本節(jié)主要介紹單片機(jī)的串口工作原理，以及如何通過程序設(shè)置串口，以及如何根據(jù)給定實(shí)例與PC機(jī)通信。

一、原理介紹

51單片機(jī)內(nèi)部有全雙工串行接口。全雙工串行fortran是什么？通常，只能接受或發(fā)送的東西稱為“制造串行”(serial of manufacturing serial)。接收和發(fā)送都可以，但不能同時(shí)進(jìn)行的稱為半雙工?？梢酝瑫r(shí)接收和傳輸?shù)拇卸丝诜Q為全雙工串行端口。串行通信是一種依次傳遞數(shù)據(jù)的通信方式，只要有一條傳輸線，就能大大降低硬件成本，優(yōu)點(diǎn)是適合遠(yuǎn)距離通信。缺點(diǎn)是傳輸速度慢。

和以前一樣，我們先來看一下與單片機(jī)串行端口相關(guān)的寄存器。

SBUF寄存器：兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、傳輸緩沖區(qū)，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并指示對(duì)SBUF的讀取和寫入，以區(qū)分接收緩沖區(qū)是工作還是傳輸緩沖區(qū)工作。這樣，您就可以控制外部兩條獨(dú)立的射頻RXD(P3.0)、TXD(P3.1)，同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)全雙工。

串行端口控制寄存器SCON(請(qǐng)參見表1)。

表1 SCON寄存器

表中各位(從左到右從高到低)的意思如下。

SM0和SM1:串行端口工作方式控制位的定義如下表2所示。

表2串行端口工作方式控制位

其中fOSC是單片機(jī)的時(shí)鐘頻率。波特率是串行端口每秒發(fā)送(或接收)的位數(shù)。

SM2:多機(jī)通信控制位。這僅用于方法2和方法3的多機(jī)通信。其中發(fā)射器SM2=1(需要程序控制設(shè)置)。接收器的串行端口在方法2或3、SM2=1中工作。僅當(dāng)?shù)诰艛?shù)據(jù)(RB8)為1時(shí)，將接收到的前八位數(shù)據(jù)發(fā)送到SBUF，位置RI發(fā)出中斷請(qǐng)求，導(dǎo)致串行接收中斷。否則，接收的數(shù)據(jù)將被刪除。如果SM2=0，則無論第一個(gè)數(shù)據(jù)是0還是1，都會(huì)向SBUF發(fā)送數(shù)據(jù)，并在位置RI發(fā)出中斷請(qǐng)求。在方法0中工作時(shí)，SM2必須為零。

REN:允許串行接收位：當(dāng)REN=0時(shí)，如果REN=1禁止接收，則允許接收。

TB8:在方法2、3中，TB8是發(fā)射機(jī)要發(fā)送的第九個(gè)數(shù)據(jù)。在多機(jī)通信中，表示發(fā)送的地址或數(shù)據(jù)，TB8=0是數(shù)據(jù)，TB8=1是地址。

在RB8:方法2、3中，RB8是從接收器接收的第九數(shù)據(jù)，用于識(shí)別從發(fā)射器的TB8準(zhǔn)確接收的數(shù)據(jù)的特征。

TI:串行端口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志。CPU完成串行數(shù)據(jù)傳輸后，SBUF寄存器為空，硬件將TI設(shè)置為1，請(qǐng)求中止。CPU停止響應(yīng)后，軟件將清除TI的0。

RI:串行端口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志。串行端口收到一幀串行數(shù)據(jù)后，SBUF寄存器已滿，硬件將RI設(shè)置為1，請(qǐng)求中止。CPU響應(yīng)中斷后，使用軟件將RI清理為零。

電源控制寄存器PCON(請(qǐng)參見表3)。

表3 PCON寄存器

表中各位(從左到右從高到低)的意思如下。

SMOD:傳輸速率加倍位。SMOD=1，串行端口在1、2、3上工作時(shí)，傳輸速率增加一倍。SMOD=0，傳輸速率不變。

GF1、GF0:通用標(biāo)志位。

PD(PCON.1):電源關(guān)閉模式位。如果PD=1，則進(jìn)入斷電模式。

IDL(PCON.0):待機(jī)模式位。如果IDL=1，則進(jìn)入待機(jī)模式。

另外，與串行端口相關(guān)的寄存器有與前一句敘述的計(jì)時(shí)器相關(guān)的寄存器和中斷寄存器。計(jì)時(shí)器寄存器用于設(shè)置波特率。允許中斷寄存器IE中的ES位也用作串行I/O允許中斷位。如果Es=1，則允許串行I/O中斷。如果Es=0，則禁止串行I/O中斷。中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的PS位用作串行I/O中斷優(yōu)先級(jí)控制位。如果PS=1，則設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)。如果PS=0，則設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)。

計(jì)算波特率：了解串口相關(guān)寄存器后，可以得出關(guān)于通信傳輸速率的一些結(jié)論。

方法0和方法2的傳輸速度是固定的。

在方法0中，傳輸速率固定為時(shí)鐘頻率的1/12，即fOSC/12。

在方法2中，傳輸速率取決于PCON的SMOD值。

即波特率為：

當(dāng)SMOD=0 時(shí)，波特率為fosc/64 ；當(dāng)SMOD=1 時(shí)，波特率為fosc/32。

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。

當(dāng)定時(shí)器T1 用作波特率發(fā)生器時(shí)，通常選用定時(shí)初值自動(dòng)重裝的工作方式2（ 注意：不要把定時(shí)器的工作方式與串行口的工作方式搞混淆了）。其計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)為8 位，假定計(jì)數(shù)初值為Count，單片機(jī)的機(jī)器周期為T，則定時(shí)時(shí)間為（256 ?Count）×T 。從而在1s內(nèi)發(fā)生溢出的次數(shù)（即溢出率）可由公式（1）所示：

