单片机串行接口解析基础原理与应用

串行接口电路也称为通用异步收发器（UART）。从原理上说，一个UART应包括发送器电路、接收器电路和控制电路。MCS-51系列单片机其中已集成了UART，构成一个全双工串行接口，这个接口既可以用于网络通信，也可以实现串行异步通信，还可以作为同步移位寄存器使用。

MCS-51系列单片机的串行口通过引脚RXD（P3.0，串行口数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行口数据发送端）与外部设备进行串行通信，图6-30为MCS-51系列单片机内部串行口结构示意图。

图6-30　单片机内部串行口结构示意图

图中，共有两个物理上独立、逻辑上同名的接收、发送缓冲器SBUF（属于特殊功能寄存器SFR），可同时发送、接收数据，实现全双工方式串行通信。发送缓冲器只能写入不能读出；接收缓冲器只能读出不能写入。串行发送时，累加器A通过片内总线向发送SBUF写入数据；串行接收时，从接收SBUF通过片内总线把读入的数据存入A。由于单片机的CPU对发送与接收寄存器不能同时进行操作，所以给这两个缓冲寄存器赋以同一个特殊功能寄存器字节地址99H。

在接收方式下，串行数据通过引脚RXD（P3.0）进入，由于在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，以避免在数据接收过程中出现帧重叠错误，即在下一帧数据来时，前一帧数据还没有读走。

在发送方式下，串行数据通过引脚TXD（P3.1）发出。与接收数据情况不同，发送数据时，由于CPU是主动的，不会发生帧重叠错误，因此发送电路就不需双重缓冲结构，这样可以提高数据发送速度。

串行接口的通信由3个特殊功能寄存器对数据的接收和发送进行控制。它们分别是串行口控制寄存器SCON、电源控制寄存器PCON和中断允许控制寄存器IE。

6.3.2.1　串行接口的控制寄存器

单片机串行接口的工作主要由SCON、PCON、IE共3个特殊功能寄存器控制。

1.串行口控制寄存器SCON

串行口控制寄存器SCON地址为98H，位地址9FH～98H，具体格式见图6-31。

图6-31　SCON具体格式

SCON各位的控制功能如下：

（1）SM0、SM1：串行口工作方式选择位。SM0、SM1对应的4种通信方式如表6-4所列（表中f osc为晶振频率）。

表6-4　串行口工作方式

（2）SM2：多机通信控制位。该位为多机通信控制位，主要用于工作方式2和工作方式3。

当SM2为0时，则接收到的第9位数据（RB8）无论是0还是1，都将接收到的数据装入SBUF中，在接收完当前帧后，产生中断申请，RI置位。

当SM2为1时，则只有当接收到的第9位数据RB8为1，才将接收到的数据装入SBUF中，在接收完当前帧后，产生中断申请，RI置位。若接收到的第9位数据RB8为0，则接收到的前8位数据丢弃，且不产生中断申请。

在工作方式0时，SM2必须为0。

（3）REN：允许接收位。由软件置位或清0，只有当REN=1时，才允许接收，它相当于串行接收的开关；若REN=0时，则禁止接收。

（4）TB8：发送数据位8。在工作方式2和工作方式3时，TB8的内容是要发送的第9位数据，其值由用户通过软件设置。在双机通信时，TB8一般作为奇偶校验位使用；在多机通信中，常以TB8位的状态表示主机发送的是地址帧还是数据帧。

在工作方式1和工作方式0中，该位未用。

（5）RB8：接收数据位8。RB8是接收数据的第9位，在工作方式2和工作方式3中，接收数据的第9位数据放在RB8中，它可能是约定的奇偶校验位，也可能是地址/数据标志等。

在工作方式1中，RB8存放的是接收的停止位；在工作方式0中，该位未用。

（6）TI：发送中断标志。当工作方式0时，发送完第8位数据后，该位由硬件置1，在其他方式下，于发送停止位之前，由硬件置1，因此TI=1，表示帧发送结束，其状态既可供软件查询使用，也可请求中断。TI位必须由软件清0。

（7）RI：接收中断标志。当方式0时，接收完第8位数据后，该位由硬件置1，在其他方式下，当接收到停止位时，该位由硬件置1，因此RI=1，表示帧接收结束。其状态既可供软件查询使用，也可以请求中断。RI位也必须由软件清0。

