STC51从入门到精通（汇编）~~~ 第八讲：串行通信技术

8.1 80C51单片机串行通信技术的特点

80C51单片机具有一个全双工串行通信接口，即能同时进行串行发送和接收。

可以作UART(通用异步接收和发送器)用

可以作同步位移寄存器用。

可以实现点对点的单机通信、多机通信和80C51与系统机的单机或多机通信。

8.2 串行通信基本知识

8.2.1 数据通信

通信方式有两种，即并行通信和串行通信：

并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。其优点是传送速度快；缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。

串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。它的突出优点是只需一对传输线(利用电话线就可作为传送线)，这样就大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信；其缺点是传送速度较低。

8.2.2 串行通信的传输方式

单工(或单向)配置，只允许数据向一个方向传送；

半双工(或半双向)配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个发送，一个接收；

全双工(全双向)配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。

8.2.3 异步通信和同步通信

1、异步通信

帧格式：一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。

起始位（0）：占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达。

数据位：5～8位数据（规定低位在前，高位在后）

奇偶校验位（可省略）：也可用来确定一帧中的字符所代表信息的性质(地址／数据等)。

停止位（1）：停止位用来表征字符的结束。停止位可以是1位、1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕 

2、同步通信

3、波特率

1、波特率的定义是每秒钟传送二进制数码的位数(亦称比特数)，单位是b/s。

2、假设数据传送速率是120字符/s，而每个字符格式包含10个代码（1个起始位、1个终止位、8个数据位）。这时，传送的波特率为

（10b／字符）×120字符／s = 1200 b／s

8.3 串行接口的组成和特性

8.3.1 串行口的结构

组成：两个物理上独立的串行数据缓冲寄存SBUF、发送控制器、接收控制器、输入移位寄存器和输出控制门。

发送缓冲寄存器SBUF只能写，不能读；

接收缓冲寄存器SBUF只能读，不能写。

两个缓冲寄存器共用一个地址99H，可以用读/写指令区分。

串行发送时，通过“MOV SBUF，A”写指令，写入发送SBUF(99H)，再由TxD一位一位地向外发送；

串行接收时，RxD一位一位地接收数据，直到收到一个完整的字符数据后通知CPU，再通过“MOV  A，SBUF”读指令，CPU从接收SBUF(99H)读出数据，送到累加器A中。

8.3.2 串行口控制器及控制寄存器

1、串行口控制寄存器SCON(98H)

SM0、SM1：串行口工作方式控制位，两位对应四种工作方式，如下表所示（fosc是晶振频率）。

8.4  串行通信接口的工作方式

8.4.1 工作方式0

当SM0 SM1=00时，串行接口选择工作方式0，为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展I/O口。串行数据通过RXD输入或输出，而TXD用于输出移位时钟，作为外接部件的同步信号。发送或接收的是8位数据(低位在前，高位在后)。

8.4.2 工作方式1

工作方式1，SM0 SMl= 01，为可变波特率的8位异步通信方式。

发送数据由TXD端输出，接收数据由RXD端输入。

方式1以10位为一帧传输，设有1个起始位(0)，8个数据位和1个停止位(1)。其帧格式起始位（0），8个数据位和1个停止位（1）。

8.4.3 工作方式2和工作方式3

SM1 SM0= 10，串行接口选择工作方式2，

SM1 SM0= 11，串行接口选择工作方式3。

方式2或方式3是一个9位的异步串行通信接口，TXD为数据发送端，RXD为数据接收端。

方式2的波特率固定为fosc/64或fosc/32，

方式3的波特率由定时器T1或T2 (80C52)的溢出率所确定。

方式2和方式3以11位为1帧传输，设有1个起始位(0)，8个数据位，1个附加第9位和1个停止位(1)。

8.5  波特率设计

8.5.1 波特率的计算方法

1. 方式0波特率

方式0波特率 = fosc ／12

若振荡器频率fosc = 12MHz，则波=fosc/12=12MHz/12=1MHz/s，即1μs移位一次。

2. 方式2波特率

方式2波特率 = (2^SMOD/64) × fosc

SMOD为0时，波特率等于振荡器频率的1/64；SMOD为1时，波特率等于振荡器频率的1/32。

3. 方式1和方式3的波特率

串行口方式1和方式3的波特率由定时器T1或T2(89C52等单片机)的溢出率和SMOD所确定。

8.5.2 波特率的产生  

1. 用定时器T1产生波特率

方式1和方式3波特率 =(2^SMOD/32) ×(T1溢出率)

溢出周期 =12／振荡器频率×(256－X)

溢出率为溢出周期的倒数，所以有

波特率 = 2^SMOD ×振荡器频率／[32×12×(256－X)]

