51单片机串口通信波特率设置说明
MCS-51单片机具有一个全双工的串行通信接口,能同时进行发送和接收。它可以作为UART(通用异步接收和发送器)使用,也可以作为同步的移位寄存器使用。
1. 数据缓冲寄存器SBUF
SBUF是可以直接寻址的专用寄存器。物理上,它对应着两个寄存器,即一个发送寄存器一个接收寄存器,CPU写SBUF就是修改发送寄存器;读SBUF就是读接收寄存器。接收器是双缓冲的,以避免在接收下一帧数据之前,CPU未能及时的响应接收器的中断,没有把上一帧的数据读走而产生两帧数据重叠的问题。对于发送器,为了保持最大的传输速率,一般不需要双缓冲,因为发送时CPU是主动的,不会产生重叠问题。
2. 状态控制寄存器SCON
SCON是一个逐位定义的8位寄存器,用于控制串行通信的方式选择、接收和发送,指示串口的状态,SCON即可以字节寻址也可以位寻址,字节地址98H,地址位为98H~9FH。它的各个位定义如下:
MSB LSB
SM0
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SM1
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SM2 |
REN
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TB8
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RB8
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TI |
RI |
SM0和SM1是串口的工作方式选择位,2个选择位对应4种工作方式,如下表,其中Fosc是振荡器的频率。
SM0 SM1
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工作方式
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功能
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波特率
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0 0
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0
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8位同步移位寄存器
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Fosc/12
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0 1
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1
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10位UART
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可变
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1 0
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2
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11位UART
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Fosc/64或Fosc/32
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1 1
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3
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11位UART
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可变 |
SM2在工作方式2和3中是多机通信的使能位。在工作方式0中,SM2必须为0。在工作方式1中,若SM2=1且没有接收到有效的停止位,则接收中断标志位RI不会被激活。在工作方式2和3中若SM2=1且接收到的第9位数据(RB8)为0,则接收中断标志RB8不会被激活,若接收到的第9位数据(RB8)为1,则RI置位。此功能可用于多处理机通信。
REN为允许串行接收位,由软件置位或清除。置位时允许串行接收,清除时禁止串行接收。
TB8是工作方式2和3要发送的第9位数据。在许多通信协议中该位是奇偶位,可以按需要由软件置位或清除。在多处理机通信中,该位用于表示是地址帧还是数据帧。
RB8是工作方式2和3中接收到的第9位数据(例如是奇偶位或者地址/数据标识位),在工作方式1中若SM2=0,则RB8是已接收的停止位。在工作方式0中RB8不使用。
TI 为发送中断标志位,由硬件置位,软件清除。工作方式0中在发送第8位末尾由硬件置位;在其他工作方式时,在发送停止位开始时由硬件置位。TI=1时,申请中断。CPU响应中断后,发送下一帧数据。在任何工作方式中都必须由软件清除TI。
RI为接收中断标志位,由硬件置位,软件清除。工作方式0中在接收第8位末尾由硬件置位;在其他工作方式时,在接收停止位的中间由硬件置位。RI=1时,申请中断,要求CPU取走数据。但在工作方式1中,SM2=1且未接收到有效的停止位时,不会对RI置位。在任何工作方式中都必须由软件清除RI。
系统复位时,SCON的所有位都被清除。
控制寄存器PCON也是一个逐位定义的8位寄存器,目前仅仅有几位有定义,如下所示:
MSB LSB
SMOD |
—— |
—— |
—— |
GF1 |
GF0 |
PD |
IDL |
仅最高位SMOD与串口的控制有关,其他位与掉电方式有关。PCON的地址为87H只能按字节寻址,SMOD是串行通信波特率系数控制位,当串口工作在工作方式1、2时,若使用T1作为波特率发生器其SMOD=1则波特率加倍(见下面详述)。
GF1 和GF0用于一般的用途,对于AT89系列为通用的标志位,PD为电源下降位,对于AT89系列,PD为1进入掉电状态,IDL为IDLE模式位,对于AT89系列,IDL为1进入空闲工作方式,在PD和IDL同时为1时,PD优先。
(1) 工作方式0
SM0=0且SM1=0时,串口选择工作方式0,实质这是一种同步移位寄存器模式。
其数据传输的波特率固定为Fosc/12,数据由RXD引脚输入或输出,同步时钟由TXD引脚输出。接收/发送的是8位数据,传输是低位在前,帧格式如下:
……..
