I51开发板第二十七讲 STC15F2K60S2串行口工作方式简介

I51开发板第二十六讲 STC15F2K60S2串行口通信相关寄存器

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(出处: ICKEY BBS)

这一讲，SingleYork主要跟大家一起学习一下STC15F2K60S2单片机的串行口的工作方式，部分内容源自某教程和STC官方文档，如有雷同敬请谅解！

STC15F2K60S2单片机的串行通信接口有4种工作模式，可通过软件编程对SCON中的SM0、SM1的设置进行选择。其中模式1、模式2和模式3为异步通信，每个发送和接收的字符都带有1个启动位和1个停止位。在模式0中，串行口被作为1个简单的移位寄存器使用。本讲主要以串行口1为例分别对这几种模式进行讲解。

1、 方式0：同步移位寄存器

方式0为半双工方式，又称为同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，TxD引脚输出同步移位时钟，RxD用于发送和接收串行数据。串行口输出端可直接与移位寄存器相连，也可以用作扩展I/O口或外接同步输入输出设备。该方式下的数据帧为8位，低位在先，高位在后，没有起始位和停止位。串行口1方式0的功能结构及时序图如下图所示：

发送过程：当CPU将数据写入到发送缓冲区SBUF时，串行口即把8位二级制数以SYSclk/12或SYSclk/2（由UART_M0x6确定是12分频还是2分频）的波特率由RxD引脚输出（SYSclk为系统工作时钟），同时由TxD引脚输出同步移位脉冲。字符发送完毕，置中断标志TI为1.

当写SBUF信号有效后，相隔一个时钟，发送控制端有效，允许RxD发送数据，同时允许TxD输出同步移位脉冲。一帧数据发送完毕时，各控制端均回复原状态，只有TI保持高电平，呈中断申请状态。再次发送数据前，必须用软件将TI清0。

接收过程：控制字除方式0外，还应置允许接收控制位REN=1，并清除RI中断标志，接收过程启动后，RxD为数据输入端，TxD为同步信号输出端。串行接收的波特率为SYSclk/12或SYSclk/2（由UART_M0x6确定是12分频还是2分频）。接收完8位数据后重新置RI=1，当再次接收时，必须通过软件将RI清0。

工作于方式0时，必须是SCON控制字的SM2位为0，从而不影响TB8和RB8位。在该方式下，波特率仅取决于系统时钟和UART_M0x6的设置，无需使用定时器控制。以中断方式传送数据时，CPU相应中断并不会自动清楚TI、RI标志，在中断服务程序中必须由指令清0。

2、 UART方式

UART通信有3中工作方式，分别如下：

1） 方式1：8位可变波特率方式

方式1提供异步全双工通信，适合于点到点的通信。每个数据帧长度为10位：1个起始位（低电平）、8个数据位和1个停止位（高电平）。传输的数据首先是起始位，然后是8位数据（低位在前），最后一位是停止位。起始位和停止位是在发送时自动插入的。接收时，停止位进入SCON的RB8位。TxD为发送数据引脚，RxD为接收数据引脚。工作方式1的功能结构及接收/发送时序图如下图所示：

方式1的发送过程：发送数据时，数据由串行发送端TxD输出。当单片机执行一条写SBUF的指令时，就启动串行通信的发送，写SBUF信号还把1装入发送移位寄存器的第9位，并通知TX控制器开始发送。发送各位的定时时间由16分频计数器同步。

移位寄存器将数据不断右移送TxD端发送，在数据的额左边不断移入0作补充。当数据的最高位移到移位寄存器的输出位置，紧跟其后的是第9位“1”，在它的左边各位全为“0”，这个状态条件，是TX控制器作最后一次移位输出，然后使允许发送信号“SEND”失效，完成一帧信息的发送，并置位中断请求位TI，即TI=1，向CPU请求中断处理。

方式1的接收过程：当软件置位接收允许标志位REN，即REN=1时，接收器便以选定波特率的16分频的速度采样串行接收端RxD，当检测到RxD端口从1→0的负跳变时就启动接收器准备接收数据，并立即复位16分频计数器，将1FFH值装入移位寄存器。复位16分频计数器的目的是使它与输入位时间同步。

16分频计数器的16个状态是将每位的接收时间均为16等份，在每位时间的7、8、9状态由检测器对RxD端口进行采样，经“三中取二”后的值作为本次所接收的值，即3次采样至少2次值相同，以此消除干扰影响，提高可靠性。在起始位，如果接收到的值不为0（低电平），则起始位无效，复位接收电路，并重新检测1→0的跳变。如果接收到起始位有效，则将它输入移位寄存器，并接收本帧的其余信息。

