单片机串口总结

51单片机串口总结

有句话说“尽信书不如无书”，要学好单片机就要不断的、大胆的实验，要多怀疑，即使我们的怀疑最终被证明是错误的那么这也是进步（人们认识事物很多情况下来源于怀疑），当怀疑出现时就要去实践。有很多东西如果不通过实践是不可能掌握其中隐藏的奥秘，就拿51单片机串口通讯这一块，我认为掌握很好了，可以很轻松的实现数据的接收、发送，但这段时间当我重新学习串口时，我才发现里面还有很多小细节从没注意，更别说研究了。对于接收发送程序永远是按照别人的模式来编写程序，并没有真真正正的挖掘深层次的内容。我身边太多的人在临摹别人的程序，当然我不反对，但是希望自己多问几个问什么，单纯的会编程是学不好单片机的，毕竟单片机有自己独特的硬件结构。

开讲之前先简要说一下同步、异步通信：

同步通信：发送方时钟对接收方时钟控制，使双方达到完全同步。

异步通信：发送与接受设备使用各自的时钟控制数据的发送和接受过程（虽然时钟不同，但一般相差不大）。

51单片机串行口结构

从上图中我们看到，51单片机有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们共用同一个地址99H,但是请注意：接收缓冲器只能读而不能写，发送缓冲器只写不读。单片机可以同时实现数据的发送与接收功能。

特别注意：接收器是双缓冲结构：当前一个字节从接收缓冲区取走之前，就已经开始接收第

二个字节（串行输入至移位寄存器），此时如果在第二个字节接收完毕而前一个字节还未被读走，那么就会丢失前一个字节。

51单片机串口控制寄存器

关于51单片机的控制寄存器各个位表示的含义在这里我只谈SM2。

SM2为多机控制位，主要用于工作方式2和3，当接收机的SM2=1时，可以利用接收到的RB8来控制是否激活RI(RB8=0不激活RI，收到的数据丢失；RB8=1时收到的数据进入SBUF,并激活RI ,进而在中断服务程序中将数据从SBUF中读走)。当SM2=0时，不论收到的RB8为何值都将使接收到的数据进入SBUF,,并激活RI,通过控制SM2实现多机通信。

51单片机串口通讯方式

51串口通讯方式有3种，方式0、方式1、方式2与方式3，他们的工作模式不尽相同。

首先他们的波特率很容易忽视。方式0与方式2的波特率固定，而方式1和3的波特率由T1的溢出率决定。

方式0的波特率=f/12 系统晶振的12分频，换句话说12M晶振的情况下，其波特率可达1M,速度是很高的（当我们在选用串行器件并采用方式0时需要特别注意器件所能允许的最大时钟频率）。

方式2 =f/64或f/32（当SMOD=1时为f/32，SMOD=0时为f/64）。

曾经我用方式2进行MODBUS通信时，总是通讯失败，我仔细检查程序，没有发现逻辑错误，特别是当我参考别人的程序时，发现很少有人用方式2进行MODBUS通讯，所以当时自己妄下结论51单片机的串行方式2不可用，直到有一天夜里我突然想起方式2的波特率是固定的，试想晶振11.0592M/32或11.0592M/64怎么也不可能是9600啊，怎么可能通信成功。这才恍然大悟，看来还是自己太武断了，没有认真看书啊。有时我们认为我们犯这样的错误很低级，其实我们很多次都是因为这样的小细节导致我们整个系统不正常，正所谓“千里之堤毁于蚁穴”，这些细节真的伤不起啊。

方式1、3波特率=(2smod/32)*T1的溢出率，其中TI的溢出率=f/{12*[256-(TH1)]}.