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D0
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D1
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D2
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D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
……. |
当SM0=0且SM1=1时,串口选择工作方式1,其数据传输的波特率由定时/计数器T1、T2的溢出速率决定,可通过程序设定。当T2CON寄存器中的RCLK和TCLK置位时,用T2作为发送和接收波特率发生器,而RCLK=TCLK=0时,用T1作为波特率发生器,两者还可以交叉使用,即发送和接收采用不同的波特率。数据由TXD引脚发送,由RXD引脚接收。
发送或接收一帧的数据为10位,即1位起始位(0)、8位数据位(低位在先)和1位停止位(1)。真格式如下:
起始位0
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D0
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D1
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D2
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D3
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D4
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D5
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D6
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D7
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停止位1 |
此方式的工作过程包括发送和接收两部分。
当执行任一条写SBUF指令时,就启动串行数据的发送。在执行写入SBUF的指令时,也将“1”写入发送移位寄存器的第9位,并使发送控制器开始发送。在这期间,内部的定时保证写入SBUF与激活发送之间有一个完整的机器周期。当发送脉冲有效后,移位寄存器的内容由RXD引脚串行移位输出,移位脉冲由TXD引脚输出。
在发送有效的每个机器周期,发送移位寄存器右移一位,就在其左边补“0 ”。当数据的最高位移到移位寄存器的输出时,原写入第9位的“1”正好移到最高位的左边一位,由此向左的所有位都为“0”,这标志着发送控制器要进行最后依次移位,并撤消发送有效,同时使发送中断标志TI置位。
当REN=1且接收中断标志RI位清除时,即启动一个接收过程。在下一个机器周期,接收控制器将“11111110”写入接收移位寄存器,并在下一周期内激发接收有效,同时由TXD引脚输出移位脉冲。在移位脉冲的控制下,接收移位寄存器的内容每一个机器周期左移一位,同时由RXD引脚接收一位输入信号。
每当接收移位寄存器左移一位,原写入的“11111110”也左移一位。当最右边的“0”移到最左边时,标志着接收控制器要进行最后一次移位。在最后移位即将结束时,接收移位寄存器的内容送入到接收数据缓冲寄存器SBUF,然后在启动接收的第10个机器周期时,清除接收信号,将RI置位。
如果在第一个时钟周期中接收到的不是起始位(“0”),就复位接收电路,继续检测RXD引脚上1到0的跳变。如果接收到的是起始位,就将其移入接收移位寄存器,然后接收该帧的其他位。接收到的位从右边移入,原来写入的1从左边移出,当起始位移到最左边时,接收控制器将控制进行最后一次移位,把接收到的第9为数据送到接收数据缓冲器SBUF和RB8,同时置位RI。
在进行最后一次移位时,能将数据送入到接收数据缓冲器SBUF和RB8而且置位RI的条件如下:
● RI=0,即上一真数据接收完成时,发出的中断请求已经被响应,SBUF中的上一帧数据已经被取走。
● SM2=0或接收到的停止位为1。
这两个条件有一个不满足接收到的数据就有可能丢失,并且无法修复;如两者都满足则数据装入SBUF,停止位装入RB8且置位RI。
开始发送后的一个位周期,发送信号有效,开始将起始位送TXD引脚。一位时间后,数据信号有效。发送移位寄存器将数据由低位到高位顺序输出至TXD引脚。一位时间后第一个移位脉冲出现,将最低数据位从右边移出,同时从左边补上“0”。当数据的最高位移到移位寄存器的输出端时,先前写入第9位的“1”正好移到最高位的左边一位,而它的左区全部为“0”。在第10个位周期(16分频计数器回0时),发送控制器要进行最后一次清除发送信号,同时使发送中断标志TI置位。
当REN=1且接收中断标志RI位清除后,若在RXD引脚上检测到一个由“1”到“0”的跳变,立即启动一次接收的过程。同时复位16分频计数器,使输入位的边沿与时钟对齐,并将1FFH(9个“1”)写入接收移位寄存器。接收控制器继续以波特率的16倍的速率继续对RXD引脚进行检测,对每一位时间的第7、8、9个计数状态的采样值用多数表决法,当2次或2次以上的采样值相同时,采样值被接受。
(1) 工作方式2和3
当SM0=1且SM1=0时,串口选择工作方式2,当SM0=1且SM1=1时,串口选择工作方式3。数据由TXD引脚发送由RXD引脚接收。
发送和接收的一帧信息为11位,即1位起始位(0),9位数位(低位在前,第9位数据位是可编程位)1位停止位(1)。发送时,可编程位(TB8)可赋0或1,接收时可编程位进入SCON中的RB8。帧的格式如下:
起始位0
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D0
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D1
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D2
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D3
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D4
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D5
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D6
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D7
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可编程位D8
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停止位1 |