上講介紹并應(yīng)用了單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器和中斷,，并給出了實(shí)例,。這一講將介紹單片機(jī)上的串口通信。通過(guò)該講,，讀者可以掌握單片機(jī)上串口的工作原理和如何通過(guò)程序來(lái)對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置,，并根據(jù)所給出的實(shí)例實(shí)現(xiàn)與PC 機(jī)通信。
一,、原理簡(jiǎn)介
51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工串行接口,。什么叫全雙工串口呢？一般來(lái)說(shuō),，只能接受或只能發(fā)送的稱(chēng)為單工串行,；既可接收又可發(fā)送，但不能同時(shí)進(jìn)行的稱(chēng)為半雙工,；能同時(shí)接收和發(fā)送的串行口稱(chēng)為全雙工串行口,。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送的通信方式，其突出優(yōu)點(diǎn)是只需一根傳輸線,，可大大降低硬件成本,，適合遠(yuǎn)距離通信。其缺點(diǎn)是傳輸速度較低,。
與之前一樣,，首先我們來(lái)了解單片機(jī)串口相關(guān)的寄存器。
SBUF 寄存器：它是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收,、發(fā)送緩沖器,，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù),，可通過(guò)指令對(duì)SBUF 的讀寫(xiě)來(lái)區(qū)別是對(duì)接收緩沖器的操作還是對(duì)發(fā)送緩沖器的操作,。從而控制外部?jī)蓷l獨(dú)立的收發(fā)信號(hào)線RXD（P3.0）、TXD（P3.1）,，同時(shí)發(fā)送,、接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全雙工,。
串行口控制寄存器SCON（見(jiàn)表1） ,。
表1 SCON寄存器
表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下。
SM0 和SM1 ：串行口工作方式控制位,，其定義如表2 所示,。
表2 串行口工作方式控制位
其中，fOSC 為單片機(jī)的時(shí)鐘頻率,；波特率指串行口每秒鐘發(fā)送（或接收）的位數(shù),。
SM2 ：多機(jī)通信控制位。 該僅用于方式2 和方式3 的多機(jī)通信,。其中發(fā)送機(jī)SM2 ＝ 1（需要程序控制設(shè)置）,。接收機(jī)的串行口工作于方式2 或3,，SM2=1 時(shí)，只有當(dāng)接收到第9 位數(shù)據(jù)（RB8）為1 時(shí),，才把接收到的前8 位數(shù)據(jù)送入SBUF,，且置位RI 發(fā)出中斷申請(qǐng)引發(fā)串行接收中斷，否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄,。當(dāng)SM2=0 時(shí),，就不管第位數(shù)據(jù)是0 還是1，都將數(shù)據(jù)送入SBUF,，并置位RI 發(fā)出中斷申請(qǐng),。工作于方式0 時(shí)，SM2 必須為0,。
REN ：串行接收允許位：REN =0 時(shí),，禁止接收；REN =1 時(shí),，允許接收,。
TB8 ：在方式2、3 中,，TB8 是發(fā)送機(jī)要發(fā)送的第9 位數(shù)據(jù),。在多機(jī)通信中它代表傳輸?shù)牡刂坊驍?shù)據(jù),，TB8=0 為數(shù)據(jù),，TB8=1 時(shí)為地址。
RB8 ：在方式2,、3 中,，RB8 是接收機(jī)接收到的第9 位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來(lái)自發(fā)送機(jī)的TB8,，從而識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征,。
TI ：串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)CPU 發(fā)送完一串行數(shù)據(jù)后,，此時(shí)SBUF 寄存器為空,，硬件使TI 置1，請(qǐng)求中斷,。CPU 響應(yīng)中斷后,，由軟件對(duì)TI 清零。
RI ：串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志,。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí),，此時(shí)SBUF 寄存器為滿，硬件使RI 置1,，請(qǐng)求中斷,。CPU 響應(yīng)中斷后,，用軟件對(duì)RI 清零。
電源控制寄存器PCON（見(jiàn)表3） ,。
表3 PCON寄存器
表中各位（從左至右為從高位到低位）含義如下,。
SMOD ：波特率加倍位。SMOD=1,，當(dāng)串行口工作于方式1,、2、3 時(shí),，波特率加倍,。SMOD=0，波特率不變,。
GF1,、GF0 ：通用標(biāo)志位。
PD（PCON.1） ：掉電方式位,。當(dāng)PD=1 時(shí),，進(jìn)入掉電方式。
IDL（PCON.0） ：待機(jī)方式位,。當(dāng)IDL=1 時(shí),，進(jìn)入待機(jī)方式。