定时器T1在工作方式2时的初值为

X = 256 － fosc×(SMOD＋1)/(384×波特率)

8.6 C语言程序示例

/*******************************************************************************

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【平    台】STC89C51_sumjess平台

【编    写】sumjess

【E-mail  】1371129880@qq.com

【软件版本】V2.0

【最后更新】2019年06月10日

【相关信息参考下列地址】

【网    站】

           https://blog.csdn.net/qq_38351824

           http://www.51hei.com/bbs/mcu-2-1.html

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【dev.env.】MDK4.02及以上版本

【Target  】STC89C51

第一次修订：2019/05/09

第二次修订：2019/05/21

第三次修订：2019/06/10

【problem 】

    （1）库内补充的不全面；

    （2）库内解释部分不全面；

    （3）库内还存在一定的bug；

【direction】

      下一步的目标就是把库继续集成！

【explain 】

      为了方便使用，我也自己写了很多的库，和优化了算法和表示方式！

【warning】

      目前程序中暂无错误 ！   

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没有完美的代码，只有不断的奉献，大家一起努力；

赠人玫瑰手留余香，欢迎大家反馈bug！

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********************************************************************************/

#include //编译器自带的库用 < > 编译器包含C52的定义

#include 'UART_Sum.h'

//

//STC51只有一个串口 RXD---P3.0   TXD---P3.1

//

/*以下为四种波特率的计算公式：

//

//方式0的波特率 = f(osc)/12

//方式1的波特率 = 2^(SMOD)/32 x (T1溢出率)

//方式2的波特率 = 2^(SMOD)/64 x f(osc)

//方式3的波特率 = 2^(SMOD)/32 x (T1溢出率)

//

//式中f(osc)为系统晶振频率，通常为12MHz或11.0592MHz；SMOD是PCON寄存器的最高位- SMOD=0；串口方式1，2，3时，波特率正常。SMOD=1；串口方式1，2，3时，波特率加倍。

//   T1溢出率即定时器T1溢出的频率-只要算出T1定时器

//每溢出一次所需的时间T，那么T的倒数1/T就是他的溢出率。

//只有定时器2可以减少由于时间上带来的误差，因为方式二可以自动装载 */

//   在在具体操作串行口之前，需要对单片机的一些与串口有关的特殊寄存器做初始化设置，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制，具体步骤如下：

//   一、确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）;

//   二、计算T1的初值，装载TH1,TL1;

//   三、启动T1（编程TCON中的TR1位）；

//   四、确定串行口工作方式（编程SCON寄存器）；

//   五、串行口工作在中断方式时，要进行中断设置（编程IE,IP寄存器）。

//                               常用波特率初值表

//

//波特率 晶振      初值 误差（%） 晶振       初值      误差（12MHz晶振）（%）

//（bps） （MHz） (SMOD=0) (SMOD=1) （MHz）(SMOD=0) (SMOD=1) (SMOD=0) (SMOD=1)

//300     11.0592 0xA0   0X40      0       12 0X98   0X30       0.16       0.16

//600   11.0592 0XD0   0XA0      0       12 0XCC   0X98       0.16       0.16

//1200   11.0592 0XE8   0XD0      0       12 0XE6   0XCC       0.16       0.16

//1800   11.0592 0XF0   0XE0      0       12 0XEF   0XDD       2.12       -0.79

//2400   11.0592 0XF4   0XE8      0       12 0XF3   0XE6       0.16       0.16

//3600   11.0592 0XF8    0XF0      0       12 0XF7   0XEF       -3.55       2.12

//4800   11.0592 0XFA   0XF4      0       12 0XF9   0XF3       -6.99       0.16

//7200   11.0592 0XFC   0XF8      0       12 0XFC   0XF7       8.51       -3.55

//9600   11.0592 0XFD   0XFA      0       12 0XFD   0XF9       8.51       -6.99

//14400   11.0592 0XFE   0XFC      0       12 0XFE   0XFC       8.51       8.51

//19200   11.0592 ——       0XFD      0       12   ——   0XFD       ——       8.51

//28800   11.0592 0XFF   0XFE      0       12 0XFF   0XFE       8.51       8.51

/*

  方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入／输出方式，主要用于扩展并行输入或输出口。

  ！！！注意！！！串行口工作模式0并不是一个同步串口通信方式，他主要用途是与外面的同步移位寄存器相连。 具体见本篇程序下文件夹的word

  数据由RXD(P3.0)引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD(P3.1)引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。

  方式0的波特率 = f(osc)/12    

*/

void Init_UART_0(void)          //使用方式1  ---  1次中断为5ms，200次为1s

{

SCON=0; //设置T1定时器工作方式2

EA=1; //开总中断

ES=1; //开串口中断

TI=0;