无论接收/发送数据是否采用中断方式工作，每接收/发送一个数据都必须用指令对RI/TI清0，以备下一次收/发。

2.电源控制寄存器PCON

PCON主要是为MCS-51系列CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，单元地址为87 H，不能位寻址。其格式见图6-32。

图6-32　PCON格式

电源控制寄存器PCON中，与串行口工作有关的仅有它的最高位SMOD，SMOD称为串行口的波特率倍增位。在串行口工作方式1、2、3中，当SMOD=1时，波特率加倍；否则，波特率不加倍。系统复位时，SMOD=0。

3.中断允许控制寄存器IE

在中断允许控制寄存器IE中，与串行通信有关的位有ES位。ES为串行中断允许位，ES=0，禁止串行中断；ES=1，允许串行中断。

6.3.2.2　串行接口的工作方式

MCS-51单片机串行接口有4种工作方式，分别为方式0、方式1、方式2和方式3，由串行接口控制寄存器SCON中最高两位SM0、SM1的状态，通过软件设置来决定选择何种工作方式。其中有8位、10位和11位为一帧的数据传送格式。

1.工作方式0

工作方式0以8位数据为一帧进行传输，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。波特率固定，为f osc/12。其一帧数据格式如图6-33所示。

图6-33　方式0的帧格式

方式0为同步移位寄存器输入/输出方式。该方式并不能用于两个单片机之间的异步串行通信，而是用于串行口外接移位寄存器，扩展并行I/O口。

（1）方式0发送过程。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，串行口开始把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，TXD引脚输出同步移位脉冲，发送完8位数据，中断标志位TI置“1”。发送时序如图6-34所示。

图6-34　方式0发送时序

（2）方式0接收过程。方式0接收，REN为串行口允许接收控制位，REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。当向SCON寄存器写入控制字（设置为方式0，并使REN位置1，同时RI=0）时，产生一个正脉冲，串行口开始接收数据。引脚RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器以f osc/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当接收完8位数据时，中断标志RI置1，表示一帧数据接收完毕，可进行下一帧数据的接收，时序如图6-35所示。

图6-35　方式0接收时序

（3）方式0发送与接收应用举例。使用工作方式0实现数据的移位输入/输出时，实际上是把串行接口作为移位寄存器使用。

串行接口变为并行输出口使用时，要有“串入并出”的移位寄存器配合，例如CD4094、74LS164等。图6-36为8串行输入/并行输出移位寄存器CD4094、74LS164芯片的引脚图。数据预先写入串行接口数据缓冲寄存器SBUF，然后从串行接口RXD端在移位时钟脉冲TXD的控制下逐位移入CD4094/74LS164，当8位数据全部移出后，SCON寄存器的发送中断标志TI被自动置1。其后主程序就可用中断或查询的方法，通过设置STB状态的控制，把CD4094的内容并行输出。

图6-36　8串行输入/并行输出移位寄存器芯片的引脚图

串行接口变为并行输入口使用时，要有“并入串出”的移位寄存器配合，例如CD4014、74LS165等。图6-37为8串行输入/并行输出移位寄存器CD4014、74LS165芯片的引脚图。CD4014/74LS165移出的串行数据同样经RXD端串行输入，还是由TXD端提供移位时钟脉冲，8位数据串行接收需要有允许接收的控制，具体由SCON寄存器的REN位实现。REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。当软件置位REN时，即开始从RXD端输入数据（低位在前），当接收到8位数据时，置位接收中断标志RI。

图6-37　8并行输入/串行输出移位寄存器芯片的引脚图

图6-38、图6-39分别为采用CD4094/CD4014、74LS164/74LS165进行移位输入/输出的连接示意图。

图6-38　方式0采用CD4094和CD4014进行移位输入/输出的连接图

图6-39　方式0采用74LS164和74LS165进行移位输入/输出的连接图

在移位时钟脉冲（TXD）的控制下，数据从串行口RXD端逐位移入CD4094的DATA端或74LS164的SA、SB端。当8位数据全部移出后，SCON寄存器的TI位被自动置1。其后CD4094或74LS164的内容即可并行输出。当CD4094的STB端=0或74LS164的端=0时，数据串行输入，此时打开串行输入控制门，在时钟信号CLK的控制下，数据从串行输入端DATA或Q8一个时钟周期一位依次输入，而CD4094的STB端=1或74LS164的端=1时，数据并行输出，此时打开并行输出控制门，CD4094或74LS164中的8位数据并行输出。

