单片机串行接口工作方式

MCS-51系列单片机串行接口有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式。现对每种工作方式下的特点作进一步的说明。

1.方式0

方式0同步移位寄存器输入/输出工作方式。8位串行数据的输入或输出都是通过RXD端，而TXD端用于输出同步移位脉冲。波特率固定为单片机振荡频率（f_osc）的1/12。串行传送数据8位为一帧（没有起始、停止、奇偶校验位）。由RXD（P3.0）端输出或输入，低位在前，高位在后。TXD（P3.1）端输出同步移位脉冲，可以作为外部扩展的移位寄存器的移位时钟，因而串行口方式0常用于扩展外部并行I/O接口。

图4-13 方式0扩展并行输出接口

（1）方式0发送

串行接口可以外接串行输入/并行输出的移位寄存器，如74LS164，用以扩展并行输出接口。如图4-13所示，当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行接口把SBUF中的8位数据以f_osc/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先，逐位移入74LS164。8位全部移完，TI＝1。如要再发送，必须先将TI清零。串行发送时，外部可扩展一片（或几片）串入/并出的移位寄存器。其发送时序如图4-14所示。

图4-14 方式0发送时序

（2）方式0接收

接收时，串行接口可以扩展一片（或几片）并入/串出的移位寄存器，如图4-15所示。利用74LS165，用以扩展并行输入接口。向串口的SCON写入控制字（置为方式0，并置“1”REN位，同时RI＝0）时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。RXD为数据输入端，TXD端输出的同步移位脉冲将74LS165逐位移入RXD端。8位全部移完，RI＝1，表示一帧数据接收完，如要再发送，必须先将RI清“0”。其时序如图4-16所示。

图4-15 方式0扩展并行输入接口

在方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件置“1”TI或RI，CPU响应中断。TI或RI需由用户软件清“0”，可用如下指令：RI＝1和TI＝1；工作在方式0时，SM2位必须为0。

2.方式1

图4-16 方式0接收时序

工作在方式1时，一帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停止位（1），先发送或接收最低位。方式1的帧格式为

工作在方式1时，其波特率是可变的，由定时器T1的计数溢出率决定。在串行通信中，常将定时器T1作为波特率发生器使用，通常选用定时方式2，避免因为重装时间常数而带来的定时误差。其波特率由下式确定：

方式1的波特率＝（2^SMOD/32）×（定时器T1的溢出率）

式中，SMOD为PCON寄存器的最高位的值（0或1）。

（1）方式1发送

在TI＝0时，当执行一条数据写发送缓冲器SBUF的指令时，就启动发送。发送开始时，内部发送控制信号变为有效，然后发送电路自动在8位发送字符前后分别添加1位起始位和1位停止位，并在移位脉冲作用下，每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，由TXD按照从低位到高位输出一个数据位。8位数据位全部发送完毕后，TI也由硬件在发送停止位时置位，即TI＝1，向CPU申请中断，如图4-17所示。图中TX时钟的频率就是发送的波特率。

图4-17 方式1的发送时序

（2）方式1接收(www.xing528.com)

接收操作在RI＝0和REN＝1条件下进行。数据接收时序如图4-18所示。单片机内部允许接收器接收，接收器以所选波特率的16倍速率采样RXD端电平，当检测到RXD端输入电平发生负跳变时（起始位），开始接收数据。内部16分频计数器的16个状态把传送每一位数据的时间16等分，在每个时间的7、8、9这3个计数状态位检测器采样RXD端电平，接收的值是3次采样中至少有两次相同的值，这样可以防止外界的干扰。图4-18中RX时钟的频率就是接收的波特率。位检测采样的频率为RX时钟频率的16倍。

如果在第一位时间内接收到的值不为0，说明它不是一帧数据的起始位，该位被摒弃，并复位接收电路，重新搜索RXD端输入电平的负跳变；若接收到的值为0，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧数据其余部分信息。

当RI＝0，且SM2＝0（或接收到的停止位为1）时，将接收到的9位数据的前8位数据装入SBUF接收，第9位（停止位）装入RB8，并置（RI）＝1，向CPU请求中断。在方式1下，SM2一般应设定为0。

图4-18 方式1的接收时序

当一帧数据接收完，需同时满足以下两个条件，接收才真正有效。RI＝0，即上一帧数据接收完成时，RI＝1发出的中断请求已被响应，SBUF中的数据已被取走，说明“接收SBUF”已空；SM2＝0或收到的停止位＝1（方式1时，停止位已进入RB8），则收到的数据装入SBUF和RB8（RB8装入停止位），且置“1”中断标志RI；若这两个条件不能同时满足，收到的数据将丢失。

3.方式2和方式3

在方式2和方式3下，串行接口工作在11位异步通信方式。一帧信息包含一个起始位“0”、8个数据位、一个可编程第9数据位和一个停止位“1”。其中可编程位是SCON中的TB8位，可作奇偶校验位或地址/数据帧的标志位使用。方式2和方式3两者的差异仅在于通信波特率有所不同：方式2的波特率是固定的，由主频f_osc经32或64分频后提供，方式3的波特率是可变的。方式2和方式3的帧格式为

方式2的波特率由下式确定：

方式2的波特率＝（2^SMOD/64）×f_osc

方式3的波特率由下式确定：

方式3的波特率＝（2^SMOD/32）×（定时器T1的溢出率）

（1）方式2（或方式3）发送

发送前，先根据通信协议由软件设置TB8（例如，双机通信时的奇偶校验位或多机通信时的地址/数据的标志位）。然后将要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，并装入到第9数据位的位置，再逐一发送出去。发送完毕，则使置位TI为“1”。方式2和方式3的发送时序如图4-19所示。

图4-19 方式2和方式3的发送时序

（2）方式2（或方式3）接收

方式2和方式3的接收过程也和方式1类似。所不同的是，方式1中RB8存放的是停止位，而方式2或方式3时RB8中存放的是第9数据。在接收器完第9位数据后，需满足两个条件，才能将接收到的数据送入SBUF。RI＝0意味着接收缓冲器为空，SM2＝0或接收到的第9位数据位RB8＝1两个条件满足时，接收到的数据送入SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入RB8，并置“1”RI。若不满足两个条件，接收的信息将被丢弃。方式2和方式3的接收时序如图4-20所示。

图4-20 方式2和方式3的接收时序

表4-4列出了方式1和方式3常用的波特率及其初值。系统振荡频率选为11.0592MHz是为了使初值为整数，从而产生精确的波特率。

表4-4 常用波特率与其他参数的关系

如果串行通信选用很低的波特率，可将定时器T1置于模式0或模式1，即13位或16位定时方式。但在这种情况下，当T1溢出时，需用中断服务程序重装初值。中断响应时间和指令执行时间会使波特率产生一定的误差，需要用改变初值的方法加以调整。