(三)：單片機串口通訊執行個體

 

一、原理簡介

　　51 單片機內部有一個全雙工系統串列介面。什麼叫全雙工系統串口呢？一般來說，只能接受或只能發送的稱為單工串列；既可接收又可發送，但不能同時進行的稱為半雙工；能同時接收和發送的串列口稱為全雙工系統串列口。串列通訊是指資料一位一位地按順序傳送的通訊方式，其突出優點是只需一根傳輸線，可大大降低硬體成本，適合遠距離通訊。其缺點是傳輸速度較低。

　　與之前一樣，首先我們來瞭解單片機串口相關的寄存器。

　　SBUF 寄存器：它是兩個在物理上獨立的接收、發送緩衝器，可同時發送、接收資料，可通過指令對SBUF 的讀寫來區別是對接收緩衝器的操作還是對發送緩衝器的操作。從而控制外部兩條獨立的收發訊號線RXD（P3.0）、TXD（P3.1），同時發送、接收資料，實現全雙工系統。

　　串列口控制寄存器SCON（見表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 ：串列口工作方式控制位，其定義如表2 所示。

表2 串列口工作方式控制位

　　其中，fOSC 為單片機的時鐘頻率；傳輸速率指串列口每秒鐘發送（或接收）的位元。

　　SM2 ：多機通訊控制位。 該僅用於方式2 和方式3 的多機通訊。其中發送機SM2 ＝ 1（需要程式控制設定）。接收機的串列口工作於方式2 或3，SM2=1 時，只有當接收到第9 位元據（RB8）為1 時，才把接收到的前8 位元據送入SBUF，且置位RI 發出中斷申請引發串列接收中斷，否則會將接受到的資料放棄。當SM2=0 時，就不管第位元據是0 還是1，都將資料送入SBUF，共置位RI 發出中斷申請。工作於方式0 時，SM2 必須為0。

　　REN ：串列接收允許位：REN =0 時，禁止接收；REN =1 時，允許接收。

　　TB8 ：在方式2、3 中，TB8 是發送機要發送的第9 位元據。在多機通訊中它代表傳輸的地址或資料，TB8=0 為資料，TB8=1 時為地址。

　　RB8 ：在方式2、3 中，RB8 是接收機接收到的第9 位元據，該資料正好來自發送機的TB8，從而識別接收到的資料特徵。

　　TI ：串列口發送插斷要求標誌。當CPU 發送完一串列資料後，此時SBUF 寄存器為空白，硬體使TI 置1，請求中斷。CPU 響應中斷後，由軟體對TI 清零。

　　RI ：串列口接收插斷要求標誌。當串列口接收完一幀串列資料時，此時SBUF 寄存器為滿，硬體使RI 置1，請求中斷。CPU 響應中斷後，用軟體對RI 清零。

　　電源控制寄存器PCON（見表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 ：傳輸速率加倍位。SMOD=1，當串列口工作於方式1、2、3 時，傳輸速率加倍。SMOD=0，傳輸速率不變。

　　GF1、GF0 ：通用標誌位。

　　PD（PCON.1） ：掉電方式位。當PD=1 時，進入掉電方式。

　　IDL（PCON.0） ：待機方式位。當IDL=1 時，進入待機方式。

　　另外與串列口相關的寄存器有前面文章敘述的定時器相關寄存器和中斷寄存器。定時器寄存器用來設定傳輸速率。中斷允許寄存器IE 中的ES 位也用來作為串列I/O 中斷允許位。當ES ＝ 1，允許 串列I/O 中斷；當ES ＝ 0，禁止串列I/O 中斷。中斷優先順序寄存器IP的PS 位則用作串列I/O 中斷優先順序控制位。當PS=1，設定為高優先順序；當PS =0，設定為低優先順序。

　　傳輸速率計算：在瞭解了串列口相關的寄存器之後，我們可得出其通訊傳輸速率的一些結論：

　　① 方式0 和方式2 的傳輸速率是固定的。

　　在方式0 中， 傳輸速率為時鐘頻率的1/12， 即fOSC/12，固定不變。

　　在方式2 中，傳輸速率取決於PCON 中的SMOD 值，即傳輸速率為：

　　當SMOD=0 時，傳輸速率為fosc/64 ；當SMOD=1 時，傳輸速率為fosc/32。

　　② 方式1 和方式3 的傳輸速率可變，由定時器1 的溢出率決定。

　　當定時器T1 用作傳輸速率發生器時，通常選用定時初值自動重裝的工作方式2（ 注意：不要把定時器的工作方式與串列口的工作方式搞混淆了）。其計數結構為8
位，假定計數初值為Count，單片機的機器周期為T，則定時時間為（256 ?Count）×T 。從而在1s內發生溢出的次數（即溢出率）可由公式（1）所示：

