單片機串口必備基礎(chǔ)知識

你想熟悉單片機，那必須先看看單片機的結(jié)構(gòu)和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關(guān)鍵。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它們是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什么含義呢?

SBUF 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發(fā)中，都只是使用到同一個寄存器SBUF?而不是收發(fā)各用一個寄存器?！睂嶋H上SBUF 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發(fā)送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址-99H。CPU 在讀SBUF 時會指到接收寄存器，在寫時會指到發(fā)送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應(yīng)，數(shù)據(jù)沒有被取走，下一幀數(shù)據(jù)已到來，而造成的數(shù)據(jù)重疊問題。發(fā)送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發(fā)送程序時也不必用到發(fā)送中斷去外理發(fā)送數(shù)據(jù)。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H 地址用關(guān)鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h 或at89x51.h 等頭文件中已對其做了定義，只要用#include 引用就可以了。

SCON 串行口控制寄存器 通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51 芯片串行口的工作狀態(tài)。51 芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON 寄存器。它的各個位的具體定義如下：

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

SM0、SM1 為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置。

SM0 SM1 模式 功能 波特率

0 0 0 同步移位寄存器 fosc/12

0 1 1 8位UART 可變

1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64

1 1 3 9位UART 可變

在這里只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關(guān)的硬件資料查看。表中的fosc 代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asynchronous Receiver)的英文縮寫。

SM2 在模式2、模式3 中為多處理機通信使能位。在模式0 中要求該位為0。

REM 為允許接收位，REM 置1 時串口允許接收，置0 時禁止接收。REM 是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發(fā)送引腳P3.0,P3.1 都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個子程序的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入REM=0 來進行實驗。

TB8 發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是要發(fā)送的第9 位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。

RB8 接收數(shù)據(jù)位8，在模式2 和3 是已接收數(shù)據(jù)的第9 位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)標識位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當SM2=0，RB8 是已接收數(shù)據(jù)的停止位。

TI 發(fā)送中斷標識位。在模式0，發(fā)送完第8 位數(shù)據(jù)時，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF 后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)(如中斷打開)，這時TI=1，表明發(fā)送已完成，TI 不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。

RI 接收中斷標識位。在模式0，接收第8 位結(jié)束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI=1，申請中斷，要求CPU 取走數(shù)據(jù)。但在模式1 中，SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個位的，1 位起始位為0,8 位數(shù)據(jù)位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時器1 或定時器2 的定時值(溢出速率)。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有兩個定時器，定時器0 和定時器1，而定時器2是89C52 系列芯片才有的。

波特率 在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。有一些初學(xué)的朋友認為波特率是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，如標準9600 會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節(jié)，而實際上它是指每秒可以傳送9600 個二進位，而一個字節(jié)要8 個二進位，如用串口模式1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10 個二進位，9600 波特率用模式1 傳輸時，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是9600÷10=960 字節(jié)。51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M 的晶振來計算，那么它的波特率可以達到1M。模式2 的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于PCON 寄存器中的SMOD位，如SMOD 為0，波特率為focs/64,SMOD 為1，波特率為focs/32。模式1 和模式3 的波特率是可變的，取決于定時器1 或2(52 芯片)的溢出速率。那么我們怎么去計算這兩個模

式的波特率設(shè)置時相關(guān)的寄存器的值呢?可以用以下的公式去計算。

波特率=(2SMOD÷32)×定時器1 溢出速率

上式中如設(shè)置了PCON 寄存器中的SMOD 位為1 時就可以把波特率提升2 倍。通常會使用定時器1 工作在定時器工作模式2 下，這時定時值中的TL1 做為計數(shù)，TH1 做為自動重裝值 ，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1 的值會自動裝載到TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時更準確。在這個定時模式2 下定時器1 溢出速率的計算公式如下：

溢出速率=(計數(shù)速率)/(256-TH1)

上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51 芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器TH 的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51 芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M 的晶振用在51 芯片上，那么51 的計數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M 晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢?計算一下就知道了。如我們要得到9600 的波特率，晶振為11.0592M 和12M，定時器1 為模式2，SMOD 設(shè)為1，分別看看那所要求的TH1 為何值。代入公式：

11.0592M

9600=(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))

TH1=250

12M

9600=(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1))

TH1≈249.49

上面的計算可以看出使用12M 晶體的時候計算出來的TH1 不為整數(shù)，而TH1 的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600 波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M 的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。