另外與串行口相關(guān)的寄存器有前面文章敘述的定時(shí)器相關(guān)寄存器和中斷寄存器,。定時(shí)器寄存器用來(lái)設(shè)定波特率,。中斷允許寄存器IE 中的ES 位也用來(lái)作為串行I/O 中斷允許位。當(dāng)ES ＝ 1,，允許 串行I/O 中斷,；當(dāng)ES ＝ 0，禁止串行I/O 中斷,。中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP的PS 位則用作串行I/O 中斷優(yōu)先級(jí)控制位,。當(dāng)PS=1，設(shè)定為高優(yōu)先級(jí),；當(dāng)PS =0,，設(shè)定為低優(yōu)先級(jí)。
波特率計(jì)算：在了解了串行口相關(guān)的寄存器之后,，我們可得出其通信波特率的一些結(jié)論：
?、?方式0 和方式2 的波特率是固定的。
在方式0 中,， 波特率為時(shí)鐘頻率的1/12,， 即fOSC/12，固定不變,。
在方式2 中,，波特率取決于PCON 中的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。
?、?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(mén),，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(xiě)為：
二,、電路詳解
下面就對(duì)圖1 所示電路進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1 串行通信實(shí)驗(yàn)電路圖
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(guò),，在此不再敘述。我們重點(diǎn)來(lái)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(lái)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,。可能有些讀者會(huì)問(wèn),，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荆辽儆?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T(mén)TL,，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(wèn)題,。一般來(lái)說(shuō),，可以選擇一些專(zhuān)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(chǎng)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(jiàn)圖2）,。
圖2 DB-9連接器接口圖
其各管腳定義如下（見(jiàn)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：
?。 nclude “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(shuō)明：
?。?）頭文件包含,。
（2）聲明串口初始化程序,。
?。?）設(shè)置定時(shí)器1 工作在模式2，自動(dòng)裝載初值（詳見(jiàn)第二講）,。
?。?）SMOD 位清0，波特率不加倍,。
?。?）串行口工作在方式1，并允許接收,。
?。?）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。
?。?）啟動(dòng)定時(shí)器,。
（9）主函數(shù),。
?。?0）定義一個(gè)字符型變量。
?。?1）初始化串口,。
（12）死循環(huán),。
?。?3）如果接收到數(shù)據(jù)。
?。?4）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,。
?。?6）對(duì)接收標(biāo)志位清0，準(zhǔn)備再次接收,。
?。?7）將接收到的數(shù)據(jù)又發(fā)送出去。
?。?8）查詢(xún)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(guò)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(kāi)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(guò)串口調(diào)試助手往單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（見(jiàn)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(kāi)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(kāi)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(guò)觀察板子P0 口上的對(duì)應(yīng)的LED 指示出來(lái),。
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(guò)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(lái)說(shuō),，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(kāi)發(fā)。因此希望讀者能夠自己靈活應(yīng)用串口通信到自己的實(shí)際開(kāi)發(fā)當(dāng)中,，至此,，51 單片機(jī)內(nèi)部資源講述得差不多了，從下講開(kāi)始,，將要介紹單片機(jī)外圍電路,。下講將講述單片機(jī)外接按鍵的原理與實(shí)例，敬請(qǐng)期待,。