CD4014的端或74LS165的端为置入/移位端或移位/_置入端，当_或S/=0时，8位数据从Q0～Q7并行置入到内部的寄存器；而当时，在时钟信号CLK的控制下，内部寄存器的内容按低位在前从Q8或QH端串行依次输出。在80C51串行控制寄存器SCON中的REN=1时，TXD端发出移位时钟脉冲，从RXD端串行输入8位数据。当接收到第8位数据D7后，置位中断标志RI，表示一帧数据接收完成。

从上可见，在工作方式0下，串行接口为8位同步移位寄存器输入/输出方式，这种方式不适合用于两个单片机芯片之间的直接数据通信，但可以通过外接移位寄存器来实现单片机的接口扩展。

（4）波特率的设定。工作方式0时，移位操作（串入或串出）的波特率是固定的。波特率为单片机晶振频率的1/12，如晶振频率以f osc表示，则波特率为f osc/12。按此波特率也就是一个机器周期进行一次移位，如f osc=12MHz，则波特率为1Mbit/s，即1μs移位一次。

（5）其他。在方式0，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收完8位数据由硬件使TI或RI中断标志位置“1”，CPU响应TI或RI中断，在中断服务程序中向发送SBUF中送入下一个要发送的数据或从接收SBUF中把接收到的1个字节数据存入内部RAM中。

注意，TI或RI标志位必须由软件清“0”，采用如下指令：

CLR TI ；TI位清“0”

CLR RI ；RI位清“0”

方式0时，SM2位（多机通信控制位）必须为0。

2.工作方式1

方式1是以10位数据为一帧的串行异步通信口。TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图6-40所示。在一帧数据中，1位起始位（0）、8位数据位（数据位是先低位后高位）和1位停止位（1）。方式1可用于无奇偶校验的双机串行异步通信方式。方式1为波特率可变的10位异步通信接口。其波特率由下式确定

方式1波特率=2SMOD×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）。

图6-40　方式1的帧格式

（1）方式1发送过程。发送时序见图6-41。图中TX时钟的频率就是发送的波特率。发送时，数据从TXD（P3.1）端输出，当TI=0，CPU执行数据写入发送缓冲器SBUF指令时，就启动了串行接口数据的发送操作。启动发送后，内部发送控制信号变为有效，串行接口自动把1位起始位清0，而后是8位数据和1位停止位1，一帧数据为10位。每经过一个TX时钟周期，便产生一个移位脉冲，并由TXD引脚输出一个数据位，数据依次从TXD端发出，一帧数据发送完毕，使TXD输出线维持在1状态下，并将SCON寄存器的TI置1，以便查询数据是否发送完毕或作为发送中断申请信号。TI必须由软件清0。

图6-41　方式1发送时序

（2）方式1接收过程。接收时序见图6-42。接收时，数据从RXD（P3.0）端输入，SCON的REN位应处于允许接收状态（REN=1）。在此前提下，串行接口采样RXD（P3.0）端，当采样到从1向0的状态负跳变时，就认定是接收到起始位。

图6-42　方式1接收时序

接收时，定时控制信号有两种：一种是接收移位时钟（RX时钟），它的频率和传送的波特率相同；另一种是位检测器采样脉冲，频率是RX时钟的16倍。以波特率的16倍速率采样RXD脚状态。当采样到RXD端从1到0的负跳变时就启动检测器，接收的值是3次连续采样（第7、8、9个脉冲时采样）取两次相同的值，以确认起始位（负跳变）的开始，较好地消除干扰引起的影响。

当确认起始位有效时，开始接收一帧信息。每一位数据，也都进行3次连续采样（第7、8、9个脉冲采样），接收的值是3次采样中至少两次相同的值。当一帧数据接收完毕后，同时满足以下两个条件，接收才有效。

