7.1 串行口结构

包含：发送/接收缓冲寄存器SBUF、发送控制器、接收控制器、移位寄存器、中断等

发送缓冲寄存器和接收缓冲寄存器虽然地址相同（99H），且都用SBUF命名，但二者在物理上独立且单向，一个只负责发送数据，一个只负责接收数据

7.1.1 串行口控制寄存器（SCON）

作用：串行数据通信的控制
单元地址：98H
可位寻址（位地址9FH~98H）

位地址	9FH	9EH	9DH	9CH	9BH	9AH	99H	98H
位符号	SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI

RI和TI为状态标志位

1）若RI为1，表示已经收到1字节数据（由硬件置位），此时用户可以从SBUF中读取收到的数据

2）注意：要及时读走SBUF中的数据，否则会被新收到的数据所覆盖，造成数据丢失

3）RI要用软件才能被清零

4）若TI为1，表示已经发送完毕1字节数据（由硬件置位），此时用户可以继续往SBUF写数据，进行新的数据的发送

5）TI要用软件才能被清零

RB8和TB8在方式2、3时有效，配合SBUF寄存器，作为第9位数据使用

1）RB8表示接收时，除接收SBUF中的8位数据外，RB8为收到的第9位数据

2）TB8表示发送时，除发送SBUF中的8位数据外，TB8为将发送的第9位数据

3）应用中，一般作为地址/数据标志位或奇/偶校验标志位使用

REN为接收允许（或使能）控制位

1：表示允许接收串行数据

0：表示禁止接收

SM0和SM1为串行口工作方式选择位，其中方式0为同步移位方式（或同步通信方式），方式1、2、3为异步通信方式（简称UART）

SM0	SM1	工作方式		波特率
0	0	方式0	同步移位方式	fosc/12
0	1	方式1	8位UART	可变
1	0	方式2	9位UART	fosc/32或fosc/64
1	1	方式3	9位UART	可变

SM2为多机通信控制位

1）方式2、3中，若SM2=1且接收到的第9位数据（RB8）为1，才将接收到的前8位数据送入接收SBUF中，并置位RI产生中断请求；否则丢弃前8位数据

2）若SM2=0，则不论第9位数据（RB8）为0或1，都将前8位数据送入接收SBUF中，并置位RI

3）方式0、1中，要求SM2置0

7.1.2 电源控制寄存器（PCON）

作用：为电源控制而设置的专用寄存器
单元地址：87H

位序	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
位符号	SMOD	-	-	0	GF1	GF0	PD	IDL

仅SMOD与串行口有关
- SMOD=1时，串行口波特率加倍（或倍频）
- 系统复位时，SMOD=0

7.2 串行口的4种工作模式

串行口既可以作为UART，也可作为一个同步移位寄存器
作为UART时，可以传输8位或9位数据，其中方式1和3中波特率可由用户设置
作为同步移位寄存器时，可以配合外围器件，用于扩展I/O

7.2.1 方式0

串行口作为同步移位寄存器使用
RXD（P3.1）引脚作为数据移位的输出（或输入）口，与外设交换串行数据
TXD（P3.2）引脚提供移位脉冲，向外同步输出时钟信号
移位数据发送（或接收）以8位为一帧，低位在前，高位在后，帧格式：

首位	-	-	-	-	-	-	尾位
D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7

方式0中，移位操作的波特率值恒定，为晶振的1/12，即波特率=fosc/12

1. 数据发送

数据一旦写入发送寄存器SBUF，则启动发送，TXD以fosc/12速率主动向外输出8个时钟信号；
与此同时，SBUF的数据从D0开始通过RXD引脚逐位向外输出，当SBUF中D7数据发送完毕，停止发送；
然后，系统将SCON寄存器中TI自动置位，发送结束
实际使用时，在“串入并出”的移位寄存器（74HC164、74HC595或CD4049）配合下，利用方式0，可以把串行口作为并行输出口使用

2. 数据接收

当SCON的REN被置位，则启动接收，TXD以固定速率输出脉冲信号，同时RXD引脚数据被移入单片机内部的移位寄存器，当接收满一字节数据，移位寄存器数据被存入SBUF，同时将SCON寄存器RI的硬件置位，产生中断请求
TXD暂停输出脉冲信号，知道RI被清零，TXD再次启动输出脉冲，启动新的数据的接收
实际使用时，在“并入串出”的移位寄存器（74HC165、CD4014等）配合下，利用方式0，可以把串行口作为并行输入口使用，实现扩展并行输入口

7.2.2 方式1

10位为一帧的异步串行通信方式，包括1个起始位（低电平）、8个数据位和1个停止位（高电平），帧格式：

首位	-	-	-	-	-	-	-	-	尾位
起始位	D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	停止位

数据发送与接收
- 与方式0相同，方式1的数据发送是由一条写发送SBUF指令所触发启动，当一个字符帧（共10位）发送完后，TXD输出线便维持在1（空闲）状态下，同时将TI置1，即通知CPU可以发送下一个字符了
- 接收数据时，要保证REN=1，始终处于允许接收状态。CPU在移位脉冲的控制下，按照设定的波特率，不断对RXD引脚的信号进行采集、处理，当识别到有效的“起始位”后，CPU开始以一定的速率采集数据线，并将接收到的有效数据位移入移位寄存器中，直到收到停止位为止。当收到停止位，移位寄存器内容被送到SBUF中（停止位被送到RB8中），同时，置位中断标志位RI，通知CPU可以从SBUF取走接收到的字符
波特率
- 方式1的波特率受定时器T1控制，设置T1的溢出时间可以控制串行口的波特率；为了保持波特率恒定，一般将T1设置为模式2工作方式
- 对于52系列单片机，定时器T2也可控制串行口波特率

7.2.3 方式2

11位为一帧的异步串行通信方式，包括1个起始位（低电平）、8个数据位、TB8（或RB8）和1个停止位（高电平），帧格式：

首位	-	-	-	-	-	-	-	-	-	尾位
起始位	D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	TB8/RB8	停止位

方式2与方式1通信过程类似，均属于异步串行通信（UART），仅是数据位后多发送一位T8（或R8），次位可用于校验位标志或多机通信时使用
波特率只有两种，当SMOD=0时，波特率=fosc/64；当SMOD=1时，波特率=fosc/32

7.2.4 方式3

方式3帧格式与方式2相同，位11位UART；波特率方式与方式1相同，受T1（或T2）控制

7.3 波特率的设定方法

7.3.1 波特率的定义

用来描述每秒钟内发生二进制信号的事件数，用来表示一个二进制数据位的持续时间，体现数据传输的快慢程度
是表明传输速度的标准，RS232-C标准中定义的标准波特率有：300bit/s、600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、19200bit/s
按照规定的波特率以及相应的协议，就可以实现不同设备之间的串行通信

7.3.2 定时器T1产生波特率的计算

51单片机串口方式1和3中波特率受定时器T1控制，调整T1溢出时间，即可实现波特率设置
作为波特率发生器使用时，通常选用T1的工作方式2（简称模式2），计算公式

$BaudRate=\frac{2^{SMOD}\times f_{osc}}{384\times (2^{8}-TH1)}$

式中，fosc为晶振频率，SMOD为PCON寄存器最高位的值，TH1为T1计数器计数单元值
波特率设置的理论有一定偏差
在实际应用中，若要采用UART通信，为了减少理论偏差，晶振频率一般不选用12MHz，而选用11.0592MHz、22.1184MHz等值，这时无论采用哪种方案，其误差为0，这样可以大大提高数据通信的可靠性

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从头开始学51单片机之7：串行通信