简述单片机串行口的工作方式
Posted
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了简述单片机串行口的工作方式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
简述单片机串行口的工作方式
89系列单片机的串行通信有4种工作方式：
1、方式0是同步移位寄存器方式，帧格式8位，波特率固定为fosc/12。
2、方式1是8位异步通信方式，帧格式10位，波特率可变：T溢出率/n(n= :32或16)。
3、方式2是9位异步通信方式，帧格式11位，波特率固定： fosc/n(n=32 或16)。
4、方式3是9位异步通信方式，帧格式11位，波特率可变：T溢出率(m=32或16)。
方式1、2、3的区别主要表现在帧格式及波特率两个方面。
单片机应用范围：
单片机渗透到我们生活的各个领域。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制等等。
还有自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
参考技术A 51 单片机内部有一个全双工串行接口。什么叫全双工串口呢？一般来说，只能接受或只能发送的称为单工串行；既可接收又可发送，但不能同时进行的称为半双工；能同时接收和发送的串行口称为全双工串行口。串行通信是指数据一位一位地按顺序传送的通信方式，其突出优点是只需一根传输线，可大大降低硬件成本，适合远距离通信。其缺点是传输速度较低。串口可以有底下四种工作方式
1、方式0
串行接口的工作方式0为移位寄存器I／O方式。在串行口外接移位寄存器以扩展I／O接口，也可以外接串行同步I／O的设备。
（1）方式0输出
串行口以方式0发送时，数据以RXD端串行输出，TXD端输出同步信号。当一个数据写入串行口发送缓冲器以后，就启动串行口发送器以振荡频率的十二分之一的波特率，将数据从RXD端串行输出。
（2）方式0输入
当串行口定义为方式0并置位REN后，便启动串行口以方式0接收数据，此时RXD端为数据输入端，TXD端为同步脉冲信号输出端。接收器以振荡率的十二分之一的波特率接收RXD端输入的数据信息。但接收器接收到8位数据时，置1中断标志RI。
2、方式1
串行接口定义为工作方式1时，则被控制为8位的异步通讯接口，传送一帧信息为10位，其中1位为起始位，8位数据位（先低位后高位），1位停止位。
（1）方式1输出
串行接口以方式1发送时，数据由TXD端输出。CPU执行一条数据写入发送缓冲
器SBUF的指令（例如，MOV SBUF，A），数据字节写入SBUF后，便启动串行口发送器发送，发送完一帧信息，置1放送中断标志TI。
（2）方式1输入
串行口以方式1接收时，数据从RXD端输入。在REN置1以后，就允许接收器接收。接收器以所建立的波特率的16倍分频计数器，以便实现时间同步。计数器的16个状态把一位的时间等分成16份，在每位时间的第7、8和9个计数状态，位检测器采样RXD的值，接收的值是3次采样中取至少二次相同的值，以排除噪声的干扰。如果在起始接收的值不是0，则起始位无效，复位接收电路。在检测到另一个1到0的跳变时，再重新启动接收器。如果接收到值为0，起始位有效，则开始接收本帧的其余信息。当RI＝0并且接收到的停止位为1（或SM2＝0）时，停止位进入RB8，接收到的8位数据进入接收缓冲器SBUF，置位RI中断标志。接着接收便搜索另一帧信息的起始位。
3、方式2和方式3
串行接口工作方式2和方式3时，则被定义为9位的异步通信接口。传送一帧信息为11位，其中1位起始位，8位数据位（从低位至高位），1位是附加的可程控为1或0的第9位数据，1位停止位。
方式2和方式3的差别仅仅在于波特率不一样，方式2的波特率是固定的，波特率为2SMOD／64（振荡频率）；方式3的波特率是可变的，波特率＝2SMOD／32（T1的溢出率）。
方式2和方式3在发送和接收时唯一的区别就是波特率不同。
（1）方式2和方式3发送
方式2或方式3发送时，数据由TXD端输出，发出一帧信息为11位，附加的第9位数据是SCON中的TB8，CPU执行一条数据写入发送缓冲器SBUF的指令，就启动发送器发送，发送完一帧信息，置“1”TI中断标志。
（2）方式2和方式3接收
串行口被定义为方式2或方式3接收时，数据从RXD端输入，置REN＝1以后，开始接收过程。当检测到RXD端从高到低的负跳变时，确认起始位有效，开始接收本帧的其余信息。在接收完一帧信息后，在RI＝0、SM2＝0时，或接收到第9位数据为“1”时，8位数据装入接收缓冲器，第9位数据装入SCON中RB8，并置RI＝1。若不满足上述的两个条件，接收到的信息将会丢失，也不置位RI
STC51从入门到精通（汇编）~~~ 第八讲：串行通信技术
目录
8.1 80C51单片机串行通信技术的特点
- 80C51单片机具有一个全双工串行通信接口，即能同时进行串行发送和接收。
- 可以作UART(通用异步接收和发送器)用
- 可以作同步位移寄存器用。
- 可以实现点对点的单机通信、多机通信和80C51与系统机的单机或多机通信。
8.2 串行通信基本知识
8.2.1 数据通信
通信方式有两种，即并行通信和串行通信：
并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。其优点是传送速度快；缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。