1）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。

2）SM2=0或收到的停止位=1（方式1时，停止位已进入RB8），则将接收到的数据装入SBUF和RB8（装入的是停止位），且中断标志RI置“1”。

若不同时满足两个条件，接收的数据不能装入接收寄存器SBUF，该帧数据将丢弃。

在同时满足上面两个条件下，通过移位脉冲的控制，把接收到的数据位移入接收寄存器SBUF中。直到停止位到来之后把停止位送入RB8中，并置位中断标志位RI，通知CPU从SBUF取走接收到的一个字符。

（3）波特率的设定。工作方式1的波特率则是可变的。它以定时器T1作波特率发生器使用，其值由定时器1的计数溢出率来决定，其公式为：

波特率=（2SMOD/32）×定时器T1溢出率

式中：T1溢出率为一次定时时间的倒数，即为

定时器T1溢出率=1/[（2m-X）×12/f osc]=f osc/[（2m-X）×12]

式中：X为计数初值，m由定时器T1的工作方式所决定，即m=8、13或16，当定时器1作波特率发生器使用时，一般选用工作方式2。之所以选择工作方式2，是因为它具有自动加载功能，可避免通过程序反复装入初值所引起的定时误差，使波特率更加稳定。因此，对于定时器T1的工作方式2，定时器T1的溢出率又可简化为

定时器T1溢出率=f osc/[（256-X）×12]

此时，波特率为

因此，计数初值X为

X=256-（2SMOD×f osc）/（384×波特率）

例如，设两机通信的波特率为2400波特，若f osc=12MHz，串行接口工作在方式1，用定时器T1作波特率发生器，选定时器工作在方式2（要禁止T1中断，以免产生不必要的中断带来频率误差）。

若SMOD=1，则计数初值X为

若SMOD=0，则计数初值X为

3.工作方式2和3

方式2和方式3都为以11位数据为一帧的串行异步通信接口，TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。在每帧11位数据中，1位起始位（0），8位数据位（先低位），1位可程控为1或0的附加第9位数据（发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8）和1位停止位（1）。方式2、方式3帧格式如图6-43所示。方式2与方式3的差别仅是波特率不同，其中，方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32两种，而方式3的波特率与方式1相同，是由定时器T1的溢出率决定。方式2和3可用于多机串行异步通信或带奇偶校验的双机串行异步通信。

图6-43　方式2、方式3的帧格式

（1）方式2和3发送过程。在工作方式2和3下，字符还是8个数据位，只不过增加了一个第9个数据位（D8），而且其功能由用户确定，是一个可编程位。

串行口方式2和3发送时序如图6-44所示。发送前，先根据通信协议预先由软件设置SCON的TB8（如奇偶校验位或多机通信的地址/数据标志位），把第9个数据位的内容准备好。然后将要发送的数据（D0～D7）写入SBUF，而D8位的内容由硬件电路从TB8中直接送到发送移位寄存器的第9位，并以此来启动串行发送，逐一发送。一个字符帧发送完毕，使TI位置“1”，其他过程与工作方式1相同。

图6-44　方式2和方式3发送时序

（2）方式2和3接收过程。串行口方式2和3接收时序如图6-45所示。其接收过程也与工作方式1基本类似，所不同的只在第9数据位上，串行口把接收到的前8个数据位送入SBUF，而把第9数据位送入RB8。

当REN=1时，数据由RXD端输入，接收11位信息。当位检测逻辑采样到RXD的负跳变，判断起始位有效，便开始接收一帧信息。在接收完第9位数据后，需满足以下两个条件，才能将接收到的数据送入SBUF（接收缓冲器）。

1）RI=0，意味着接收缓冲器为空。

2）SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1。

当满足上述两个条件时，收到的数据送SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入RB8，且RI置“1”。若不满足这两个条件，接收的信息将被丢弃。

图6-45　方式2和方式3接收时序

（3）波特率的设定。方式2与方式3的差别仅是波特率不同，其中工作方式2的波特率是固定的两种，而工作方式3波特率与方式1相同，是可变的。它们的波特率公式为

方式2波特率=2SMOD/64×f osc(www.xing528.com)

方式3波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率

式中，工作方式2的波特率与PCON寄存器中SMOD位的值有关。当SMOD=0时，波特率为f osc的1/64；当SMOD=1时，波特率等于f osc的1/32。

4.方式2、3的多机通信原理

多个单片机可利用串行口工作方式2、方式3进行多机通信，经常采用如图4-46所示的主从式结构。系统中有1个主机（单片机或其他有串行接口的微机）和1、2、…、N多个单片机组成的从机系统。主机的RXD与所有从机的TXD端相连，TXD与所有从机的RXD端相连。从机地址分别为01H，02H，…，（N-1）H。

