串行通讯的基本概念

通讯的基本方式：串行通讯与并行通讯，串行同步通讯、串行异步通讯，单工、半双工和全双工串行通讯。

并行通讯：数据各位同时传送。 串行通讯：数据一位一位顺序传送。

串行异步通讯：按照事先约定好的速率收发数据。

串行同步通讯

一种串行同步通讯的方法：需要有数据端、同步时钟端。

MCS-51串行口的基本结构

发送器：将CPU送来的并行数据，通过发送移位寄存器变为串行数据逐位发送，并自动添加起始位、停止位和奇偶校验位。

接收器：将接收到的串行数据，经接收移位寄存器变为并行数据，去掉起始位、停止位后，将正确数据送到接收数据缓冲器，供CPU读取。

控制器：接收CPU送来的编程命令，按选定方式实现对串行接口的控制。主要控制参数有：传送波特率的选择、数据格式的选择等。另外还与CPU交换状态信号和中断信号。

SCON为串行口控制/状态寄存器，通过编程写入SCON的控制位可选择串行口的工作方式，读出SCON的状态位可查询串行口的工作状态。

定时/计数器T1被用作串行口的波特率发生器，由可控分频电路决定数据传送的波特率。

串行口信息的发送/接收是通过写/读数据缓冲区SBUF来实现的。

串行口的SFR

串行数据缓冲器SBUF（99H）

串行口有两个8位数据缓冲器，一个是发送数据缓冲器SBUF，一个是接收数据缓冲器SBUF。它们共用一个地址99H，发送SBUF只能写入，而接收SBUF只能读出。

通过指令区分： MOV SBUF, A（写指令，发送） MOV A, SBUF（读指令，接收）

控制寄存器SCON（98H）

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

节电控制寄存器PCON（87H）

SMOD（D7）

复位后状态均为00H

串行口控制寄存器SCON

SM0、SM1：串行口4种工作方式选择位

SM2：方式2和方式3中的多机通信控制位。在方式2和方式3中，如SM2=1，则当接收到的第9位数据（RB8）为0时，不激活接收中断标示RI（RI=1）.在方式1中，如SM2=1，则只有当接收到有效停止位时才激活RI，若没有接收到有效停止位，则RI清0.在方式0中，SM2必须为0.

需要多机通讯时SM2设为1，不需要时SM2设为0.

REN: 允许串行接收位。REN=1允许接收；REN=0禁止接收，由软件置位或清0.

TB8：是工作在方式2和3时，要发送的第9位数据，可由软件置1或清0.在许多的通讯协议中，该位奇偶校验位。在多机通讯中用来表示是地址帧还是数据帧，TB8=1为地址帧，TB8=0为数据帧。

RB8：当工作在方式2和3时，为接收到的第9位数据。

TI：发送中断标志位，在方式0串行发送第8位数据结束时由硬件置1，或在其他方式串行发送停止位后置1，并申请中断。CPU响应中断后，可发送下一帧数据，TI必须由软件清0.

RI：为接收结束中断标志。在方式0中，当接收到一帧数据的第8位结束时，RI=1.在其他方式中，接收到停止位后，RI=1，表示可读取接收SBUF中的内容。RI必须由软件清0.

每次发送和接收前，要注意先将TI和RI标志位清0.

串行口作为一个中断源，中断入口地址只有一个（0023H），当用中断方式同时进行发送和接收时，可通过查询TI和RI状态确定是发送还是接收结束引起的中断。

节点控制寄存器PCON

PCON主要用于节电运行方式控制，PCON.7用作串行口波特率加倍控制位。当设定SMOD=1时，波特率加倍，当SMOD=0时，波特率不加倍。

SM0、SM1工作方式选择位

8位和9位是指串行通讯中一帧数据的有效位

工作方式0：（SM0 = 0 SM1 = 0）

串行口方式0为8位数据同步移位寄存器方式。RXD引脚位同步数据的输入/输出端，TXD引脚为同步移位脉冲输出端。一个数据帧为8位，每一个移位脉冲对应数据帧的一个数据位。方式0的波特率固定为fosc/12.