接收的数据从接收移位寄存器的右边输入，已装入的1FFH向左边溢出，当起始位0移到移位寄存器的最左边时，使RX控制器作为最后一次移位，完成一帧的接收。若同时满足以下两个条件：

RI=0;

SM2=0或接收到的停止位为1。

则接收到的数据有效，数据载入SBUF，停止位进入RB8，置位RI，向CPU请求中断。若上述两条件不能同时满足，则接收到的数据作废并丢弃，无论条件满足与否，接收器重新检测RxD端口上的1→0的跳变，继续下一帧的接收。接收有效，在响应中断后，必须由软件将RI清0。通常情况下，串行口工作于方式1时，SM设置为0。

串行口通信方式1的比特率是可变的，比特率由定时器1或定时器2的溢出率决定。定时/计数器的溢出率定义为：单位时间（秒）内定时器/计数器溢出的次数。

串行口1用定时器1作为波特率发生器且定时器1工作于模式0（16位自动重装模式）时，波特率=（定时器1的溢出率）/4。

注意：此时波特率与SMOD无关。

当定时器1工作于模式0（16位自动重装模式）且T1x12=0时，

定时器1的溢出率=SYSclk/12/(65536-)

此时

串口1的波特率= SYSclk/12/(65536-)/4

当定时器1工作于模式0（16位自动重装模式）且T1x12=0时，

定时器1的溢出率=SYSclk/(65536-)

此时

串口1的波特率= SYSclk/(65536-)/4

其中，RL_TH1是TH1的自动重装载寄存器，TL_TL1是TL1的自动重装载寄存器。

当串行口1用定时器1作为波特率发生器且定时器1工作于模式2（8位自动重装模式）时，波特率=(2SMOD/32) ×定时器1的溢出率；

当定时器1工作于模式2（8位自动重装模式）且T1x12=0时，

定时器1的溢出率=SYSclk/12/(256-TH1)

此时

串口1的波特率=(2SMOD/32)×SYSclk/12/(256-TH1)

当定时器1工作于模式2（8位自动重装模式）且T1x12=1时，

定时器1的溢出率=SYSclk/(256-TH1)

此时

串口1的波特率=(2SMOD/32)×SYSclk/12/(256-TH1)

当T2x12=0时，

定时器2的溢出率= SYSclk/12/(65536-)

此时

串口1的波特率= SYSclk/12/(65536-)/4

当T2x12=1时，

定时器2的溢出率= SYSclk/(65536-)

此时

串口1的波特率= SYSclk/(65536-)/4

其中，RL_TH1是TH1的自动重装载寄存器，TL_TL1是TL1的自动重装载寄存器。

2） 串行口方式2：9位固定波特率方式

方式2提供异步全双工通信，适合于固定波特率的多机通信。每个数据字节长度为11位，1个起始位、8个数据位（低位在前）、1个可编程的第9位（TB8/RB8）和1个停止位。与方式1相比，没帧增加了一个第9位。发送时，第9位数据由TB8提供，可以置位也可以清0。TB8既可以作为多机通信中的地址数据标志位，也可以作为奇偶校验位（将PSW寄存器中的奇偶校验位P的值装入TB8）。接收时，第9位进入RB8位。TxD/P3.1为发送端口，RxD/P3.0为接收端口。

方式2的波特率为：

串行通信方式2波特率=(2SMOD/64)×SYSclk，SYSclk为系统工作时钟频率

PCON寄存器中的SMOD为波特率加倍位，当SMOD=1时，波特率为SYSclk/32；当SMOD=0时，波特率为SYSclk/64。

串行通信方式2的功能结构图及其接收/发送时序图如下所示：

由上图可知，方式2和方式1相比，除波特率发生源略有不同，发送时由TB8提供给移位寄存器第9数据位不同外，其余功能结构均基本相同，其接收/发送操作过程及时序也基本相同。

当接收器接收完一帧信息后必须同时满足下列条件：

RI=0

SM2=0或SM=1，并且接收到的第9数据位RB8=1。

当上述两条件同时满足时，才将接收到的移位寄存器的数据装入SBUF和RB8中，并置位RI，向CPU请求中断处理。如果上述条件有一个不满足，则刚接收到的移位寄存器中的数据无效而丢失，也不置位RI。无论上述条件满足与否，接收器又重新开始检测RxD输入端口的跳变信息，接收下一帧的输入信息。