图6-46　多机通信系统示意图

主从式是指多机系统中，只有一个主机，其余全是从机。主机发送的信息可以被所有从机接收，任何一个从机发送的信息，只能由主机接收。从机和从机之间不能进行直接通信，只能经主机才能实现。

（1）多机通信的工作原理。要保证主机与所选择的从机通信，须保证串口有识别功能。SCON中的SM2位就是为满足这一条件设置的多机通信控制位。其工作原理是在串行口以方式2或方式3接收时，若SM2=1，则表示进行多机通信，可能出现以下两种情况：

1）从机接收到的主机发来的第9位数据RB8=1时，前8位数据才装入SBUF，并置中断标志RI=1，向CPU发出中断请求。在中断服务程序中，从机把接收到的SBUF中的数据存入数据缓冲区中。

2）如果从机接收到的第9位数据RB8=0时，则不产生中断标志RI=1，不引起中断，从机不接收主机发来的数据。

若SM2=0，则接收的第9位数据不论是0还是1，从机都将产生RI=1中断标志，接收到的数据装入SBUF中。

利用这一特性，便可实现主机与多个从机之间的串行通信。

（2）单片机多机通信的工作过程。

1）各从机初始化程序允许从机的串行口中断，将串行口编程为方式2或方式3接收，即9位异步通信方式，且SM2和REN位置“1”，使从机处于多机通信且只接收地址帧的状态。

2）在主机和某个从机通信之前，先将从机地址（即准备接收数据的从机）发送给各个从机，接着才传送数据（或命令），主机发出的地址帧信息的第9位为1，数据（或命令）帧的第9位为0。当主机向各从机发送地址帧时，各从机的串行口接收到的第9位信息RB8为1，且由于各从机的SM2=1，则RI置“1”，各从机响应中断，在中断服务子程序中，判断主机送来的地址是否和本机地址相符合，若为本机地址，则该从机SM2位清“0”，准备接收主机的数据或命令；若地址不相符，则保持SM2=1。

3）接着主机发送数据（或命令）帧，数据帧的第9位为0。此时各从机接收到的RB8=0。只有与前面地址相符合的从机（即SM2位已清“0”的从机）才能激活中断标志位RI，从而进入中断服务程序，接收主机发来的数据（或命令）；与主机发来的地址不相符的从机，由于SM2保持为1，又RB8=0，因此不能激活中断标志RI，就不能接受主机发来的数据帧。从而保证主机与从机间通信的正确性。此时主机与建立联系的从机已经设置为单机通信模式，即在整个通信中，通信的双方都要保持发送数据的第9位（即TB8位）为0，防止其他的从机误接收数据。

4）结束数据通信并为下一次的多机通信做好准备。在多机系统，每个从机都被赋予唯一的地址。例如，多个从机的地址可设为：01H、02 H、…、（N-1）H。还要预留1～2个“广播地址”，它是所有从机共有的地址，例如，将“广播地址”设为00 H。当主机与从机的数据通信结束后，一定要将从机再设置为多机通信模式，以便进行下一次的多机通信。这时要求与主机正在进行数据传输的从机必须随时注意，一旦接收的数据第9位（RB8）为“1”，说明主机传送的不再是数据，而是地址，这个地址就有可能是“广播地址”。当收到“广播地址”后，便将从机的通信模式再设置成多机模式，为下一次的多机通信做好准备。

（3）多机通信的通信协议。通信协议的约定为：要保证通信的可靠和有条不紊，主、从机相互通信时，必须要有严格的通信协议。一般通信协议都有通用标准，协议较完善，但很复杂。这里为了说明MCS-51单片机多机通信程序设计的基本原理，仅讲述几条最基本的条款。