发送时前提是REN位为0（表示禁止接收），当给SBUF写入数据并把工作方式设置成0时，REN=1表示允许接收。在TXD管脚输出的每一个时钟有效期间内，读取每个位并存到移位寄存器中完成接收操作。当把8位数据都发送出去时TI位置1，表示发送工作结束

接收到8位数据时自动把RI置1表示接收完一帧数据。TI和RI分别是发送和接收到有效数据的标志。

方式0相当于串行通讯中的同步通讯。方式0下串行口相当于半双工状态。

半双工指的是发送和接收必须是分时存在的，两个功能不能同时完成。

方式0的说明：

写入SCON使REN=0，TI=0；然后执行写入SBUF的指令，8位数据装入发送SBUF，硬件启动串行口发送器进行一次发送。通过发送移位寄存器将8位数据逐位送到RXD引脚，每个机器周期内发送一位数据。对应发送数据的每一位，有TXD引脚同步输出一个移位脉冲。发送完一帧，自动置位TI标志，并申请串行口中断。若cpu响应中断，则将从0023H单元开始执行串行口的中断服务程序。

写入SCON使REN=1、RI=0，将启动串行口接收器开始接收。由TXD输出移位脉冲，每对应一个移位脉冲，采样一次RXD引脚信号。每个机器周期采样一次RXD引脚，采样的数据送入接收移位寄存器后，接收移位寄存器左移一位。接收完一帧，自动置位RI标志，申请串行口中断，并将接收下来的8位数据装入接收SBUF中，若CPU响应中断，则从0023H单元开始执行串行口的中断服务程序。

串行口方式0常用于扩展单片机的并行I/O口，也可外接串行同步I/O设备。用于方式0输入/输出数据皆通过RXD端，因此方式0位半双工方式，只能分时进行发送和接收。

方式1 （SM0=0 SM1=1）

功能说明：串行口方式1为8位数据全双工异步通信方式。TXD为发送数据端，RXD为接收数据段。一个数据帧为10位，包含8位数据位，1个起始位“0”和1个停止位“1”。串行口用方式1工作时，使用定时器T1作为波特率发生器，波特率的设定以T1的溢出为基准，波特率计算式为：（2^SMOD/32）*T1溢出率。

方式1的时序图

方式1功能说明

执行写入SBUF指令，将8位数据装入发送SBUF，并启动发送器进行一次发送：先将起始位“0”送到TXD引脚，再从低到高逐位发送8位数据，最后发送停止位“1”。每位发送占用的时间由设定的波特率决定。发送完一帧数据，置位TI标志，申请串行口中断。

当REN=1时，允许接收器准备接收。开始，以16倍于波特率的速率检测RXD引脚的负跳变，当检测到负跳变后，启动一次接收，接收完一帧信息，判断是否满足条件：RI = 0，而且停止位为1（或SM2=0）。若同时满足这两个条件，则置位RI标志，申请串行口中断，并将接收的8位数据装入接收SBUF，停止位装入RB8；否则接收无效，丢失所接收的一帧信息，且不影响RI标志。一位时间以后，接收器重新开始检测RXD端的负跳变，以准备接收下一帧数据。

方式2、方式3

串行口方式2和方式3皆为9位数据全双工异步通信方式，比串行口方式1增加了第9位数据位。TXD为发送数据端，RXD为接收数据端。一帧信息有11位，包括9位数据位，1个起始位“0”和1个停止位“1”。发送数据的第9位在SCON中的TB8中（8位数据在SBUF中），接收数据的第9位存入SCON中的RB8中。第9位数据位也称为可编程位，常用作奇偶校验位或多机通信中的地址/数据识别位。

串行口的方式2与方式3的唯一差别是波特率设定方法不同，方式2的波特率以系统时钟为基准，计算方式为：（2^SMOD/64）*fosc. 方式3的波特率与方式1的相同，计算式为：（2^SMOD/32）*T1溢出率。

方式2、3的功能说明

发送时，应先将发送数据的第9位送入TB8，再写入8位数据发送SBUF，使发送器启动一次发送，将一帧数据逐位送到TXD引脚：发送起始位“0”之后，再发送SBUF中的8位数据，接着发送TB8中的第9位，最后发送停止位“1”。一帧发送结束，置位TI标志，申请串行口中断。

方式2和方式3的接收过程和方式1的接收过程基本相同，但RB8中装入的是接收数据的第9位，而不是停止位。接收有效必须同时满足的两个条件改为：RI=0，且接收的第9位数据位为1（或SM2=0）。当正确接收到一帧数据后，前面8位数据进入接收SBUF，第9位数据进入RB8.

