單片機串口必備基礎知識

你想熟悉單片機，那必須先看看單片機的結構和特殊寄存器，這是你編寫軟件的關鍵。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 數據緩沖寄存器 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“為何在串行口收發中，都只是使用到同一個寄存器SBUF?而不是收發各用一個寄存器。”實際上SBUF 包含了兩個獨立的寄存器，一個是發送寄存，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，數據沒有被取走，下一幀數據已到來，而造成的數據重疊問題。發送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發送程序時也不必用到發送中斷去外理發送數據。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，只要把這個99H 地址用關鍵字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 通常在芯片或設備中為了監視或控制接口狀態，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，作用就是監視和控制51 芯片串行口的工作狀態。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置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置。

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 發送數據位8，在模式2 和3 是要發送的第9 位。該位可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于表示是地址幀還是數據幀。

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

TI 發送中斷標識位。在模式0，發送完第8 位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申請中斷，CPU 響應中斷后，發送下一幀數據。在任何模式下，TI 都必須由軟件來清除，也就是說在數據寫入到SBUF 后，硬件發送數據，中斷響應(如中斷打開)，這時TI=1，表明發送已完成，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 取走數據。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 位數據位，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可以傳輸的波特位數。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸的字節數，如標準9600 會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節，而實際上它是指每秒可以傳送9600 個二進位，而一個字節要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，每個數據字節就要占用10 個二進位，9600 波特率用模式1 傳輸時，每秒傳輸的字節數是9600÷10=960 字節。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

式的波特率設置時相關的寄存器的值呢?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，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，這樣可以不用軟件去干預，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=(計數速率)/(256-TH1)

上式中的“計數速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，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，而TH1 的值只能取整數，這樣它就會有一定的誤差存在不能產生精確的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。