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MCS-51單片機的串行口具有兩條獨立的數據線——發送端TXD和接收端RXD，它允許數據同時往兩個相反的方向傳輸。一般通信時發送數據由TXD端輸出，接收數據由RXD端輸入。MCS-51單片機的串行口既可以用于網絡通信，亦可實現串行異步通信，還可以用作同步移位寄存器。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器，就可方便地構成標準的RS-232接口。MCS-51單片機的串行接口是一個全雙工通信接口，它有兩個物理上獨立的接收、發送緩沖器SBUF，可以同時發送和接收數據。但是發送緩沖器只能寫入，不能讀出；接收緩沖器只能讀出，不能寫入。兩個緩沖器共用一個地址（99H）。

數據通信的基本概念

常用于數據通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。

 單工方式：數據僅按一個固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數據傳輸與簡單系統間的數據采集。

 半雙工方式：數據可實現雙向傳送，但不能同時進行，實際的應用采用某種協議實現收/發開關轉換。

 全雙工方式：允許雙方同時進行數據雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設備較復雜。

 多工方式：以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號，為了充分地利用線路資源，可通過使用多路復用器或多路集線器，采用頻分、時分或碼分復用技術，即可實現在同一線路上資源共享功能。

根據同步方式，串行數據通信有兩種形式，如圖5-5所示。

  異步通信。在這種通信方式中，接收器和發送器有各自的時鐘，它們的工作是非同步的。異步通信用一幀來表示一個字符，其內容是一個起始位，緊接著是若干個數據位。

  同步通信。同步通信格式中，發送器和接收器由同一個時鐘源控制，在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時間，若要求傳送數據量較大，速度就會慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位，只在傳輸數據塊時先送出一個同步頭（字符）標志即可。

同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優勢。但同步傳輸方式也有其缺點，即它必須要用一個時鐘來協調收發器的工作，所以它的設備也較復雜。

MCS-51的串行口控制寄存器

在完成串行口初始化后，發送數據時，采用MOV SBUF,A指令，將要發送的數據寫入SBUF，則CPU自動啟動和完成串行數據的輸出；接收數據時，采用MOV　A,SBUF指令，CPU就自動將接收到的數據從SBUF中讀出。

控制MCS-51單片機串行接口的控制寄存器有兩個——特殊功能寄存器SCON和PCON，用以設置串行端口的工作方式、接收/發送的運行狀態、接收/發送數據的特征、數據傳輸率的大小，以及作為運行的中斷標志等，其格式如下：

① 串行口控制寄存器SCON。SCON的字節地址是98H，位地址（由低位到高位）分別是98H一9FH。SCON的格式如下：

SM0、SMl：串行口工作方式控制位。

00——方式0；01——方式1；

10——方式2；11——方式3。

SM2：僅用于方式2和方式3的多機通信控制位。

發送機SM2＝1（要求程控設置）。

當為方式2或方式3時：

接收機 SM2＝1時，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，不引起串行接收中斷。SM2＝0時，若RB8 ＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，亦可引起串行接收中斷。

REN串行接收允許位：0——禁止接收；1——允許接收。

TB8：在方式2、3中，TB8是發送機要發送的第9位數據。

RB8：在方式2、3中，RB8是接收機接收到的第9位數據，該數據正好來自發送機的TB8。

TI：發送中斷標志位。發送前必須用軟件清零，發送過程中TI保持零電平，發送完一幀數據后，由硬件自動置1。如要再發送，必須用軟件再清零。

RI：接收中斷標志位。接收前，必須用軟件清零，接收過程中RI保持零電平，接收完一幀數據后，由片內硬件自動置1。如要再接收，必須用軟件再清零。

② 電源控制寄存器PCON。PCON的字節地址為87H，無位地址，其格式如下：

PCON是為在CMOS結構的MCS-51單片機上實現電源控制而附加的，對于HMOS結構的MCS-51系列單片機，除了第7位外，其余都是虛設的。與串行通信有關的也就是第7位，稱作SMOD，它的用處是使數據傳輸率加倍。

SMOD：數據傳輸率加倍位。在計算串行方式1，2，3的數據傳輸率時；0表示不加倍；1表示加倍。

其余有效位說明如下。

GF1、GF2：通用標志位。

PD：掉電控制位，0表示正常方式，1表示掉電方式。

IDL：空閑控制位，0表示正常方式，1表示空閑方式。

除了以上兩個控制寄存器外，中斷允許寄存器IE中的ES位也用來作為串行I/O中斷允許位。當ES＝1，允許串行I/O中斷；當ES＝0，禁止串行I/O中斷。中斷優先級寄存器IP的PS位則用作串行I/O中斷優先級控制位。當PS=1，設定為高優先級；當PS =0，設定為低優先級。

