MCS-51单片机串行口的功能与结构应用技术

1.串行口的功能

MCS-51单片机中的串行接口是一个全双工异步通信接口，可以同时发送和接收数据。发送、接收数据可通过查询或中断方式进行，使用方便灵活，能方便地与其它计算机或串行传送信息的外部设备（如串行打印机）实现双机、多机通信。它有4种工作方式，分别是方式0、方式1、方式2和方式3。其中：

方式0称为同步移位寄存器方式，一般用于外接移位寄存器芯片以扩展I/O接口。

方式1称为8位的异步通信方式，通常用于双机通信。

方式2和方式3称为9位的异步通信方式，通常用于多机通信。

不同方式时的波特率也不一样，方式0和方式2的波特率直接由系统时钟产生，方式1和方式3的波特率由定时/计数器T1的溢出率决定。

2.串行口的结构

MCS-51单片机的串行口主要由两个数据缓冲器SBUF、一个输入移位寄存器、一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器T1等组成。其结构如图7.5所示。

图7.5　MCS-51单片机串行口结构框图

从用户使用的角度看，它由3个特殊功能寄存器组成：发送数据寄存器和接收数据寄存器合起来用一个特殊功能寄存器SBUF（串行口数据寄存器），串行口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON。

串行口数据寄存器SBUF，字节地址为99H，实际对应两个寄存器：发送数据寄存器和接收数据寄存器。当CPU向SBUF写数据时对应的是发送数据寄存器，当CPU读SBUF时对应的是接收数据寄存器。

发送数据时，当执行一条向SBUF写入数据的指令，把数据写入串口发送数据寄存器，就启动发送过程。在发送时钟的控制下，先发送一个低电平的起始位，紧接着把发送数据寄存器中的内容按低位在前，高位在后的顺序一位一位地发送出去，最后发送一个高电平的停止位。一个字符发送完毕，串行口控制寄存器中的发送中断标志位T1置位。对于方式2和方式3，当发送完数据位后，要把串行口控制寄存器SCON中的TB8位发送出去后才发送停止位。

接收数据时，串行数据的接收受到串口控制寄存器SCON中的允许接收位REN的控制。当REN位置1，接收寄存器就开始工作，对接收数据线进行采样，当采样到从“1”到“0”的负跳变时，接收控制器开始接收数据。为了减少干扰的影响，接收控制器在接收数据时，将1位的传送时间分成16等分，用其中的7、8、9三个状态对接收数据线采样，三次采样中，当两次采样为低电平，就认为接收的是“0”；两次采样为高电平，就认为接收的是“1”。如果接收的起始位的值不是“0”，则起始位无效，复位接收电路。如果起始位为“0”，则开始接收其它各位数据。接收的前8位数据依次移入输入移位寄存器，接收的第9位数据置入串口控制寄存器的RB8位中。如果接收有效，则输入移位寄存器中的数据置入接收数据寄存器中，同时控制寄存器中的接收中断位RI置1，通知CPU来取数据。

3.串行口控制寄存器SCON

深入理解SCON各位的含义，正确地用软件设定SCON各位是运用MCS-51串行口的关键。该专用寄存器的主要功能是串行通信方式选择，接收和发送控制及串行口的状态标志指示等作用。格式如图7.6所示：(www.xing528.com)

图7.6　串行口控制寄存器SCON

其中SM0、SM1为串行口工作方式选择位。

SM2：允许方式2和方式3进行多机通信的控制位。在方式2和方式3中，如果SM2＝1，那么串行口接收到第9位数据（RB8）为0时，则不置位RI（不提出中断请求）；如果SM2＝0，则接收到停止位信息后必置位RI。在方式1中，若SM2＝1，则只有收到有效停止位时才置位RI。在方式0中，SM2必须是0。

REN：允许接收控制位。REN＝0，则禁止串行口接收，REN＝1，允许串行口接收。

TB8：是工作方式2和方式3中要发送的第9位数据。由软件置位或复位。该位可作为奇偶校验位。在多机通信中，该位用于表示是地址帧还是数据帧。

RB8：是工作方式2和方式3接收到的第9位数据。可能是奇偶校验位或地址/数据标识位。在方式l中，若SM2＝0，则RB8是接收到的停止位。在方式0中，不使用RB8。

TI：发送中断标志位。在方式0中，当发送完第8位数据时，TI由硬件置位；在其他方式中，TI在开始发送停止位时由硬件置位。TI＝1时，请求中断，CPU响应中断后，再发送下一帧数据。在任何方式下，都必须用软件对TI清零。

RI：接收中断标志位。在方式0中，当接收到第8位数据时，RI由硬件置位；在其他方式中，RI在接收到停止位的中间时刻，由硬件置位。RI＝1时，串行口向CPU请求中断，CPU响应中断后，从SBUF中取出数据。在任何方式下，都必须用软件对RI清零。

4.电源和波特率控制寄存器PCON

电源控制寄存器PCON是一个特殊功能寄存器。它主要用于电源控制方面。另外，PCON中的最高位SMOD位，称为波特率加倍位。它用于对串行口的波特率进行控制。它的格式如图7.7所示：

图7.7　电源和波特率控制寄存器PCON

当SMOD位为1时，则串行口方式1、方式2、方式3的波特率加倍。例如在工作方式2下，若SMOD＝0时，则波特率为fosc的1/64；当SMOD＝1时，波特率为fosc的1/32，恰好增大一倍。系统复位时，SMOD位为0。PCON其余位用于CHMOS型MCS-51单片机的低功耗控制。PCON的字节地址为87H，不能进行位寻址，只能按字节方式访问。