单片机串行口工作方式

根据实际需要，8051串行口可设置4种工作方式，有8位、10位和11位帧格式。

方式0以8位数据为一帧传输，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。其帧格式如下：

方式1以10位数据为一帧传输，设有1个起始位“0”，8个数据位和1个停止位“1”。其帧格式如下：

方式2和方式3以11位数据为一帧传输，设有1个起始位“0”，8个数据位，1个附加第九位和1个停止位“1”。其帧格式如下：

附加第九位（D8）由软件置1或清零。发送时在TB8中，接收时在RB8中。

1）串行口方式0

方式0为同步移位寄存器的输入/输出方式，常用于扩展I/O口。串行数据通过RXD输入或输出，而TXD用于输出移位时钟，作为外接部件的同步信号，图6.8为发送电路及时序，图6.9为接收电路及时序。这种方式不适用于两个8051之间的直接数据通信，但可通过外接移位寄存器来实现单片机的接口扩展。例如，采用74LS164可用于扩展并行输出口，74LS165可用于扩展输入口。在这种方式下，收/发的数据为8位，低位在前，无起始位、奇偶效验位及停止位，波特率固定为振荡器频率fosc的/12，即

例如，当晶体振荡频率为12 MHz时，则波特率为1 Mb/s。发送、接收时序如图6.8（b）和图6.9（b）所示。

在发送过程中，当执行一个数据写入发送缓冲器SBUF（99H）的指令时，串行口把SBUF中8位数据以fosc/12的波特率从RXD（P3.0）端输出，发送完毕置中断标志TI=1。方式0发送时序如图6.8（b）所示。写SBUF指令在S6P1处产生一个正脉冲，在下一个机器周期的S6P2处，数据的最低位输出到RXD（P3.0）脚上；在下一个机器周期的S3、S4、S5输出移位时钟为低电平，而在S6及下一个机器周期的S1、S2为高电平，将8位数据由低位至高位一位一位的顺序通过RXD线输出，并在TXD脚上输出fosc/12的移位时钟。在“写SBUF”有效后的第10机器周期的S1P1将发送中断标志TI置位。图6.8（a）中74LS164是TTL“串入并出”移位寄存器。

图6.8　串行口方式0发送电路及时序

接收时，用软件置REN=1（同时RI=0），即开始接收。接收时序如图6.9（b）所示，当SCON中的REN=1（RI=0）时，会产生一个正的脉冲。在下一个机器周期的S3P1～S5P2从TXD（P3.1）脚上输出低电平的移位时钟，在此机器周期的S5P2对P3.0脚采样，并在本机器周期的S6P2通过串行口内的输入移位寄存器将采样值移位接收；在同一个机器周期的S6P1到下一个机器周期的S2P2，输出移位时钟为高电平。将数据字节由低位至高位依次一位一位地接收并装入SBUF中。启动接收过程（即写SCON，清RI位）并将SCON中的RI清零之后的第10个机器周期的S1P1，RI被置位。这一帧数据接收完毕，可进行下一帧接收。图6.9（a）中74LS165是TTL“并入串出”移位寄存器。

图6.9　串行口方式0接收电路及时序(www.xing528.com)

2）串行口方式1

方式1用于串行发送或接收，为10位通用异步接口。TXD与RXD分别用于发送和接收数据。收发一帧数据的格式为1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位停止位，共10位。在接收时，停止位进入SCON的RB8，此方式的传送波特率可调。

串行口方式1的发送和接收时序如图6.10所示。

方式1发送时，数据从引脚TXD（P3.1）端输出。当执行数据写入发送缓冲器SBUF的命令时，即启动发送器。发送时的定时信号，即发送移位时钟（TX时钟），是由定时器T1（图6.10）送来的溢出信号经过16分频或32分频（取决SMOD的值）而取得的。TX时钟的频率就是发送的波特率，可见方式1中波特率是可变的。发送开始的时，变为有效，将起始位向TXD输出，此后，每经过一个TX时钟周期（16分频计数器溢出一次为一个时钟周期产生一个移位脉冲，并由TXD输出一个数据位。8位数据位全部发送完后，置位TI，并申请中断，置TXD为1作为停止位。再经一个时钟周期失效。

方式1接收时，数据从引脚RXD（P3.1）端输出。接收是在SCON寄存器中REN置位1的前提下，检测到起始位（RXD上检测到“1”→“0”的跳变，即起始位）而开始。接收时，定时信号有两种[图6.10（b）]。一种是接收移位时钟（RX时钟），它的频率和传送波特率相同，由定时器T1的溢出信号经过16或32分频而得到；另一种是位检测器采样脉冲，它的频率是RX时钟的16倍，即在一位数据的期间有16位检测器采样脉冲，为完成检测，以16倍于波特率的速率对RXD进行采样。为了接收准确无误，在正式接收数据之前，还必须判定这个“1”→“0”跳变是否由干扰引起。为此，在这位中间（即一位时间分成16等份，在第7、8及9等份）连续采样3次，取其中两次相同的值判断所检测的值，以便较好地消除干扰的影响。确认是真正的起始位“0”后，就开始接收一帧数据。一帧数据接收完毕后，必须同时满足以下两个条件，此次接收才真正有效。

图6.10　单行口方式1发送、接收时序

①RI=0，即上一帧数据接收完成时，RI=1发出的中断请求已响应，SBUF中数据已被取走。由软件使RI=0，以便提供“接收SBUF已空”的信息。

②SM2=0或收到的停止位为“1”（方式1时停止位进入RB8），则将接收到的数据装入串行口SBUF和RB8（RB8装入停止位），并置位RI；如果不满足，接收到的数据不能装入SBUF，这说明该帧信息将会丢失。

必须注意的是：在整个接收过程中，保证REN=1是一个先决条件。只有当REN=1，才能对RXD进行检测。

3）串行口方式2和方式3

串行口工作方式2和方式3均为每帧11位异步通信格式，由TXD和RXD发送与接收（两种方式操作完全一样，不同的只是波特率）。每帧11位：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位可编程的第9数据位和1位停止位。发送时，第9数据位（TB8）可以设置为1或0，也可将奇偶校验位装入TB8从而进行奇偶校验；接收时，第9数据位进入SCON的RB8。

方式2和方式3的发送、接收时序如图6.11所示。其操作方式1类似。

发送前，先根据通信协议由软件设置TB8（如作奇偶校验或地址/数据标志位），然后将要发送的数据写入SBUF，启动发送过程。串行口自动把TB8取出，并装入第9位数据的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。

接收时，使SCON中的REN=1，允许接收。当检测到RXD（P3.0）端有“1”到“0”的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且SM2=0或接收到的第9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且SM2=0或接收到的第9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，附加的第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，也不置位RI。

图6.11　串行口方式2、方式3的发送、接收时序