串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。它的突出优点是只需一对传输线(利用电话线就可作为传送线)，这样就大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信；其缺点是传送速度较低。
8.2.2 串行通信的传输方式
- 单工(或单向)配置，只允许数据向一个方向传送；
- 半双工(或半双向)配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个发送，一个接收；
- 全双工(全双向)配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。
8.2.3 异步通信和同步通信
1、异步通信
- 帧格式：一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。
- 起始位（0）：占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达。
- 数据位：5～8位数据（规定低位在前，高位在后）
- 奇偶校验位（可省略）：也可用来确定一帧中的字符所代表信息的性质(地址／数据等)。
- 停止位（1）：停止位用来表征字符的结束。停止位可以是1位、1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕
2、同步通信
3、波特率
1、波特率的定义是每秒钟传送二进制数码的位数(亦称比特数)，单位是b/s。
2、假设数据传送速率是120字符/s，而每个字符格式包含10个代码（1个起始位、1个终止位、8个数据位）。这时，传送的波特率为
（10b／字符）×120字符／s = 1200 b／s
8.3 串行接口的组成和特性
8.3.1 串行口的结构
- 组成：两个物理上独立的串行数据缓冲寄存SBUF、发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门。
- 发送缓冲寄存器SBUF只能写，不能读；
- 接收缓冲寄存器SBUF只能读，不能写。
- 两个缓冲寄存器共用一个地址99H，可以用读/写指令区分。
- 串行发送时，通过“MOV SBUF，A”写指令，写入发送SBUF(99H)，再由TxD一位一位地向外发送；
- 串行接收时，RxD一位一位地接收数据，直到收到一个完整的字符数据后通知CPU，再通过“MOV A，SBUF”读指令，CPU从接收SBUF(99H)读出数据，送到累加器A中。
8.3.2 串行口控制器及控制寄存器
1、串行口控制寄存器SCON(98H)
SM0、SM1：串行口工作方式控制位，两位对应四种工作方式，如下表所示（fosc是晶振频率）。
8.4 串行通信接口的工作方式
8.4.1 工作方式0
当SM0 SM1=00时，串行接口选择工作方式0，为同步移位寄存器输入/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。发送或接收的是8位数据(低位在前，高位在后)。
8.4.2 工作方式1
- 工作方式1，SM0 SMl= 01，为可变波特率的8位异步通信方式。
- 发送数据由TXD端输出，接收数据由RXD端输入。
- 方式1以10位为一帧传输，设有1个起始位(0)，8个数据位和1个停止位(1)。其帧格式起始位（0），8个数据位和1个停止位（1）。
8.4.3 工作方式2和工作方式3
SM1 SM0= 10，串行接口选择工作方式2，
SM1 SM0= 11，串行接口选择工作方式3。
方式2或方式3是一个9位的异步串行通信接口，TXD为数据发送端，RXD为数据接收端。
方式2的波特率固定为fosc/64或fosc/32，
方式3的波特率由定时器T1或T2 (80C52)的溢出率所确定。
方式2和方式3以11位为1帧传输，设有1个起始位(0)，8个数据位，1个附加第9位和1个停止位(1)。
8.5 波特率设计
8.5.1 波特率的计算方法
1. 方式0波特率
方式0波特率 = fosc ／12
若振荡器频率fosc = 12MHz，则波=fosc/12=12MHz/12=1MHz/s，即1μs移位一次。
2. 方式2波特率
方式2波特率 = (2^SMOD/64) × fosc
SMOD为0时，波特率等于振荡器频率的1/64；SMOD为1时，波特率等于振荡器频率的1/32。
3. 方式1和方式3的波特率
串行口方式1和方式3的波特率由定时器T1或T2(89C52等单片机)的溢出率和SMOD所确定。
8.5.2 波特率的产生
1. 用定时器T1产生波特率
方式1和方式3波特率 =(2^SMOD/32) ×(T1溢出率)
溢出周期 =12／振荡器频率×(256－X)
溢出率为溢出周期的倒数，所以有
波特率 = 2^SMOD ×振荡器频率／[32×12×(256－X)]
定时器T1在工作方式2时的初值为
X = 256 － fosc×(SMOD＋1)/(384×波特率)
8.6 C语言程序示例
/*******************************************************************************
================================================================================
【平 台】STC89C51_sumjess平台
【编 写】sumjess
【软件版本】V2.0
【最后更新】2019年06月10日
【相关信息参考下列地址】
【网 站】
http://www.51hei.com/bbs/mcu-2-1.html