1）设置主、从机工作于方式2或方式3，收、发双方发送或接收的波特率必须相同，并且接收方允许接收。

2）规定主机用第9数据位TB8进行地址/数据帧辨别。若TB8=0，表示发送的是数据帧；若TB8=1，表示发送的是地址帧。

3）规定系统中从机容量数及地址编号。

4）规定对所有从机都起作用的控制命令，即复位命令，命令所有从机恢复到SM2=1的状态。

5）设定主、从机数据通信的长度和校验方式。

6）设定主机发送的有效控制命令代码，其余即为非法代码。从机接收到命令代码后必须先进行命令代码的合法性检查，检查合法后才执行主机发出的命令。

7）设置从机工作状态字，说明从机目前状态。如从机是否准备好、从机接收数据是否正常等。

5.波特率的制定方法

4种工作方式的波特率总结如下：

（1）方式0时，波特率固定，不受SMOD位值的影响。

方式0的波特率=f osc/12

若f osc=12MHz，波特率为1Mbit/s。

（2）方式2时，波特率仅与SMOD位的值有关。

方式2波特率=2SMOD/64×f osc

若f osc=12MHz：SMOD=0，波特率=187.5kbit/s；SMOD=1，波特率为375kbit/s。

（3）方式1或方式3定时，常用T1作为波特率发生器，其关系式为：

波特率=2SMOD/32×定时器T1的溢出率

因此，波特率由T1溢出率和SMOD的值共同决定。

在实际设定波特率时，T1常设置为方式2定时（自动装初值），即TL1作为8位计数器，TH1存放备用初值。这种方式操作方便，也避免因软件重装初值带来的定时误差。

设定时器T1方式2的初值为X，则有：

定时器T1溢出率=f osc/{12×[256-X]}

由此可得，

波特率=2SMOD/32×f osc/{12×[256-X]}

因此，波特率随f osc、SMOD和初值X而变化。

实际使用时，经常根据已知波特率和时钟频率f osc来计算T1的初值X。为避免繁杂的初值计算，常用的波特率和初值X间的关系常列成表6-5的形式，以供查用。

表6-5　常用定时器T1产生的常用波特率

对表6-5有两点需要注意：

1）在使用的时钟振荡频率f osc为12MHz或6MHz时，将初值X和f osc带入公式计算出的波特率有一定误差。消除误差可采用时钟频率11.0592MHz。

2）如果选用很低的波特率，如波特率选为55，可将定时器T1设置为方式1定时。但在这种情况下，T1溢出时，需在中断服务程序中重新装入初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的方法加以调整。

【例6-6】 若时钟频率为11.0592MHz，选用T1的方式2定时作为波特率发生器，波特率为2400bit/s，求初值。

设T1为方式2定时，选SMOD=0。

将已知条件代入下式中

波特率=2SMOD/32×f osc/{12×[256-X]}=2400

解得X=244=F4H。

只要把F4H装入TH1和TL1，则T1产生的波特率为2400bit/s。该结果也可直接从表6-5中查到。这里时钟振荡频率选为11.0592MHz，就可使初值为整数，从而产生精确的波特率。

6.3.2.3　MCS-51单片机内部串行口的应用

1.串行口的初始化

串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。一般步骤如下：

（1）设定串行口的工作方式，设定SCON寄存器。

（2）设置波特率。对于方式0，不需要设置波特率；对于方式2，设置波特率仅需对PCON中的SMOD位编程：对于方式1和方式3，设置波特率不仅需对PCON中的SMOD位编程，还需开启定时器1信号发生器，对T1编程。

（3）串行工作方式1、3需对T1编程。确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；计算T1的初值，装载TH1、TL1；启动T1（编程TCON中的TR1位）。

（4）选择查询方式或中断方式，在中断工作方式时，需要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。

2.串行通信设计需要考虑的问题

单片机的串行通信接口设计时，需考虑如下问题：

（1）首先确定通信双方的数据传输速率。

（2）由数据传输速率确定采用的串行通信接口标准。

（3）在通信接口标准允许的范围内确定通信的波特率。为减小波特率的误差，通常选用11.0592MHz的晶振频率。

（4）根据任务需要，确定收发双方使用的通信协议。

（5）通信线的选择，这是要考虑的一个很重要的因素。通信线一般选用双绞线较好，并根据传输的距离选择纤芯的直径。如果空间的干扰较多，还要选择带有屏蔽层的双绞线。

（6）通信协议确定后，进行通信软件编程。利用串行口可实现单片机间的点对点串行通信、多机通信以及单片机与PC机间的单机或多机通信。

3.串行口的应用

利用串行口可实现单片机并行接口扩展、单片机间的点对点串行通信、多机通信以及单片机与PC机间的单机或多机通信。

图6-47　例6-7的电路图

【例6-7】 如图6-47所示，用MCS-51单片机的串行口外接串入并出的芯片CD4094扩展并行输出口控制一组发光二极管，使发光二极管从左到右依次点亮，并反复循环。

