一、硬件结构
1.1 串口硬件结构
有两个物理上独立的接受、发送缓冲器SBUF,占用了同一个地址99H。
在软件编写时,发送、接受都使用SBUF。
内部使用T1定时器来控制波特率。
1.2 串口控制寄存器
1.2.1 SCON寄存器
SCON寄存器是一个特殊功能寄存器,用来设定串行口的工作方式、接受/发送控制以及设置状态标志。
- SM0和SM1为工作模式选择位,共4种方式,通常使用方式1
- SM2 多机通信控制位,主要用于方式2和方式3📌当接收机的SM2=1时,可以利用收到的RB8来控制是否激活RI。
- RB8=0时,不激活RI,收到的信息丢弃
- RB8=1时,收到的数据进入SBUF,并激活RI,进而在中断服务函数中将数据从SBUF中读走
- 📌当SM2=0时,不论收到的RB8为0还是1,均可以使收到的数据进入SBUF,并激活RI,此时RB8不具有控制RI激活的功能。
通过控制SM2,可以实现多机通信,通常SM2=0。
在方式0时,SM2必须为0。
在方式1,如果SM2=1,则之后接收到有效停止位时,RI才置1。 - REN 允许串行接收位
由软件置REN=1,则启动串行口接收数据。若软件置REN=0,则禁止接收。
通常REN=1。 - TB8在方式2/3中,是发送数据的第9位
可以用软件规定其作用:用作数据的奇偶校验位,或在多机通信中,作为地址帧/数据帧的标志位。
在方式0/1中,未使用。 - RB8在方式2/3中,是接收数据的第9位
可以用作奇偶校验位或者地址帧/数据帧的标志位。
在方式1中,若SM2=0,则RB8是接收到的停止位。 - TI发送中断标志位
在方式0中,当串行发送第8位数据结束时,或在其他方式,串行发送停止位开始时,由内部硬件使TI置1,向CPU发送中断请求。
在中断服务程序中,必须用软件将其清0,取消此中断申请。 - RI接收中断标志位
在方式0,当串行接收第8位数据时,或在其他方式,串行接收到停止位的中间时,由内部硬件使RI置1,向CPU发送中断请求。
在中断服务程序中,必须用软件将其清0,取消此中断申请。
使用方式1时,SCON寄存器的配置
低4位, TB8、RB8、TI、RI在设置模式时,都设置为0
SCON设置为0x50
1.2.2 PCON寄存器
其中只有一位SMOD与串行口工作有关。
SMOD(PCON7)波特率倍增位。
在串口方式1、2、3时,波特率与SMOD有关,当SMOD=1时,波特率提高一倍,复位时SMOD=0
二、波特率计算
在串行通信中,收发双方发送或接收数据的速率要有约定。
通过软件可将单片机串口编程为4种工作模式。
- 方式0、2的波特率固定
- 方式1、3的波特率可变,由定时器T1来决定。
当T1作为波特率发生器时,最典型的用法是使T1工作在自动重装载的8位定时器模式,即方式2。
TCON的TR1=1,以启动定时器。
串口工作在方式1的波特率计算公式:
B a u d = 2 S M O D / ( 32 × T 1 的定时时间 ) Baud = 2^{SMOD}/( 32 \times T1的定时时间)Baud=2SMOD/(32×T1的定时时间)
三、程序编写
3.1 步骤
串口工作之前,应对其进行初始化工作,主要是设置产生波特率的定时器1,串口控制和中断控制。
- 确定T1的工作方式(编程TMOD寄存器)
- 计算T1的初值,重载TH1、TL1
- 启动T1(编程TCON中的TR1位)
- 确定串口控制(编程SCON寄存器)
- 串口在中断方式工作时,要进行中断设置(编程IE寄存器,IP寄存器用来设置优先级,一般不用改变)
- 打开串口中断以及总中断
3.2 示例程序
示例程序分为3个文件:uart.c、uart.h和main.c
uart.c文件
#include "uart.h" //串口初始化 //晶振11.0592MHz //设置的波特率为9600 void Uart_Init(){ //设置T1定时器 TMOD=0x20; //定时器工作在方式2 //定时器初值 TH1=0xfa; TL1=0xfa; //自动重装载 //SMOD是在PCON寄存器中,且不能使用位操作 PCON=0x80; //1000 0000 倍频 //打开定时器 TR1=1; //设置串行口控制 SCON SCON=0x50; //打开中断 ES=1; //打开串口中断 EA=1; //打开总中断 } // 说明 // 设置的波特率为9600,其中的倍频,并不是将9600翻倍变为9600*2 // 而是在波特率为9600的情况下,改变了定时器T1的初值。 //中断服务函数 //接收到的数据在SBUF这个寄存器中,SBUF是系统自定义好的,一个字节。 void Uart_IRQ() interrupt 4 { u8 rData; rData=SBUF; //RI清零等待下一次接收,取消中断申请,置1的过程是硬件自动完成的 RI=0; //将数据返回给发送方 //通过发送缓冲器 SBUF SBUF=rData; //发送完成后 TI会被硬件置1 while(!TI); //等待数据发送完成 TI=0; //软件清零,等待下一次发送 }
对于串口通信,是一个字节一个字节的发送和接收,每发送/接收一个字节就会进入中断,处理这个字节。
51单片机中的发送/接收缓冲器都是SBUF,但是两者是有做隔离的(系统会自动区分)。
uart.h文件
#ifndef _UART_H_ #define _UART_H_ #include <reg52.h> void Uart_Init(void); #endif
main.c文件
#include <reg52.h> #include "uart.h" void main(){ Uart_Init(); while(1); }