}

#if 0

/配合主函数定时使用示例

输出波形///

void main()

{   

    Init_UART_0();

while(1)

{

SBUF=0xaa;    //发送接收到的数据

delay(1);

}

}

void serial() interrupt 4

{

  TI=0;

}

#endif

/*

  方式1的波特率 = 2^(SMOD)/32 x (T1溢出率)

  方式1是10位数据的异步通信口，其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。

  TXD(P3.1)为数据发送引脚，RXD(P3.0)为数据接收引脚。

  其传输波特率是可变的，对于51单片机，波特率由定时器1的溢出率决定。

  通常我们在做单片机与单片机串口通信、单片机与计算机串口通信、计算机与计算机串口通信时，基本都选择方式1，因此这种方式大家务必要完全掌握。    

*/

void Init_UART_1(void)          //使用方式1  ---  1次中断为5ms，200次为1s

{

TMOD=0x20; //设置T1定时器工作方式2

TH1=0xfd;         //T1定时器装初值

TL1=0xfd; //T1定时器装初值

TR1=1; //启动T1定时器

REN=1; //允许串口接收

SM0=0; //设定串口工作方式1

SM1=1; //设定串口工作方式1

EA=1; //开总中断

ES=1; //开串口中断

}

#if 0

//如果不使用可不写中断服务函数/

/配合主函数定时使用示例

//收到什么发什么///

uchar b=0,flag=0;

void main()

{   

    Init_UART_1();

while(1)

{

if(flag==1)

{

ES=0;    //发送数据时，关串口中断

flag=0;    //清除标志位

SBUF=b;    //发送接收到的数据

while(!TI);//直到发送完毕，发送结束TI为1

TI=0;    //置0，准备下一次发送

ES=1;    //开启串口中断

}

}

}

void serial() interrupt 4

{

b=SBUF; //赋值，读取接收到的数据

flag=1; //写入标志位

RI=0; //置0等待下次中断

}

#endif

/*

方式2,3都为11位数据的异步通信口。

TXD(P3.1)为数据发送引脚，RXD(P3.0)为数据接收引脚。

这两种方式下，起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TBS,接收时为RBS),停止位1位，一帧数据为11位。

方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32,方式3的波特率由定时器Tl的溢出率决定。

方式2和方式3的差别仅在于波特率的选取方式不同，在两种方式下，接收到的停止位与SBUF,RBS及RI都无关。

方式2的波特率 = 2^(SMOD)/64 x f(osc)

*/

void Init_UART_2(void)          //使用方式2  --- 具体情况时，需修改

{

       SCON = 0x50;   //REN=1允许串行接受状态，串口工作模式2  (1010 0000)   SM0 SM1 SM2 REN   

       TMOD|= 0x20;   //定时器工作方式2                      

       PCON|= 0x80;   //波特率提高一倍                                                   

       TH1 = 0xF4;    //波特率2400、数据位8、停止位1。效验位无 (12M)

       TL1 = 0xF4;   //因为 PCON|= 0x80; 波特率提高一倍为4800

       TR1 = 1;       //开启定时器1                                                     

       ES  = 0;       //开串口中断                 

       EA  = 0;       // 开总中断

}

#if 0

void main()

{   

    Init_UART_2();

while(1)

{

SBUF=0x01;    //发送接收到的数据

delay(1);

}

}

void serial() interrupt 4

{

  TI=0;

}

#endif

/*

方式2,3都为11位数据的异步通信口。

TXD(P3.1)为数据发送引脚，RXD(P3.0)为数据接收引脚。

这两种方式下，起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位，发送时为SCON中的TBS,接收时为RBS),停止位1位，一帧数据为11位。

方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32,方式3的波特率由定时器Tl的溢出率决定。

方式2和方式3的差别仅在于波特率的选取方式不同，在两种方式下，接收到的停止位与SBUF,RBS及RI都无关。

方式2的波特率 = 2^(SMOD)/64 x f(osc)

*/

void Init_UART_3(void)          //使用方式3  ---  具体情况时，需修改

{

    TMOD = 0x20;      // 定时器1  方式 2

SM0=1;   // 设定串口工作方式3

SM1=1;   // 设定串口工作方式3

    TH1   = 0XFD;     // 定时器1初值

    TL1   = 0XFD;     // 定时器1初值

EA=1;   // 开总中断

    ES    = 1;        // 串口中断

    TR1   = 1;        // 开启定时器1

TI=0;   //置0，准备下一次发送

}

#if 0

void main()

{   

    Init_UART_3();

while(1)

{

SBUF=0xaa;    //发送接收到的数据

delay(1);

}

}

void serial() interrupt 4

{

  TI=0;

}

#endif