关于3种通讯方式其中有几点特别容易出错：

1、无论采用哪种通讯方式，数据发送和接受都是低位在先，高位在后。

2 、3种方式作为输出，由于输出是CPU主动发送，不会产生重叠错误，当数据写入SBUF 后，发送便启动（通过单片机内部逻辑控制，与程序无关），当该字节发送结束（SBUF空），

置TI。不要理解为当数据一写入SBUF就置位TI，如果中断允许则在中断中发送数据，这就大错特错了。

3 同样作为输入，可能会产生重叠错误（主要依赖于特定的环境），当一个字节的数据接收完毕（SBUF满）置位RI,表示缓冲区有数据提示CPU读取。

接下来通过一些实验具体说明串口通信中需要注意的地方

1 方式0输出

方式0主要功能是作为移位寄存器，将数据从SBUF中逐位移出，最常见的用法就是外接串入并出的移位寄存器，如74LS164。之前在做这一部分实验时总是利用单片机I/O端口模拟实现，现在想想在串口未被占用的情况下，方式0是最好的实现方式。

利用串口方式0，向74LS164输出字符“0”的编码，程序如下：

该程序采用了中断方式实现，结果是通过74LS164使数码管显示“0”。

实验结果如下：

这里我说明几点：

1 如果采用查询方式，并且只发送一遍，那么程序最后的while(1);不可以省略，否则会出现数码管闪烁的现象（在KEIL环境下，main()函数也是作为一个调用函数，最后也有返回RET,它不像C中的main()函数，当执行完毕后就停止，而是重新复位执行，如此反复，这一点要特别注意）

这是查询方式下不加while(1);的现实效果

2 如果采用中断方式发送，请记得中断中清除TI,仅仅是为了解除中断标志，而不是等待发送结束，因为此时数据早已离开了SBUF跑到外边去了。

3 74LS164最高25MHZ,采用方式0，没有问题。

方式0作为输入模式

以74ls165（最高时钟25MHZ）为例,可以满足要求。

对应结果如下：

（注意：74ls165线传送高位，而串口通信低位在先，所以显示的数据和实际数据高低位正好相反P1.7---P1.0对应D0---D7）。

本程序只接收一次，也许有人会问，中断程序中REN=0，表示什么意思？可不可以改成ES=0?

这个问题很好，首先REN=0表示接收禁止，即不允许串口接收数据；ES=0是禁止中断和单片机是否接收数据没有关系，不接收数据自然中断允许也是徒劳，这两者有很大的区别。我们在很多接收程序中经常可以看到在判断RI标志后紧跟着清除标志位，我想问一下，为什么?????)

如果我们也按照这种模式改写会怎样呢？

实验结果如下

两次结果差异怎么这么大？为什么会这样子？

为了便于理解，也为了说明问题方便，对中断程序做了如下处理：

结果又变了

是不是感觉很奇怪，究竟咋回事呢？

首先中断程序中当判断RI置位标志后紧跟着清零是为了接收下一个字节的数据，也为了避免单片机重复中断。

当51单片机串口方式0作输入时，在REN=1且RI=0的条件下就启动了单片机串口接收过程。如果有一个条件不满足就不能启动接收过程，以上出现的错误正式由于忽略了这个重要的因素造成的。在RI清零后由于REN仍然为1，单片机已经开始接收第二字节的数据，由于串口速度很快，RI仍会置位，而紧接着将REN清零只能阻止单片机接收数据，但是却

不能阻挡第二次中断。由于只接收了部分外部引脚数据（此时外部引脚为高电平，即逻辑1，其实单片机只接收了一位，对于12M晶振而言，方式0大约8us接收一个字节数据）。相反在RI=0与REN=0之间加上适当的延迟，就可以保证一个字节的数据全部接收完毕，故此时我们读上来的一个字节为0xff。

我在中断程序中添加了一个中断计数器（不加延迟），发现中断服务程序的确执行了两次

结果如下

加上延迟结果

这就验证了刚才的结论。

至于说可不可以换做ES=0，回答是可以的，尽管同样可以实现数据的读取，但是实质不同，当禁止中断后，单片机仍在接收外部数据，只是不再请求中断，自然的不再读取第2、3。。。。。字节的数据，那么P1将保留第一次中断时从SBUF中读出的数据。如果某一时刻打开中断发现结果不正常，如果理解了上面的机制就不会觉得惊讶了。

