51單片機(jī)的串口通信
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51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行接口。什么叫全雙工串口呢？一般來(lái)說(shuō)，只能接受或只能發(fā)送的稱(chēng)為單工串行；既可接收又可發(fā)送，但不能同時(shí)進(jìn)行的稱(chēng)為半雙工；能同時(shí)接收和發(fā)送的串行口稱(chēng)為全雙工串行口。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優(yōu)點(diǎn)是只需一根傳輸線，可大大降低硬件成本，適合遠(yuǎn)距離通信。其缺點(diǎn)是傳輸速度較低。
與之前一樣，首先我們來(lái)了解單片機(jī)串口相關(guān)的寄存器。
SBUF 寄存器：它是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，可通過(guò)指令對(duì)SBUF 的讀寫(xiě)來(lái)區(qū)別是對(duì)接收緩沖器的操作還是對(duì)發(fā)送緩沖器的操作。從而控制外部?jī)蓷l獨(dú)立的收發(fā)信號(hào)線RXD（P3.0）、TXD（P3.1），同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全雙工。
串行口控制寄存器SCON（見(jiàn)表1） 。
表1 SCON寄存器
SM0 和SM1 ：串行口工作方式控制位，其定義如表2 所示。
表2 串行口工作方式控制位
SM2 ：多機(jī)通信控制位。 該僅用于方式2 和方式3 的多機(jī)通信。其中發(fā)送機(jī)SM2 ＝ 1（需要程序控制設(shè)置）。接收機(jī)的串行口工作于方式2 或3，SM2=1 時(shí)，只有當(dāng)接收到第9 位數(shù)據(jù)（RB8）為1 時(shí)，才把接收到的前8 位數(shù)據(jù)送入SBUF，且置位RI 發(fā)出中斷申請(qǐng)引發(fā)串行接收中斷，否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)SM2=0 時(shí)，就不管第位數(shù)據(jù)是0 還是1，都將數(shù)據(jù)送入SBUF，并置位RI 發(fā)出中斷申請(qǐng)。工作于方式0 時(shí)，SM2 必須為0。
REN ：串行接收允許位：REN =0 時(shí)，禁止接收；REN =1 時(shí)，允許接收。
TB8 ：在方式2、3 中，TB8 是發(fā)送機(jī)要發(fā)送的第9 位數(shù)據(jù)。在多機(jī)通信中它代表傳輸?shù)牡刂坊驍?shù)據(jù)，TB8=0 為數(shù)據(jù)，TB8=1 時(shí)為地址。
RB8 ：在方式2、3 中，RB8 是接收機(jī)接收到的第9 位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來(lái)自發(fā)送機(jī)的TB8，從而識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征。
TI ：串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)CPU 發(fā)送完一串行數(shù)據(jù)后，此時(shí)SBUF 寄存器為空，硬件使TI 置1，請(qǐng)求中斷。CPU 響應(yīng)中斷后，由軟件對(duì)TI 清零。
RI ：串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí)SBUF 寄存器為滿，硬件使RI 置1，請(qǐng)求中斷。CPU 響應(yīng)中斷后，用軟件對(duì)RI 清零。
電源控制寄存器PCON（見(jiàn)表3） 。
表3 PCON寄存器
SMOD ：波特率加倍位。SMOD=1，當(dāng)串行口工作于方式1、2、3 時(shí)，波特率加倍。SMOD=0，波特率不變。
GF1、GF0 ：通用標(biāo)志位。
PD（PCON.1） ：掉電方式位。當(dāng)PD=1 時(shí)，進(jìn)入掉電方式。
IDL（PCON.0） ：待機(jī)方式位。當(dāng)IDL=1 時(shí)，進(jìn)入待機(jī)方式。
另外與串行口相關(guān)的寄存器有前面文章敘述的定時(shí)器相關(guān)寄存器和中斷寄存器。定時(shí)器寄存器用來(lái)設(shè)定波特率。中斷允許寄存器IE 中的ES 位也用來(lái)作為串行I/O 中斷允許位。當(dāng)ES ＝ 1，允許 串行I/O 中斷；當(dāng)ES ＝ 0，禁止串行I/O 中斷。中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP的PS 位則用作串行I/O 中斷優(yōu)先級(jí)控制位。當(dāng)PS=1，設(shè)定為高優(yōu)先級(jí)；當(dāng)PS =0，設(shè)定為低優(yōu)先級(jí)。
波特率計(jì)算：在了解了串行口相關(guān)的寄存器之后，我們可得出其通信波特率的一些結(jié)論：
?、?方式0 和方式2 的波特率是固定的。
在方式0 中， 波特率為時(shí)鐘頻率的1/12， 即fOSC/12，固定不變。
在方式2 中，波特率取決于PCON 中的SMOD 值，即波特率為：
② 方式1 和方式3 的波特率可變，由定時(shí)器1 的溢出率決定。
二、電路詳解
圖1 串行通信實(shí)驗(yàn)電路圖
最小系統(tǒng)部分（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等）第一講已經(jīng)講過(guò)，在此不再敘述。我們重點(diǎn)來(lái)了解下與計(jì)算機(jī)通信的RS-232 接口電路?？梢钥吹剑陔娐穲D中，有TXD 和RXD 兩個(gè)接收和發(fā)送指示狀態(tài)燈，此外用了一個(gè)叫MAX3232 的芯片，那它是用來(lái)實(shí)現(xiàn)什么的呢？首先我們要知道計(jì)算機(jī)上的串口是具有RS-232 標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，而RS-232 的標(biāo)準(zhǔn)中定義了其電氣特性：高電平“1”信號(hào)電壓的范圍為-15V~-3V，低電平“0”信號(hào)電壓的范圍為+3V~+15V?？赡苡行┳x者會(huì)問(wèn)，它為什么要以這樣的電氣特性呢？這是因?yàn)楦叩碗娖接孟喾吹碾妷罕硎?，至少?V 的壓差，非常好的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。由于單片機(jī)的管腳電平為T(mén)TL，單片機(jī)與RS-232 標(biāo)準(zhǔn)的串行口進(jìn)行通信時(shí)，首先要解決的便是電平轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，可以選擇一些專(zhuān)業(yè)的集成電路芯片，如圖中的MAX3232。MAX3232 芯片內(nèi)部集成了電壓倍增電路，單電源供電即可完成電平轉(zhuǎn)換，而且工作電壓寬，3V~5.5V 間均能正常工作。其典型應(yīng)用如圖中所示，其外圍所接的電容對(duì)傳輸速率有影響，在試驗(yàn)套件中采用的是0.1μF。
評(píng)論