由硬件连接可知，要使某一个发光二极管点亮，必须使驱动该发光二极管的CD4094并行输出端输出高电平。因此，要点亮Q1对应的发光二极管，串行口应送出80 H，要实现将发光二极管由左到右依次循环点亮，只需使串行口依次循环送出80 H→40 H→20H→10 H→08 H→04H→02 H→01 H即可。串行口数据传送时，为避免CD4094并行输出端Q1～Q8的不断变化而使发光二极管闪烁，在传送时，使P1.0=0（即STB=0），每次串行口数据传送完毕，即SCON的TI位为1时，使P1.0=1（即STB=1），Q1～Q8输出控制相应发光二极管点亮。

使用时，8051串行口工作于方式0，8051的TXD接CD4094的CLK，RXD接DATA，STB用P1.0控制，8位并行输出端接8个发光二极管。

设串行口采用查询方式，显示的延时依靠调用延时子程序来实现。

汇编参考程序为：

C语言参考程序为：

在上述程序中，有几点要特别注意：①SCON的SM2位一定要为0；②使用中断方法编写上面功能的程序，也不能忘记软件清TI位；③DELAY是一个延时子程序，若没有延时，程序执行后，由于人眼的视觉惰性，8只发光二极管看起来像同时被点亮一样。

【例6-8】 如图6-48所示，用8051单片机的串行口外接并入串出的芯片CD4014扩展并行输入口，输入一组开关的信息。

使用时，8051串行口工作于方式0，8051的TXD接CD4094的CLK，RXD接QB，用P1.0控制，另外，用P1.1控制8并行数据的置入。

串行口方式0数据的接收，用SCON寄存器中的REN位来控制，采用查询RI的方式来判断数据是否输入。

汇编参考程序为：

C语言参考程序为：

图6-48　例6-8的电路图

【例6-9】 串行通信实现将甲机的片内RAM中30 H～3FH单元的内容传送到乙机的片内RAM中40H～4FH单元中。

如果两个单片机相距在1.5m之内，它们的串行口可直接采用TTL电平相连；若在1.5～15m之间时它们的串行口可通过RS-232C标准接口相连接口，如图6-49所示。甲机RXD与乙机TXD端相连，乙机RXD与甲机TXD端相连，地线与地线相连。

图6-49　双机TTL电平和RS-232C电平的通信接口

甲乙两机都选择方式1，即8位异步通信方式，最高位用作奇偶校验，波特率为1200bps，甲机发送，乙机接收，因此甲机、乙机的串口控制字分别为40H、50H。

由于选择串口方式1，波特率由T1的流出率和SMOD位决定，需对T1进行初始化。设SMOD=0，甲机、乙机的f osc=12MHz，T1选择为方式2，则T1的初值为：

初值x=256-f osc×2SMOD/（12×波特率×32）≈230=E6 H

根据要求，T1的方式控制字为20 H。下面采用查询方式编写程序。

甲机的汇编语言发送程序：

乙机的汇编语言接收程序：

甲机的C语言发送程序：

乙机的C语言接收程序：

【例6-10】 现用简单实例说明单片机多机串行通信中从机的基本工作过程。而实际应用中还需要考虑通信的规范协议。有些协议很复杂，在此不加以考虑。假设系统晶振频率为11.0592MHz。设多机单工通信如图6-50所示。试编程实现如下功能：

（1）主机先向从机发送一帧地址信息，然后再向从机发送10个数据信息。

图6-50　多机单工通信的连接图

（2）从机接收主机发来的地址帧信息，并与本机的地址号相比较，若不符合，仍保持SM2=1不变；若相等，则使SM2清零，准备接收后续的数据信息，直至接收完10个数据信息。图6-51为多机单工通信的流程图。具体的汇编及C语言程序请读者自己完成。

图6-51　多机单工通信的流程图