從而波特率的計(jì)算公式由公式（2）所示：

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常是先確定波特率，后根據(jù)波特率求T1 定時(shí)初值，因此式（2）又可寫為：

二、電路詳解

圖1 串行通信實(shí)驗(yàn)電路圖

下面就對(duì)圖1 所示電路進(jìn)行詳細(xì)說明。

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，在此不再敘述。我們重點(diǎn)來了解下與計(jì)算機(jī)通信的RS-232 接口電路?？梢钥吹?，在電路圖中，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，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TTL，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)換的問題。一般來說，可以選擇一些專業(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。

值得一提的是MAX3232 芯片擁有兩對(duì)電平轉(zhuǎn)換線路，圖中只用了一路，因此浪費(fèi)了另一路，在一些場合可以將兩路并聯(lián)以獲得較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)抗干擾能力。此外，我們有必要了解圖中與計(jì)算機(jī)相連的DB-9 型RS-232的引腳結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 DB-9連接器接口圖

其各管腳定義如下（見表4）。

表4 DB-9型接口管腳定義

三、程序設(shè)計(jì)

本講設(shè)計(jì)實(shí)例程序如下：

#include "AT89X52.h" （1）

void Init_Com（void） （ 2）

{

TMOD = 0x20; （ 3）

PCON = 0x00; （ 4）

SCON = 0x50; （ 5）

TH1 = 0xE8; （ 6）

TL1 = 0xE8; （ 7）

TR1 = 1; （ 8）

}

void main（void） （ 9）

{

unsigned char dat; （ 10）

Init_Com（）； （ 11）

while（1） （ 12）

程序詳細(xì)說明：

（1）頭文件包含。

（2）聲明串口初始化程序。

（3）設(shè)置定時(shí)器1 工作在模式2，自動(dòng)裝載初值（詳見第二講）。

（4）SMOD 位清0，波特率不加倍。

（5）串行口工作在方式1，并允許接收。

（6）定時(shí)器1 高8 位賦初值。波特率為1200b/s（7）定時(shí)器1 低8 位賦初值。

（8）啟動(dòng)定時(shí)器。

（9）主函數(shù)。

（10）定義一個(gè)字符型變量。

（11）初始化串口。

（12）死循環(huán)。

（13）如果接收到數(shù)據(jù)。

（14）將接收到的數(shù)據(jù)賦給之前定義的變量。

（15）將接收到的值輸出到P0 口。

（16）對(duì)接收標(biāo)志位清0，準(zhǔn)備再次接收。

（17）將接收到的數(shù)據(jù)又發(fā)送出去。

（18）查詢是否發(fā)送完畢。

（19）對(duì)發(fā)送標(biāo)志位清0。

四、調(diào)試要點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

接好硬件，通過冷啟動(dòng)方式將程序所生成的。hex文件下載到單片機(jī)運(yùn)行后，打開串口調(diào)試助手軟件，設(shè)置好波特率1200，復(fù)位單片機(jī)，然后在通過串口調(diào)試助手往單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（見圖3），可以觀察到在接收窗口有發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示，此外電路板上的串行通信指示燈也會(huì)閃爍，P0 口所接到LED 燈會(huì)閃爍所接收到的數(shù)據(jù)。

圖3 串口軟件調(diào)試界面

另外串口調(diào)試助手軟件使用時(shí)應(yīng)注意的是，如果單片機(jī)開發(fā)板采用串口下載而且和串口調(diào)試助手是使用同一串口，則在打開串口軟件的同時(shí)不能給單片機(jī)下載程序，如需要下載，請(qǐng)首先點(diǎn)擊“關(guān)閉串口”，做發(fā)送實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，注意如果選中16 進(jìn)制發(fā)送的就是數(shù)字或者字母的16 進(jìn)制數(shù)值，比如發(fā)送“0”，實(shí)際接收的就應(yīng)該是0x00，如果不選中，默認(rèn)發(fā)送的是ASCII 碼值，此時(shí)發(fā)送“0”，實(shí)際接收的就應(yīng)該是0x30，這點(diǎn)可以通過觀察板子P0 口上的對(duì)應(yīng)的LED 指示出來。

五、總結(jié)

本講介紹了單片機(jī)串口通信的原理并給出了實(shí)例，通過該講，讀者可以了解和掌握51 單片機(jī)串口通信的原理與應(yīng)用流程，利用串口通信，單片機(jī)可以與計(jì)算機(jī)相連，也可以單片機(jī)互聯(lián)或者多個(gè)單片機(jī)相互通信組網(wǎng)等，在實(shí)際的工程應(yīng)用中非常廣泛。從學(xué)習(xí)的角度來說，熟練的利用串口將單片機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)信息顯示在計(jì)算機(jī)上可以很直觀方便的進(jìn)行調(diào)試和開發(fā)。