---------------------------------------------------------------------------------
【dev.env.】MDK4.02及以上版本
【Target 】STC89C51
第一次修订：2019/05/09
第二次修订：2019/05/21
第三次修订：2019/06/10
【problem 】
（1）库内补充的不全面；
（2）库内解释部分不全面；
（3）库内还存在一定的bug；
【direction】
下一步的目标就是把库继续集成！
【explain 】
为了方便使用，我也自己写了很多的库，和优化了算法和表示方式！
【warning】
目前程序中暂无错误 ！
---------------------------------------------------------------------------------
没有完美的代码，只有不断的奉献，大家一起努力；
赠人玫瑰手留余香，欢迎大家反馈bug！
================================================================================
********************************************************************************/
#include <reg52.h> //编译器自带的库用 < > 编译器包含C52的定义
#include "UART_Sum.h"
//
//STC51只有一个串口 RXD---P3.0 TXD---P3.1
//
/*以下为四种波特率的计算公式：
//
//方式0的波特率 = f(osc)/12
//方式1的波特率 = 2^(SMOD)/32 x (T1溢出率)
//方式2的波特率 = 2^(SMOD)/64 x f(osc)
//方式3的波特率 = 2^(SMOD)/32 x (T1溢出率)
//
//式中f(osc)为系统晶振频率，通常为12MHz或11.0592MHz；SMOD是PCON寄存器的最高位- SMOD=0；串口方式1，2，3时，波特率正常。SMOD=1；串口方式1，2，3时，波特率加倍。
// T1溢出率即定时器T1溢出的频率-只要算出T1定时器
//每溢出一次所需的时间T，那么T的倒数1/T就是他的溢出率。
//只有定时器2可以减少由于时间上带来的误差，因为方式二可以自动装载 */
// 在在具体操作串行口之前，需要对单片机的一些与串口有关的特殊寄存器做初始化设置，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，具体步骤如下：
// 一、确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）;
// 二、计算T1的初值，装载TH1,TL1;
// 三、启动T1（编程TCON中的TR1位）；
// 四、确定串行口工作方式（编程SCON寄存器）；
// 五、串行口工作在中断方式时，要进行中断设置（编程IE,IP寄存器）。
// 常用波特率初值表
//
//波特率 晶振 初值 误差（%） 晶振 初值 误差（12MHz晶振）（%）
//（bps） （MHz） (SMOD=0) (SMOD=1) （MHz）(SMOD=0) (SMOD=1) (SMOD=0) (SMOD=1)
//300 11.0592 0xA0 0X40 0 12 0X98 0X30 0.16 0.16
//600 11.0592 0XD0 0XA0 0 12 0XCC 0X98 0.16 0.16
//1200 11.0592 0XE8 0XD0 0 12 0XE6 0XCC 0.16 0.16
//1800 11.0592 0XF0 0XE0 0 12 0XEF 0XDD 2.12 -0.79
//2400 11.0592 0XF4 0XE8 0 12 0XF3 0XE6 0.16 0.16
//3600 11.0592 0XF8 0XF0 0 12 0XF7 0XEF -3.55 2.12
//4800 11.0592 0XFA 0XF4 0 12 0XF9 0XF3 -6.99 0.16
//7200 11.0592 0XFC 0XF8 0 12 0XFC 0XF7 8.51 -3.55
//9600 11.0592 0XFD 0XFA 0 12 0XFD 0XF9 8.51 -6.99
//14400 11.0592 0XFE 0XFC 0 12 0XFE 0XFC 8.51 8.51
//19200 11.0592 —— 0XFD 0 12 —— 0XFD —— 8.51
//28800 11.0592 0XFF 0XFE 0 12 0XFF 0XFE 8.51 8.51
/*
方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入／输出方式，主要用于扩展并行输入或输出口。
！！！注意！！！串行口工作模式0并不是一个同步串口通信方式，他主要用途是与外面的同步移位寄存器相连。 具体见本篇程序下文件夹的word
数据由RXD(P3.0)引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。
方式0的波特率 = f(osc)/12
*/
void Init_UART_0(void) //使用方式1 --- 1次中断为5ms，200次为1s
SCON=0; //设置T1定时器工作方式2
