串口通信 51单片机的串行通信口原理介绍【图文】

　　51单片机的串行通信口原理解析

　　MCS-51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器(SBUF)，这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。下面我们分别介绍。

　　[1]. 基本概念

　　数据通信的传输方式

　　常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。

　　单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。

　　半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。

　　全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。

　　多工方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分地利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们盛之为多工传输方式。

　　串行数据通信两种形式

　　异步通信

　　在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位，图2是传输45H的数据格式。

　　同步通信

　　同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头(字符)标志即可。

　　同步传输方式比异步传输方式速度快，这是它的优势。但同步传输方式也有其缺点，即它必须要用一个时钟来协调收发器的工作，所以它的设备也较复杂。

　　串行数据通信的传输速率

　　串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数bps(Bit per second)和每秒符号数—波特率(Band rate)，在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。

　　[2]. MCS-51的串行口和控制寄存器

　　串行口控制寄存器

　　MCS-51单片机串行口寄存器结构如图3所示。SBUF为串行口的收发缓冲器，它是一个可寻址的专用寄存器，其中包含了接收器和发送器寄存器，可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址(99H)。MCS-51的串行数据传输很简单，只要向发送缓冲器写入数据即可发送数据。而从接收缓冲器读出数据即可接收数据。

　　此外，从图中可看出，接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器，MCS-51这种结构目的在于接收数据时避免发生数据帧重叠现象，以免出错，部分文献称这种结构为双缓冲器结构。而发送数据时就不需要这样设置，因为发送时，CPU是主动的，不可能出现这种现象。

　　串行通信控制寄存器

　　在上一节我们已经分析了SCON控制寄存器，它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据的通信控制，单元地址是98H，其结构格式如下：

　　表1 SCON寄存器结构

　　SCOND7D6D5D4D3D2D1D0

　　SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI

　　位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H

　　下面我们对各控制位功能介绍如下：

　　(1).SM0、SM1：串行口工作方式控制位。

　　SM0，SM1 工作方式

　　00 方式0

　　01 方式1

　　10 方式2

　　11 方式3

　　(2).SM2：多机通信控制位。

　　多机通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态，当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据(RB8)为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接受到的数据放弃。当SM2=0时，就不管第位数据是0还是1，都难得数据送入SBUF，并发出中断申请。

　　工作于方式0时，SM2必须为0。

　　(3).REN：允许接收位。

　　REN用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。

　　(4).TB8：发送接收数据位8。

　　在方式2和方式3中，TB8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。

　　(5).RB8：接收数据位8。

　　在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。

　　(6).TI：发送中断标志位。

　　可寻址标志位。方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式下，在发送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。

　　(7).RI：接收中断标志位。

　　可寻址标志位。接收完第8位数据后，该位由硬件置位，在其他工作方式下，该位由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。

　　电源管理寄存器PCON

　　PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，单元地址是87H，其结构格式如下：

　　表2 PCON电源管理寄存器结构

　　PCOND7D6D5D4D3D2D1D0

　　位符号SMOD---GF1GF0PDIDL

　　在CHMOS型单片机中，除SMOD位外，其他位均为虚设的，SMOD是串行口波特率倍增位，当SMOD=1时，串行口波特率加倍。系统复位默认为SMOD=0。

　　中断允许寄存器IE

　　中断允许寄存器在前一节中已阐述，这里重述一下对串行口有影响的位ES。ES为串行中断允许控制位，ES=1允许串行中断，ES=0，禁止串行中断。

　　表3 IE中断允许控制寄存器结构

　　位符号EA--ESET1EX1ET0EX0

　　位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H