51單片機 | 串口工作原理知識點匯總

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理論概念

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不同型號的單片機使用的串口不同，根據需求選擇相應的單片機，在有些場合如果單片機如果沒有需要的串行通信接口，則可以通過單片機的I/O口進行模擬。
全雙工UART（異步串行通信接口）

UART有兩種工作狀態：

同步串行通信狀態：速率高，硬件電路復雜，需要同時使用兩條信號線，所以只能使用單工方式或半雙工方式工作。
異步串行通信狀態：方式簡單，傳輸速率不高，應用廣泛，方便與其他通信標准進行銜接。

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異步傳輸工作方式：

傳輸效率較低，起始位，校驗位，停止位占用的位較多

數據格式：

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同步傳輸工作方式：

雙方同時使用兩條通信線：
- 一條用於產生時鍾並要求發送和接受的雙方必須保持完全同步（一般情況下，時鍾信號由發送端提供）。
- 另一條用於傳送數據。
- 如果需要雙向數據傳輸，需要再多添加兩條通信線（MCS-51不支持同時的雙向數據同步傳輸，只能使用分時復用）。
除了用於通信外，同步方式還可以用於I/O口的擴展，與74LS164聯合使用時擴展成輸出口，與74LS165聯合使用時擴展成輸入口。
因為沒有附加起始位和停止位，所以傳輸效率較高
一旦發現數據出錯，所有的數據都需要重新傳輸，大量數據一次性傳輸時錯誤的概率較高。
遠距離通信時，通過調試解調從數據流中提取同步信號，用鎖相的技術使接收方得到與發送方相同的時鍾信號。時鍾信號線與數據線分離可以實現高效率、大容量的數據通信。

數據格式：

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使用方式

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使用的寄存器：

串行接口寄存器 SCON：規定了串行通信的方式和功能，可以選擇通信模式/ 允許接收/ 檢查狀態位
電源控制寄存器 PCON

SMOD = 0 波特率為原值；

SMOD為1 波特率提高一倍。

只有SMOD位對串口通信有影響

注：該寄存器不能進行位尋址，只能整字節操作。

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工作方式：

p.s.：UART有一個接收數據緩沖區，當上一個字節未被處理時下一個字節收入緩沖區。但如果在下一個字節接收完畢時前一字節還未處理，則上一個字節會被覆蓋掉。因此軟件必須在下一個字節接收完畢之前處理上一個字節（當連續發送字節時也是如此）。

用途：可以用來和某些具有8位串行口的EEPROM器件通信

原理：
- RXD從低位開始收發數據，TXD從發送同步移位脈沖。
- 向SBUF寫入字節時開始發送數據，發送完畢后TI位置位。
- 置位REN時，開始接收數據，接收完8位數據后RI位置位。
方式1 ：10 位數據的異步通信口，波特率可變（與T1的溢出率有關）。RXD為數據接收，TXD為數據發送。

數據幀格式：

原理：
- 軟件置REN為1時，接收器選擇波特率為16倍速率采樣RXD引腳電平，當檢測到RXD引腳輸入電平發生負跳變（1->0）說明起始位有效，移入輸入移位寄存器並開始接收這一幀信息的其余位。需要手動清零
- 接收過程中，數據從輸入移位寄存器右邊移入，起始位移至輸入移位寄存器最左邊時，控制電路進行最后一次移位。當RI=0且SM2=0（或接收到的停止位為1）時，接收到的9位數據的前8位裝入接收SBUF，第9位（停止位）進入RB8並置RI=1，向CPU請求中斷。RI需要手動清零
波特率計算裝入TH1的初值：

p.s. SMOD=0時，K=1；SMOD=1時，K=2；
代碼示例：
```
 1 #include <reg51.h>
 2 main()
 3 {
 4     TMOD = 0x20;
 5     SM0 = 0;
 6     SM1 = 1;
 7     REN = 1;
 8     PCON = 0;
 9     TH1 = 0xFD; //253=256-(1*11.0592*10^6)/(384*9600)
10     TL1 = 0xFD;
11     TR1 = 1;
12     P1 = SBUF;
13     while(!RI);
14     RI = 0;
15     SBUF = P1;
16     while(!TI);
17     TI = 0;
18 }
```
數據幀格式：起始位1位，數據9位（第9位在發送時為TB8，接收時為RB8）

原理：
- 發送開始時，先把起始位0 輸出到TXD引腳，然后發送移位寄存器的輸出位D0到TXD引腳，每一個移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位向右移一位，並由TXD引腳輸出。第一次移位時，停止位"1 "移入輸出移位寄存器的第9 位，以后每次移位左邊都移入0 。當停止位移至輸出位時，左邊其余位全為0 ，當檢測到這一條件時，控制電路進行最后一次移位並置TI=1，請求中斷。需要手動清零
- 接收數據時，數據從右邊移入輸入移位寄存器，在起始位0 移到最左邊時，控制電路進行最后一次移位。當RI=0且SM2=0（或接收到的第9位數據為1）時，接收到的數據裝入接收緩沖器SBUF和RB8（接收數據的第9位），置RI=1，向CPU請求中斷。如果條件不滿足，則數據丟失且不置位RI，繼續搜索RXD引腳的負跳變。
代碼示例：多機互聯
```
 1 TMOD = 0x20;
 2 TH1 = 0xFD;
 3 TL1 = 0xFD;
 4 PCON = 0x00;
 5 TR1 = 1;
 6 SCON = 0xF8;
 7 SBUF = 0x01;
 8 while(!TI);
 9 TI = 0;
10 P3_5 = 0;
11 SM2 = 0;
12 while(!RI);
13 RI = 0;
14 P2 = SBUF;
15 SM2 = 1;
16 P3_5 = 1;
```