波特率的制定

波特率的定义：串行口每秒钟发送或者接收的位数。

串行口方式0的波特率是固定的，为系统时钟的12分频（fosc/12），即每个机器周期传送一位数据位。

串行口用方式2工作时，波特率为（2^SMOD/64）* fosc。SMOD为PCON中的D7位，即波特率加倍选择位。方式2可有两种波特率供选择，当SMOD=0时，波特率位focs/64；当SMOD=1时，波特率则为fosc/32.

串行口方式1和方式3用定时器T1作为波特率发生器，其波特率有多种选择，与T1的溢出率有关。

波特率=（2^SMOD/32）* T1溢出率

T1溢出率：T1溢出时间的倒数

T1用于波特率发生器时一般工作于非门控（GATE=0）定时器方式2，即常数自动重装入方式。

fosc：晶振的频率

串行口用方式1和方式3工作时，当需要很低的波特率时，也可选择T1工作于方式1，但需利用T1溢出中断来实现软件重装初值，T1用方式1工作时溢出率为

N为T1溢出后用软件重装初值所需的机器周期数。

T1产生的常用波特率

方式0和方式2的波特率是由晶振产生。方式1和3波特率产生是由T1口的溢出率决定，用户可以随意设定。

波特率计算的几点注意事项：

（1）波特率的相对误差不大于2.5%

（2）注意SMOD位对波特率的影响

例如：通讯波特率设为2400，晶振频率为6MHz，计算T1 的计时常数。

当SMOD=0时，计时常数约为249，相对误差7%

当SMOD=1时，计时常数约为243，相对误差为0.16%。

MCS-51双机串行通讯的实现

如何进行物理连线？

对串行口进行编程时，应注意1：设置相同的波特率；2：设定相同的串行口的工作方式；3：设计中断服务程序或查询程序，注意对TI、RI的处理（硬件置位、软件清0）

波特率的选择？

工作方式的选择？

如何编程实现？

方式3发送50H~55H的内容

待发送的16个字节存放在片内RAM中，地址位为50H~5FH，串行口波特率为2400，波特率发送器T1工作于方式2，且SMOD=0, 晶振为11.0592MHz，计算得到的TL1的初值位F4H，串行口工作于方式3，第9位发送奇偶校验位。

方式3接收（通过查询的方法）

接收到的16个字节存放在片内RAM中

地址为50H~5FH

串行口波特率为2400

波特率发生器T1工作于方式2，且SMOD=0

晶振为11.0592MHz

计算得到TL1的初值为F4H

串行口工作于方式3

奇偶校验方式判断接收数据书否出错

设校验出错标志位F0

双机通讯小结

物理接线：TXD---RXD、RXD------TXD 共地

必须一致的波特率

必须一致的工作方式

各自的发送和接收程序可以不同

提高：多机通讯

主机与各从机实现全双工通信，而各从机之间只能通过主机交换信息。

下图是由MCS-51构成的集散式分布系统

多机通信控制位SM2的使用：

当串行口以方式2（或方式3）接收时，若SM2=1，则只有接收到第9位数据为1，才将接收的数据装入接收SBUF,并置位RI标志；否则，不会置位RI，也不产生中断请求，一帧信息被丢弃。

若SM2=0，则接收到的第9位不论是0还是1，都会将数据装入SBUF，并置位RI标志。根据这一功能，可实现多机系统中主从一对一通信。

（1）令所有从机SM2=1，处于只接收地址帧状态（第9位为1）

(2) 主机令TB9=1, 并发送地址呼叫信息

(3) 各从机接收到地址帧后，将接收到的地址与本机地址编号相比较，确认是否为被呼叫目标。

（4）被呼叫从机使SM2请0，变为接收数据帧状态，而未被呼叫从机仍保持SM2=1.

（5）主机使TB9=0，发送控制或数据信息

（6）只有SM2=0的从机能接收到控制或数据信息，仍保持SM2=1的从机不予理睬。

主机向02号从机发送50H~5FH单元内的数据。发送程序如下：

RS-232的“D”型9针插头的引脚定义

双MCS51通过RS232接口通讯