技术篇之MCS-51 单片机串口的相关特殊功能寄存器

与串口工作有关的特殊功能寄存器包括：串口控制寄存器SCON(图4-18中的TI和RI均是该寄存器中的位)、串口缓冲区寄存器SBUF和电源控制寄存器PCON(图4-18中的SMOD是该寄存器中的位)。

1.串口缓冲区寄存器SBUF

串口缓冲区寄存器SBUF的地址是99H，不能按位寻址。虽然串口发送缓冲区和接收缓冲区的名称均为SBUF，但是在物理上它们是独立的。

可以通过指令的操作区分发送缓冲区和接收缓冲区。因为，接收缓冲区只能被读出、不能被写入，而发送缓冲区只能被写入、不能被读出，所以在指令中，作为目的操作数的SBUF代表发送缓冲区，作为源操作数的SBUF接收缓冲区。例如，指令“MOV SBUF,A”将累加器A中的数据写入发送缓冲区;而指令“MOV A,SBUF”则将接收缓冲区的数据读出并存入累加器A。

MCS-51单片机没有专门的启动串口发送的指令，在满足串口发送条件时，任何向SBUF中写入数据的操作都可以启动串口的数据发送。在串口接收数据时，必须及时读取接收缓冲区中的数据，否则其中的数据有可能被新接收的数据覆盖而导致丢失。

2.串口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON

串口控制寄存器SCON用于监控串口的工作状态，其格式见表4-11。SCON中各位的作用如下：

(1)串口中断请求标志位TI和RI

串口有两个中断请求位，分别是发送中断请求标志位TI和接收中断请求标志位RI。

串口每发送完一个完整的字符帧后，TI被单片机硬件置1，并向CPU发出中断请求。单片机的硬件任何时候都不会自动将TI清0。再次发送数据前必须使用指令将TI清0，如指令“CLR TI”。另外，在中断方式的串口程序设计中，若不及时将TI清0，单片机将误认为发送中断请求一直存在，从而重复执行串口中断服务处理程序。

串口每接收到一个完整字符帧后，RI被单片机硬件置1，以向CPU发出中断请求。接收新数据前，必须通过指令将RI清0，如指令“CLR RI”。同发送过程相似，在中断方式的程序设计中，为了避免重复发出中断请求，必须及时将RI清0。

另外，TI和RI均可由软件指令置1和清零0，并且软件置1对单片机的影响与硬件置1的完全相同。

(2)串口工作方式选择位SM0和SM1

串口有4种工作方式，由SM0和SM1选择，见表4-12。在表4-12中：

1)fosc是单片机的晶振频率，影响串口的数据传输速度。

2)UART是“Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”的缩写，即通用的异步接收和发送器。

3)SMOD是电源控制寄存器PCON(见表4-13)的最高位。由表4-12中的波特率计算公式可知，当SMOD由0变为1时，与之相关的波特率将加倍，因此SMOD又被称为波特率倍增位。

在表4-12出现了“T1溢出率”，下面将介绍表4-12中“T1溢出率”的计算方法，以及在串口方式1和方式2下，如何利用“T1溢出率”计算串口通信的波特率。

如图4-18所示，定时/计数器T1是串口通信的波特率发生器，此时通常将T1设置为定时器且工作于工作方式2(自动重装初值的8位定时器)，并屏蔽其中断。T1溢出率是T1每秒钟溢出的次数，该次数与T1的初值有关。若假设T1的初值为M，则T1相邻两次溢出之间的时间间隔为(256-M)/(12/fosc)，因此

式中，fosc为单片机的晶振频率。

由表4-12和式(4-7)可知，串口的波特率计算方法见表4-14。在串行通信中，发送端和接收端须使用同样的波特率。

表4-15给出了常用波特率及其相关设置，编程时可以通过查表的方式获得定时器T1初值。另外，在计算波特率时，若晶振频率为11.0592MHz，则可以得到精确的T1初值(不会产生小数值)，因此频率为11.0592MHz的晶振在单片机系统中经常被采用。

(3)允许接收位REN

REN是串口接收数据允许位，REN=0时禁止串口接收，REN=1时允许接收。该位可以由软件指令置1或清0。

在串行通信过程中，只有当RI=0且REN=1时，才启动并允许串口接收，接收到的字符帧存入接收缓冲区。

(4)TB8

在工作方式2和工作方式3中，发送方TCON寄存器中的TB8将出现在发送字符帧中，并且位于数据位D7之后。另外，在具有一台主机和多态从机的多机体通信中，TB8可以作为地址帧/数据帧的区分标志。当TB8=1时，字符帧的数据位代表从机的编号，即字符帧为地址帧;而当TB8=0时，数据位是实际要发送的数据，即字符帧为数据帧。

(5)RB8

RB8与TB8相对应，在工作方式2和工作方式3中，接收方将接收到含有发送方TB8的字符帧，并且发送方的TB8将被硬件自动送入接收方SCON寄存器的RB8位。换句话说，当接收缓冲区接收到一个完整字符帧后，接收方RB8的值将与发送方TB8的值相同。

(6)多机控制位SM2

串口的方式2和方式3属于多机通信方式，SM2用于控制实现多机通信。在多机通信系统中仅有一台主机，可以有多台从机。每次通信时，主机需从多台从机中选择一台从机并与之进行数据传输。因此，多机通信过程可以分为如下几个步骤：

1)主机发向所有从机发送地址帧，地址帧的数据位代表从机编号。发送时要求主机的SM2=0，所有从机的SM2=1。

2)所有从机接收到地址帧后，将其中的从机编号与自身的编号相比较，比较相同的从机(即被主机选中的从机)的SM2被清0，而其他从机的SM2依然为1。

3)被选中的从机与主机之间进行一对一的数据传输。

4)主机与从机通信结束后，被选中从机的SM2被重新置1，为下一次多机通信做准备。

多机通信中，从机接收数据后能否产生中断请求，与SM2、RB8和RI的取值有关，见表4-16。