MCS-51 单片机串口的基本结构是什么？如何工作？

MCS-51单片机串口的基本结构

MCS-51单片机内部有一个全双工的异步串行通信接口，其结构如图4-18所示。串口工作时，单片机P3口的P3.0引脚和P3.1引脚处于第二功能，分别是串口的数据接收端RXD和发送端TXD。

图4-18 MCS-51单片机串口内部结构示意图

串口控制寄存器SCON决定了串口的工作方式，而串口的波特率与定时/计数器1的溢出率直接相关。另外，串口发送数据和接收数据都可以产生串口中断请求。

发送缓冲区只能写入不能读出。发送数据时，在发送控制器的控制下，发送缓冲区中的并行数据转换为串行数据，并被插入格式信息以形成完整的字符数据帧，最后由TXD引脚发送出去。接收缓冲区只能读出不能写入。接收数据时，由RXD引脚接收字符数据帧。在接收控制器的控制下，字符数据帧中的格式信息被滤除，然后数据被移位寄存器转换成并行数据并存入接收缓冲区。可见，MCS-51单片机的串口是全双工的串口，可以同时进行数据发送和接收。

串口的工作方式

MCS-51单片机的串口有4种工作方式，其中方式0主要用于并行I/O接口的扩展，其他方式用于数据传输。

1.串口工作方式0

在方式0时，串口是8位同步移位寄存器，既可以移位输入也可以移位输出，并不是真正的数据通信方式，主要用于扩展外部并行I/O接口。如该方式的时序(见图4-19)所示，TXD是移位脉冲的输出引脚，RXD是数据移位输入或输出的引脚。另外，方式0的字符数据帧中只有8个数据位，没有格式信息。

图4-19串口工作方式0时序

a)发送(输出)时序b)接收(输入)时序

(1)数据的发送

发送数据前，首先将TI清0，然后只要向SBUF中写入数据，就会启动串口的发送，如指令“MOV SBUF,A”。之后，引脚TXD和RXD分别出现移位脉冲和数据位。当所有数据位发送完毕后，串口发送中断请求标志位TI被单片机硬件置1，以表明一次数据发送过程结束。单片机硬件在任何时候都不会自动将TI清0。再次发送数据前，必须用软件指令将TI清0，如执行指令“CLR TI”。

(2)数据的接收

接收数据前，必须令REN=1且RI=0，以启动串口的接收过程。之后，TXD引脚出现移位脉冲，串口等待RXD引脚上出现的数据位，并将其送入移位寄存器。当接收完一个完整数据帧后，硬件将移位寄存器中的数据送入接收缓冲区SBUF，并将接收中断请求标志位RI置1，以表明数据接收完毕。再次接收数据前，需将SBUF中的数据取走，并将RI清0。取SBUF中的数据可以用指令“MOV A,SBUF”，该指令将接收缓冲区的数据送入累加器A。只能用软件指令将RI清0，如指令“CLR RI”，因为单片机硬件不会自动将RI清0。

2.串口工作方式1

在方式1时，串口可接收和发送8位数据，其时序如图4-21所示。1个字符帧中有10个二进制位，包括8个数据位、1个起始位和1个停止位。TXD和RXD分别是发送数据和接收数据的引脚。

图4-21串口工作方式1时序

a)发送(输出)时序b)接收(输入)时序

(1)数据的发送

与方式0相似，发送数据前，首先将TI清0，然后只要向SBUF中写入数据，就会启动串口的发送过程。被发送的数据从TXD向外输出，低位在前高位在后。一帧数据发送完毕后，TI被单片机硬件置1。再次发送数据前，必须用软件指令将TI清0。

(2)数据的接收

接收数据前，令REN=1且RI=0，以启动串口接收过程。通过RXD接收字符数据帧，接收顺序为先低位再高位。实际上，数据的接收是通过采样实现的，每个数据位上RXD被采样3次，其中两次相同的采样值作为采样结果送入接收端的移位寄存器。一个完整字符帧接收完毕后，RI被置1，并且接收的8个数据位被送入接收缓冲区，而停止位“1”被送入接收方SCON的RB8中。若再次接收数据，则必须提前将RI清0。

3.串口工作方式2和方式3

串口工作方式2和方式3属于多机通信方式(多机通信的具体实现方法见前文关于SM2的描述)，主机与从机的连接关系如图4-23所示，其时序如图4-24所示。方式2和方式3的唯一差别是波特率计算公式不同，见表4-14。

图4-23多机通信中主机与从机的连接

(1)数据的发送

方式2和方式3的字符帧包含11个二进制位，与方式1相比，在停止位前多了TB8位，该TB8位来自于发送方SCON寄存器中的TB8位。发送方的TB8位最终将被送入接收方SCON寄存器的RB8位中。

图4-24串口工作方式2和方式3时序

a)发送(输出)时序b)接收(输入)时序

与其他工作方式的发送过程相同，发送前需将TI清0，然后向SBUF中写入数据以启动发送。数据由TXD向外发送，数据发送完毕后，TI被硬件置1。再次发送数据前，必须用指令将TI再次清0。

(2)数据的接收

串口接收数据前，需令REN=1且RI=0。数据由RXD引脚接收。在字符数据帧中，停止位和D7之间的位来自发送方的TB8，并被送入接收方SCON寄存器的RB8位中。因此在图4-24所示接收时序中，停止位和D7之间的位用RB8表示。一个字符数据帧接收完毕后，RI不一定被硬件置1。见表4-16，RI被硬件置1的情况有两种，分别是：①SM0=0;

②SM0=1并且RB8=1。再次接收数据前，必须将RI清0，并令REN=1。