在方式2中，接收到的停止位与SBUF、RB8和RI无关。

通过软件对SCON中的SM2、TB8的设置已经通信协议的约定，为多机通信提供了方便。

3）串行口方式3：9位可变波特率方式

该方式也适合与多机通信。方式3的每个数据字节长度为11位：1个起始位、8个数据位（低位在前）、1个可编程的第9位（TB8/RB8）和1个停止位。发送时，第9位数据由TB8提供，可以置位也可以清0。TB8既可以作为多机通信中的地址数据标志位，也可以作为奇偶校验位（将PSW寄存器中的奇偶校验位P的值装入TB8）。接收时，第9位进入RB8位。TxD/P3.1为发送端口，RxD/P3.0为接收端口。

方式3和方式1一样，其波特率可通过软件对定时器/计数器1或定时器2的设置进行波特率的选择，是可变的。方式3的波特率计算方法与方式1的方法相同，在此就不再赘述。

串行口工作方式3的功能结构及其数据接收/发送时序图如下图所示：

由上图可知，方式3和方式1相比，除发送时由TB8提供给移位寄存器第9位数据位不同外，其功能结构和数据接收/发送操作过程及时序和方式1基本相同。

发送过程：CPU执行数据写入缓冲器SBUF的指令即可启动发送。串行口自动将发送缓冲区中的内容送入发送移位寄存器。发送移位寄存器先发送一个起始位，接着按程序设定的字符代码，先低位后高位。数据字加上奇偶校验位或可控位（方式2、3中即为程序设定的TB8位的值），再发送停止位，从而完成一帧数据的发送。串行数据均由TxD端输出，发送完毕，将发送中断标志位置1，以提供查询及向CPU申请中断之用。CPU相应中断后必须在中断服务程序中使IT清0.

接收过程：接收数据由RxD输入，串行口以所选定波特率的16倍速率采样RxD端状态。当RxD端电平由1到0的跳变时，就启动接收器。串行口按程序规定的格式接收一帧代码，并把此代码的数据位拼成并行码送入接收缓冲寄存器中（在方式1时，把停止位送入RB8；在方式2、3时，把程控的第9位数据送入RB8），等待CPU取走。为保证可靠无误，对每一帧数据进行连续3次采样，取3次采样中至少两次相同的值。接收完毕，置接收中断标志RI=1。CPU的相应中断后必须在中断服务程序中使RI清0。

当接收器接收完成一帧信息后必须同时满足以下两个条件：

RI=0;

SM2=0或SM2=1，并且接收到的第9数据位为RB8=1。

当上述两条件同时满足时，才将接收到的移位寄存器的数据载入SBUF和RB8中，并置位RI，向CPU请求中断。若上述两条件不能同时满足，则接收到的数据作废并丢弃，无论条件满足与否，接收器重新检测RxD端口上的1→0的跳变，继续下一帧的接收。

在方式3中，接收到的停止为与SBUF、RB8和RI无关。

通过软件对SCON中的SM2、TB8的设置以及通信协议的约定，为多机通信提供了方便。

下面给出了几种常用的典型帧格式：

在实际应用中，应根据实际需要选择串行口的工作方式。由于方式1和方式3的波特率可以通过定时器控制，通信波特率的设定比较灵活，因此，方式1和方式3使用较多，其中，方式1常用于点对点通信的情况，而方式3常用于多机通信的情况。

下面给出串行口1工作方式一览表：

从上表可以看出，方式1与方式2、3的区别如下：

1方式1中，数据字是8位异步通信接口，串行口发送/接收共10位信息，第0位为起始位，1-8位是数据位，最后是停止位；方式2、3中，数据字为9位的异步通信接口，1位起始位，8位数据位，第9位是可程控位1或0，最后是停止位，共有11位信息。

2方式1、3的波特率是可变的，其波特率取决于定时器1的溢出率或定时器T2的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值，PCON寄存器中的SMOD是1还是0决定波特率是否加倍。

此外，方式2和方式3中还可以通过控制TB8位的方法，使其传送中附加的第9位数据可以作为多机通信中的地址/数据标志位，或作为数据的奇偶校验位。若以TB8作为奇偶校验位，在数据写入SBUF之前，先将数据的奇偶位写入TB8。

编写接收程序时，均应使REN=1，允许串行接收。只有在最后的移位脉冲产生并同时满足下列条件时，接收数据才会装入SBUF和RB8并置位RI：

1对于方式1：SM2=0或接收到的停止位=1；

2对于方式2、3：SM2=0或接收到的第9个数据=1。

这一讲主要跟大家一起学习了STC15F2K60S2单片机的串行口1的4种工作方式，至于串行口2的工作方式就留给小伙伴们自行去学习了，值得注意的是，串行口2只有两种工作方式，它们都是UART方式，跟串行口1的工作原理基本类似，在此就不再赘述，下一讲SingleYork将会跟大家一起来学习串行口1的几种工作模式的程序的编写，敬请关注！