　　從而傳輸速率的計算公式由公式（2）所示：

　　在實際應用時，通常是先確定傳輸速率，後根據傳輸速率求T1 定時初值，因此式（2）又可寫為：

二、電路詳解

　　下面就對圖1 所示電路進行詳細說明。

圖1 串列通訊實驗電路圖

　　最小系統部分（時鐘電路、複位電路等）第一講已經講過，在此不再敘述。我們重點來瞭解下與電腦通訊的RS-232 介面電路。可以看到，在電路圖中，有TXD 和RXD 兩個接收和發送指示狀態燈，此外用了一個叫MAX3232 的晶片，那它是用來實現什麼的呢？首先我們要知道電腦上的串口是具有RS-232 標準的串列介面，而RS-232 的標準中定義了其電氣特性：高電平“1”訊號電壓的範圍為-15V~-3V，低電平“0”

　　訊號電壓的範圍為+3V~+15V。可能有些讀者會問，它為什麼要以這樣的電氣特性呢？這是因為高低電平用相反的電壓表示，至少有6V 的壓差，非常好的提高了資料轉送的可靠性。由於單片機的管腳電平為TTL，單片機與RS-232 標準的串列口進行通訊時，首先要解決的便是電平轉換的問題。一般來說，可以選擇一些專業的整合電路晶片，中的MAX3232。MAX3232
晶片內部整合了電壓倍增電路，單電源供電即可完成電平轉換，而且工作電壓寬，3V~5.5V 間均能正常工作。其典型應用中所示，其外圍所接的電容對傳輸速率有影響，在實驗套件中採用的是0.1μF。

　　值得一提的是MAX3232 晶片擁有兩對電平轉換線路，圖中只用了一路，因此浪費了另一路，在一些場合可以將兩路並聯以獲得較強的驅動抗幹擾能力。此外，我們有必要瞭解圖中與電腦相連的DB-9 型RS-232的引腳結構（見圖2）。

圖2 DB-9連接器介面圖

　　其各管腳定義如下（見表4）。

表4 DB-9型介面管腳定義

　　三、程式設計

　　本講設計執行個體程式如下：

　　#include "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）

　　程式詳細說明：

　　（1）標頭檔包含。

　　（2）聲明串口初始化程式。

　　（3）設定定時器1 工作在模式2，自動裝載初值（詳見第二講）。

　　（4）SMOD 位清0，傳輸速率不加倍。

　　（5）串列口工作在方式1，並允許接收。

　　（6）定時器1 高8 位賦初值。傳輸速率為1200b/s（7）定時器1 低8 位賦初值。

　　（8）啟動定時器。

　　（9）主函數。

　　（10）定義一個字元型變數。

　　（11）初始化串口。

　　（12）死迴圈。

　　（13）如果接收到資料。

　　（14）將接收到的資料賦給之前定義的變數。

　　（15）將接收到的值輸出到P0 口。

　　（16）對接收標誌位清0，準備再次接收。

　　（17）將接收到的資料又發送出去。

　　（18）查詢是否發送完畢。

　　（19）對發送標誌位清0。

　　四、調試要點與實驗現象

　　接好硬體，通過冷啟動方式將程式所產生的。hex檔案下載到單片機運行後，開啟串口調試助手軟體，設定好傳輸速率1200，複位單片機，然後在通過串口調試助手往單片機發送資料（見圖3），可以觀察到在接收視窗有發送的資料顯示，此外電路板上的串列通訊指示燈也會閃爍，P0 口所接到LED 燈會閃爍所接收到的資料。

圖3 串口軟體調試介面

　　另外串口調試助手軟體使用時應注意的是，如果單片機開發板採用串口下載而且和串口調試助手是使用同一串口，則在開啟串口軟體的同時不能給單片機下載程式，如需要下載，請首先點擊“關閉串口”，做發送實驗的時候，注意如果選中16 進位發送的就是數字或者字母的16 進位數值，比如發送“0”，實際接收的就應該是0x00，如果不選中，預設發送的是ASCII 碼值，此時發送“0”，實際接收的就應該是0x30，這點可以通過觀察板子P0 口上的對應的LED
指示出來。

　　五、總結

　　本講介紹了單片機串口通訊的原理並給出了執行個體，通過該講，讀者可以瞭解和掌握51 單片機串口通訊的原理與應用流程，利用串口通訊，單片機可以與電腦相連，也可以單片機互聯或者多個單片機相互連信組網等，在實際的工程應用中非常廣泛。從學習的角度來說，熟練的利用串口將單片機系統中的相關資訊顯示在電腦上可以很直觀方便的進行調試和開發。因此希望讀者能夠自己靈活應用串口通訊到自己的實際開發當中，至此，51 單片機內部資源講述得差不多了，從下講開始，將要介紹單片機外圍電路。下講將講述單片機外接按鍵的原理與執行個體，敬請期待。