EA=1; //开总中断
ES=1; //开串口中断
TI=0;
#if 0
/配合主函数定时使用示例
输出波形///
void main()
Init_UART_0();
while(1)
SBUF=0xaa; //发送接收到的数据
delay(1);
void serial() interrupt 4
TI=0;
#endif
/*
方式1的波特率 = 2^(SMOD)/32 x (T1溢出率)
方式1是10位数据的异步通信口，其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。
TXD(P3.1)为数据发送引脚，RXD(P3.0)为数据接收引脚。
其传输波特率是可变的，对于51单片机，波特率由定时器1的溢出率决定。
通常我们在做单片机与单片机串口通信、单片机与计算机串口通信、计算机与计算机串口通信时，基本都选择方式1，因此这种方式大家务必要完全掌握。
*/
void Init_UART_1(void) //使用方式1 --- 1次中断为5ms，200次为1s
TMOD=0x20; //设置T1定时器工作方式2
TH1=0xfd; //T1定时器装初值
TL1=0xfd; //T1定时器装初值
TR1=1; //启动T1定时器
REN=1; //允许串口接收
SM0=0; //设定串口工作方式1
SM1=1; //设定串口工作方式1
EA=1; //开总中断
ES=1; //开串口中断
#if 0
//如果不使用可不写中断服务函数/
/配合主函数定时使用示例
//收到什么发什么///
uchar b=0,flag=0;
void main()
Init_UART_1();
while(1)
if(flag==1)
ES=0; //发送数据时，关串口中断
flag=0; //清除标志位
SBUF=b; //发送接收到的数据
while(!TI);//直到发送完毕，发送结束TI为1
TI=0; //置0，准备下一次发送
ES=1; //开启串口中断
void serial() interrupt 4
b=SBUF; //赋值，读取接收到的数据
flag=1; //写入标志位
RI=0; //置0等待下次中断
#endif
/*
方式2,3都为11位数据的异步通信口。
TXD(P3.1)为数据发送引脚，RXD(P3.0)为数据接收引脚。
这两种方式下，起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TBS,接收时为RBS),停止位1位，一帧数据为11位。
方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32,方式3的波特率由定时器Tl的溢出率决定。
方式2和方式3的差别仅在于波特率的选取方式不同，在两种方式下，接收到的停止位与SBUF,RBS及RI都无关。
方式2的波特率 = 2^(SMOD)/64 x f(osc)
*/
void Init_UART_2(void) //使用方式2 --- 具体情况时，需修改
SCON = 0x50; //REN=1允许串行接受状态，串口工作模式2 (1010 0000) SM0 SM1 SM2 REN
TMOD|= 0x20; //定时器工作方式2
PCON|= 0x80; //波特率提高一倍
TH1 = 0xF4; //波特率2400、数据位8、停止位1。效验位无 (12M)
TL1 = 0xF4; //因为 PCON|= 0x80; 波特率提高一倍为4800
TR1 = 1; //开启定时器1
ES = 0; //开串口中断
EA = 0; // 开总中断
#if 0
void main()
Init_UART_2();
while(1)
SBUF=0x01; //发送接收到的数据
delay(1);
void serial() interrupt 4
TI=0;
#endif
/*
方式2,3都为11位数据的异步通信口。
TXD(P3.1)为数据发送引脚，RXD(P3.0)为数据接收引脚。
这两种方式下，起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TBS,接收时为RBS),停止位1位，一帧数据为11位。
方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32,方式3的波特率由定时器Tl的溢出率决定。
方式2和方式3的差别仅在于波特率的选取方式不同，在两种方式下，接收到的停止位与SBUF,RBS及RI都无关。
方式2的波特率 = 2^(SMOD)/64 x f(osc)
*/
void Init_UART_3(void) //使用方式3 --- 具体情况时，需修改
TMOD = 0x20; // 定时器1 方式 2
SM0=1; // 设定串口工作方式3
SM1=1; // 设定串口工作方式3
TH1 = 0XFD; // 定时器1初值
TL1 = 0XFD; // 定时器1初值
EA=1; // 开总中断
ES = 1; // 串口中断
TR1 = 1; // 开启定时器1
TI=0; //置0，准备下一次发送
#if 0
void main()
Init_UART_3();
while(1)
SBUF=0xaa; //发送接收到的数据
delay(1);
void serial() interrupt 4
TI=0;
#endif
以上是关于简述单片机串行口的工作方式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章