 1 20 FDH
9.6K 0 20 FDH
4.8K 1 20 F3H 0 20 FAH
2.4K 1 20 F3H 0 20 F3H 0 20 F4H
1.2K 1 20 E6H 0 20 E6H 0 20 E8H
600 1 20 CCH 0 20 CCH 0 20 D0H
300 0 20 CCH 0 20 98H 0 20 A0H
137.5 1 20 1DH 0 20 1DH 0 20 2EH
110 0 20 72H 0 20 FEEBH 0 10 FEFFH
7. 實(shí)例
單片機(jī)串行口發(fā)送/接收程序，每接收到字節(jié)即刻發(fā)送出去；和微機(jī)相接后微機(jī)鍵入的字符回顯在屏幕上。代碼如下：

/******************************************************
* Title: 串口接收發(fā)送程序（字母）
* Description:
* Copyright:
* Company:
* @author Enron
*******************************************************/
#include

#define uchar unsigned char

/******************************************************
主函數(shù)
*******************************************************/
void main()
{
uchar a;

TMOD=0x20;
TL1=0xfd; // 采用11.0592MHz的晶振，波特率9600bps
TH1=0xfd;
SCON=0xd8;
PCON=0x00;
TR1=1;

while(1)
{
while(RI==0);
RI=0;
a=SBUF;
SBUF=a;
while(TI==0);
TI=0;
}
}

解釋一下：TMOD = 0x20 即
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
GATE T/C 1 M1 M0 GATE T/C 0 M1 M0
0 0 1 0 0 0 0 0
看出來，我們使用定時器 1 的工作方式1，即定時器 1 為自動重設(shè)初值的8位定時/計(jì)數(shù)器。

TH1 = 0xFd; //在11.0592MHz下，設(shè)置串行口波特率為9600，方式3
TL1 = 0xFd;
串行口工作方式 波特率 fOSC = 6 MHz fOSC = 12 MHz fOSC = 11.0592 MHz
SMOD TMOD TH1 SMOD TMOD TH1 SMOD TMOD TH1
方式0 1M × × ×
方式2 375K 1 × ×
187.5K 1 × × 0 × ×




方式1


或



方式3 62.5K 1 20 FFH
19.2K 1 20 FDH
9.6K 0 20 FDH
4.8K 1 20 F3H 0 20 FAH
2.4K 1 20 F3H 0 20 F3H 0 20 F4H
1.2K 1 20 E6H 0 20 E6H 0 20 E8H
600 1 20 CCH 0 20 CCH 0 20 D0H
300 0 20 CCH 0 20 98H 0 20 A0H
137.5 1 20 1DH 0 20 1DH 0 20 2EH
110 0 20 72H 0 20 FEEBH 0 10 FEFFH
按照表來看我們的在11.0592MHZ下，串口的波特率為9.6K也就是9600，那么TH1 TL1設(shè)置為0xFD
SCON = 0xd8; //串口控制
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
1 1 0 1 1 0 0 0
表6-1 串行口工作方式控制
SM0 SM1 工作方式 說明 波特率
0 0 方式0 同步移位寄存器 fOSC/12
0 1 方式1 10位異步收發(fā) 由定時器控制
1 0 方式2 11位異步收發(fā) fOSC/32或fOSC/64
1 1 方式3 11位異步收發(fā) 由定時器控制
也就是說串行口的工作方式3，11位異步收發(fā)波特率由定時器控制的。REN：1->允許串行口接收。TB8：方式2和方式3時，為發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，也可以作奇偶校驗(yàn)位。RB8：方式2和方式3時，為接收到的第9位數(shù)據(jù)；方式1時。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志，由硬件置位，必須由軟件清零。RI：接收中斷標(biāo)志，由硬件置位，必須由軟件清零。

PCON = 0x00;
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SMOD
0 0 0 0 0 0 0 0
1->方式1和方式3時，波特率=定時器1溢出率/16；方式2波特率= fOSC/32；
0->方式1和方式3時，波特率=定時器1溢出率/32；方式2波特率= fOSC/64
TR1 = 1; //啟動定時器T1
也就是啟動定時器
while (1)
while(RI==0); //串口接收
RI = 0;
c = SBUF;
SBUF = c;
while(TI==0); //串口發(fā)送
TI=0;
while(RI==0); RI為0則等待（不為0就執(zhí)行下一句）
RI = 0; 執(zhí)行這句說明RI不再為0（接收結(jié)束），這里強(qiáng)制RI為0
c = SBUF; 接收字符
SBUF = c; 發(fā)送字符
while(TI==0); TI為0則等待，否則執(zhí)行下一句
TI=0; 執(zhí)行到這句說明TI不為0（即發(fā)送結(jié)束），強(qiáng)制令TI為0
這里的意思是說判斷RI是否為0當(dāng)RI==0時就一直循環(huán)判斷，當(dāng)RI不等與0時就執(zhí)行下面的語句。RI=0是重置。然后就接收數(shù)據(jù)SBUF就是串口數(shù)據(jù)寄存地方。當(dāng)C=SBUF時就收到了串口數(shù)據(jù)然后在吧原來的數(shù)據(jù)在發(fā)到出去SBUF=C，while（TI==0）是說當(dāng)TI為0是就一直等待。不為0時就執(zhí)行TI=0重置TI。
將前面的程序編譯后寫入單片機(jī)，并連好串口線。通過串口調(diào)試助手向單片機(jī)發(fā)送字符，會發(fā)現(xiàn)發(fā)送的內(nèi)容被原樣發(fā)送回來。