建议：单次接收时，中断服务程序中REN清零放在RI之前。

还有一个问题非常重要：

如果我在中断服务程序中不清除RI，会怎样？

很少有人会这样用，但是经常有人忘记了（包括我）。课本上写得很清楚，务必在中断中用软件清除RI，为什么要这样呢?难道仅仅是为了接收下一次数据并且避免单片机不断的响应中断？的确如此，如果对于一个小系统而言，不清除中断标志，那么单片机将不停的中断，影响接下来任务的执行，系统必然瘫痪，而且不能正常的接收数据。

总结：方式0作为发送方，只要向SBUF中写入数据就启动了发送过程；

方式0在座位接收模式时，REN=1、RI=0的情况下就已经启动了接收过程。在中断程序中要注意两者清零的顺序。

还有一种情况要特别注意：单片机复位时SCON自动清零，如果单片机不工作在方式0，那么如果采用位操作SCON时也要注意REN=1与SM0、SM1的书写顺序，总之切记方式0启动发送、接收数据的条件。

方式1

方式1为10位异步通信模式。作为输出和方式0没有本质的区别，不同的是数据帧的形式，但是对于接受模式则有点不同，当REN=1且RI=0时，单片机并不启动接收过程。而是以已选择波特率的16倍速率采样RXD引脚的电平，当检测到输入引脚发生1---0负跳变时，则说明起始位有效，才开始接受本帧数据。

方式1模式下单片机可以工作在全双工以及半双工方式。

下面举两个例子

半双工主机发送某一字符，从机接收到数据后返回数据加1的值

比如主机发送“1“，从机收到后回复主机”2“。

实验结果如下：

方式1工作方式主要注意：

1 波特率可变。

2 数据接收以起始位为标志，停止位结束。

3 当RI=0且SM2=0或接收到有效停止位时，单片机将接收到的数据移入SBUF中，两个条件缺一不可。

方式2和方式3

方式2和3不同的只是波特率，这里以方式3为例

作为输出模式同方式1没有区别，只是增加了第八位数据位，第八位数据可以用作校验位或在多机通信中用作数据/地址帧的判别位。

首先我们来做模拟主从奇偶校验模式

主机发送一帧数据，并发送奇偶校验位，从机接收数据后，判断数据是否正确，如果正

确，接收指示灯亮，并且回送主机数据加1，反之回送0;主机接收从机信息，如果校验正确点亮LED指示灯.(从机、主机接收数据无论校验正确与否，均显示接收到的字节数据)。

奇校验模式演示结果如下：

（注：从接接收不正确，返回0）

主从机接收正确效果

之前我们已经介绍了SM2的具体用法，主要用于多机通信，将SM2作为数据/地址帧

的判别位，在接收地址时令SM2=1，当接收到的第八位数据为1时激活RI产生中断，然后比较地址，如果地址符合则清除SM2准备接受数据信息，反之不理睬。

特别注意当RI=0且SM2=0（或SM2=1时接收到第9位数据为1）时，单片机将接收到的数据移入SBUF中，两个条件缺一不可。

在这里我只举一个简单的例子

一个主机，两个从机

1 起始时，主机从机的SM2均置位，所有的从机等待主机发送地址帧，主机令TB8=1，发送地址帧。

2 所用的从机将接受到的地址和自己的地址比较，如果符合，点亮LED指示灯，清除SM2(准备接受主机发送的数据帧)，并将自己的地址发送到主机。

3 主机接收从机发送的地址信息，如果地址符合则数码管显示从机地址并开始准备发送数据，反之发复位信号，TB8=1。

4 从机接收数据先判断RB8，如果RB8=1，则复位，重新开始接收主机发送的地址帧，反之通过P1口外接数码管显示接收到的数据。

实验结果如下：

注意：如果主机没有得到正确的地址，则将按照一定的速率发送地址帧，直到接收正确的地址为止，该试验主机向从机2发送信息。

另外在这里我补充两点：

1 我们可以很方便的利用串口通信的工作方式2或3实现奇偶校验，注意技巧，当为偶校验时TB8=P,奇校验时TB8=~P；

2当单片机利用中断发送大量数据时，尽量采用中断发送，因为单片机在写入SBUF数据后由硬件将数据发送完,在发送过程中，单片机还可以做很多事情，利用中断发送数据可以提高CPU利用率。尤其在低波特率时效果更明显。