工作方式

MCS-51 單片機可以通過軟件設置串行口控制寄存器SCON中SM0（SCON.7）和SMl（SCON.6）來指定串行口的4種工作方式。串行口操作模式選擇如表5-2所示。

表5-2 串行口操作模式選擇表

其中，fosc是振蕩器的頻率，UART為通用異步接收和發送器的英文縮寫。下面對這4種工作模式作進一步介紹。

1．方式0

當設定SM1、SM0為00時，串行口工作于方式0，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在方式0下，數據從 RXD（P3.0）端串行輸出或輸入，同步信號從TXD（P3.1）端輸出，發送或接收的數據為8位，低位在前，高位在后，沒有起始位和停止位。數據傳輸率固定為振蕩器的頻率1/12，也就是每一機器周期傳送一位數據。方式0可以外接移位寄存器，將串行口擴展為并行口，也可以外接同步輸入/輸出設備。

執行任何一條以SBUF為目的的寄存器指令，就開始發送。

2．方式1

當設定SM1、SM0為01時，串行口工作于方式1。方式1為數據傳輸率可變的8位異步通信方式，由TXD發送，RXD接收，一幀數據為10位，1位起始位（低電平），8位數據位（低位在前）和1位停止位（高電平）。數據傳輸率取決于定時器1或2的溢出速率（1/溢出周期）和數據傳輸率是否加倍的選擇位SMOD。

對于有定時器/計數器2的單片機，當T2CON寄存器中RCLK和TCLK置位時，用定時器2作為接收和發送的數據傳輸率發生器，而RCLK=TCLK=0時，用定時器1作為接收和發送的數據傳輸率發生器。兩者還可以交叉使用，即發送和接收采用不同的數據傳輸率。

類似于模式0，發送過程是由執行任何一條以SBUF為目的的寄存器指令引起的。

3．方式2

當設定SM0、SM1二位為10時，串行口工作于方式2，此時串行口被定義為9位異步通信接口。采用這種方式可接收或發送 11 位數據，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數據位，其余相同。第 9 個數據即 D8 位用作奇偶校驗或地址/數據選擇，可以通過軟件來控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 單片機串行口適用于多機通信。發送時，第9位數據為TB8，接收時，第9位數據送入RB8。方式 2 的數據傳輸率固定，只有兩種選擇，為振蕩率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位選擇。

4．方式3

當設定SM0、SM1二位為11時，串行口工作于方式3。方式3與方式2類似，唯一的區別是方式3的數據傳輸率是可變的。而幀格式與方式2一樣為11位一幀。所以方式3也適合于多機通信。

數據傳輸率的確定

串行口每秒鐘發送（或接收）的位數就是數據傳輸率。

對方式0來說，數據傳輸率已固定成fosc/12，隨著外部晶振的頻率不同，數據傳輸率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以數據傳輸率相應為1000×103和500×103bit/s。在此方式下，數據將自動地按固定的數據傳輸率發送/接收，完全不用設置。

對方式2而言，數據傳輸率的計算式為2SMOD·fosc/64。當SMOD＝0時，數據傳輸率為fm/64；當SMOD＝1時，數據傳輸率為fosc/32。在此方式下，程控設置SMOD位的狀態后，數據傳輸率就確定了，不需要再作其他設置。

對方式1和方式3來說，數據傳輸率和定時器1的溢出率有關，定時器1的溢出率為：

定時器1的溢出率=定時器1的溢出次數/秒

方式1和方式3的數據傳輸率計算式為：

2SMOD/32×T1溢出率

根據SMOD狀態位的不同，數據傳輸率有Tl/32溢出率和T1/16溢出率兩種。由于T1溢出率的設置是方便的，因而數據傳輸率的選擇將十分靈活。

前已敘及，定時器Tl有4種工作方式，為了得到其溢出率，而又不必進入中斷服務程序，往往使T1設置在工作方式2的運行狀態，也就是8位自動加入時間常數的方式。

表5-3所示常用數據傳輸率的設置方法。

表5-3 常用數據傳輸率設置方法