MCS-51的串列通信口

admin @ 2014-03-14 , reply:0

MCS-51單片機內部有一個全雙工的串列通信口,即串列接收和發送緩衝器(SBUF),這兩個在物理上獨立的接收發送器,既可以接收數據也可以發送數據。但接收緩衝器只能讀出不能寫入,而發送緩衝器則只能寫入不能讀出,它們的地址為99H。這個通信口既可以用於網路通信,亦可實現串列非同步通信,還可以構成同步移位寄存器使用。如果在傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉換器,就可方便地構成標準的RS-232介面。下面我們分別介紹。

    [1]. 基本概念

    數據通信的傳輸方式
    常用於數據通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。

    單工方式:數據僅按一個固定方向傳送。因而這種傳輸方式的用途有限,常用於串列口的列印數據傳輸與簡單系統間的數據採集。

    半雙工方式:數據可實現雙向傳送,但不能同時進行,實際的應用採用某種協議實現收/發開關轉換。

    全雙工方式:允許雙方同時進行數據雙向傳送,但一般全雙工傳輸方式的線路和設備較複雜。

    多工方式:以上三種傳輸方式都是用同一線路傳輸一種頻率信號,為了充分地利用線路資源,可通過使用多路復用器或多路集線器,採用頻分、時分或碼分復用技術,即可實現在同一線路上資源共享功能,我們盛之為多工傳輸方式。


    串列數據通信兩種形式
    非同步通信
    在這種通信方式中,接收器和發送器有各自的時鐘,它們的工作是非同步的,非同步通信用一幀來表示一個字元,其內容如下:一個起始位,僅接著是若干個數據位,圖2是傳輸45H的數據格式。

    同步通信
    同步通信格式中,發送器和接收器由同一個時鐘源控制,為了克服在非同步通信中,每傳輸一幀字元都必須加上起始位和停止位,佔用了傳輸時間,在要求傳送數據量較大的場合,速度就慢得多。同步傳輸方式去掉了這些起始位和停止位,只在傳輸數據塊時先送出一個同步頭(字元)標誌即可。

    同步傳輸方式比非同步傳輸方式速度快,這是它的優勢。但同步傳輸方式也有其缺點,即它必須要用一個時鐘來協調收發器的工作,所以它的設備也較複雜。
    串列數據通信的傳輸速率
    串列數據傳輸速率有兩個概念,即每秒轉送的位數bps(Bit per second)和每秒符號數—波特率(Band rate),在具有數據機的通信中,波特率與調製速率有關。

    [2]. MCS-51的串列口和控制寄存器

    串列口控制寄存器
 
    MCS-51單片機串列口寄存器結構如圖3所示。SBUF為串列口的收發緩衝器,它是一個可定址的專用寄存器,其中包含了接收器和發送器寄存器,可以實現全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址(99H)。MCS-51的串列數據傳輸很簡單,只要向發送緩衝器寫入數據即可發送數據。而從接收緩衝器讀出數據即可接收數據。

    此外,從圖中可看出,接收緩衝器前還加上一級輸入移位寄存器,MCS-51這種結構目的在於接收數據時避免發生數據幀重疊現象,以免出錯,部分文獻稱這種結構為雙緩衝器結構。而發送數據時就不需要這樣設置,因為發送時,CPU是主動的,不可能出現這種現象。
    串列通信控制寄存器
    在上一節我們已經分析了SCON控制寄存器,它是一個可定址的專用寄存器,用於串列數據的通信控制,單元地址是98H,其結構格式如下:

  表1  SCON寄存器結構
SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
位地址 9FH 9EH 8DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H
    下面我們對各控制位功能介紹如下:
    (1).SM0、SM1:串列口工作方式控制位。
        SM0,SM1    工作方式
            00      方式0
            01      方式1
            10      方式2
            11      方式3


    (2).SM2:多機通信控制位。
    多機通信是工作於方式2和方式3,SM2位主要用於方式2和方式3。接收狀態,當串列口工作於方式2或3,以及SM2=1時,只有當接收到第9位數據(RB8)為1時,才把接收到的前8位數據送入SBUF,且置位RI發出中斷申請,否則會將接受到的數據放棄。當SM2=0時,就不管第位數據是0還是1,都難得數據送入SBUF,併發出中斷申請。
    工作於方式0時,SM2必須為0。


    (3).REN:允許接收位。
    REN用於控制數據接收的允許和禁止,REN=1時,允許接收,REN=0時,禁止接收。

    (4).TB8:發送接收數據位8。
    在方式2和方式3中,TB8是要發送的——即第9位數據位。在多機通信中同樣亦要傳輸這一位,並且它代表傳輸的地址還是數據,TB8=0為數據,TB8=1時為地址。

    (5).RB8:接收數據位8。
    在方式2和方式3中,RB8存放接收到的第9位數據,用以識別接收到的數據特徵。

    (6).TI:發送中斷標誌位。
    可定址標誌位。方式0時,發送完第8位數據后,由硬體置位,其它方式下,在發送或停止位之前由硬體置位,因此,TI=1表示幀發送結束,TI可由軟體清“0”。

    (7).RI:接收中斷標誌位。
    可定址標誌位。接收完第8位數據后,該位由硬體置位,在其他工作方式下,該位由硬體置位,RI=1表示幀接收完成。

 
    電源管理寄存器PCON
    PCON主要是為CHMOS型單片機的電源控制而設置的專用寄存器,單元地址是87H,其結構格式如下:

  表2  PCON電源管理寄存器結構
PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
位符號 SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL
    在CHMOS型單片機中,除SMOD位外,其他位均為虛設的,SMOD是串列口波特率倍增位,當SMOD=1時,串列口波特率加倍。系統複位默認為SMOD=0。

    中斷允許寄存器IE
    中斷允許寄存器在前一節中已闡述,這裡重述一下對串列口有影響的位ES。ES為串列中斷允許控制位,ES=1允許串列中斷,ES=0,禁止串列中斷。

  表3  IE中斷允許控制寄存器結構
位符號 EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0
位地址 AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8H



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