USART簡介及例程分析

7.1 USART簡介

7.1.1 概述

計算機的通信分為并行通信與串行通信，串行通信根據(jù)時鐘的不同又可以分為同步通信與異步通信。

USART：Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，即通用同步/異步串行接收/發(fā)送器，是一個全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊，該接口是一個高度靈活的串行通信設(shè)備，STC89C52RC單片機中集成了一路USART模塊，通過這個模塊可以用于給單片機下載程序，也可以用于單片機輸出信號，USART模塊只需要兩根線就可以傳輸數(shù)據(jù)，即位于P3.0口的RXD和位于P3.1口的TXD。

7.1.2 USART相關(guān)參數(shù)

（1）比特速率

比特率是每秒鐘傳輸二進制代碼的位數(shù)，單位是：位／秒（bps）。如每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含 10位（1個起始位+1個停止位+8個數(shù)據(jù)位），這時的比特率為：10位×240個/秒=2400 bps。串行接口或終端直接傳送串行信息位流的最大距離與傳輸速率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當傳輸線使用每0.3m（約1英尺）有50PF電容的非平衡屏蔽雙絞線時，傳輸距離隨傳輸速率的增加而減小。當比特率超過1000 bps時，最大傳輸距離迅速下降，如9600 bps時，最大距離下降到只有76m（約250英尺）。

（2）波特率的計算

在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。通過軟件可對單片機串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。

串行口的四種工作方式對應(yīng)三種波特率。由于輸入的移位時鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計算公式也不相同。

方式0的波特率：fosc/12

方式2的波特率：（2SMOD/64）×fosc

方式1的波特率：（2SMOD/32）×T1溢出率

方式3的波特率：（2SMOD/32）×T1溢出率

當T1作為波特率發(fā)生器時，最典型的用法是使T1工作在自動再裝入的8位定時器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動定時器）。這時溢出率取決于TH1中的計數(shù)值，即有公式

常用波特率與定時器1的參數(shù)關(guān)系如下表所示。

注：從上表可以看出來，如果要使用串行通信功能，需要將單片機的晶振換成11.0592MHz，而不能夠使用12MHz，否則計算出的波特率會有誤差。

7.1.3 串口的工作方式

方式0時，串口為同步移位寄存器的輸入輸出方式。主要用于擴展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)由RXD引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD引腳輸出。發(fā)送和接收均為8位數(shù)據(jù)，低位在先，高位在后。波特率固定為 fosc/12。

方式1時，串口為10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

用軟件置REN為1時，接收器以波特率的16倍速率采樣RXD引腳電平，檢測到RXD引腳輸入電平發(fā)生負跳變時，則說明起始位有效，將其移入輸入移位寄存器，并開始接收這一幀信息的其余位。接收過程中，數(shù)據(jù)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，將接收到的9位數(shù)據(jù)的前8位數(shù)據(jù)裝入接收SBUF，第9位（停止位）進入RB8，并置RI=1，向CPU請求中斷。

方式2或方式3時，串口為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，方式2和方式3時起始位1位+數(shù)據(jù) 9 位（含1位附加的第9位，發(fā)送時為SCON中的TB8，接收時為 RB8），停止位 1 位，一幀數(shù)據(jù)11位。方式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32，方式3的波特率由定時器T1溢出率決定。

發(fā)送時，先把起始位0輸出到TXD引腳，然后發(fā)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右移一位，并由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位上，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，檢測電路檢測到這一條件時，使控制電路進行最后一次移位，并置TI=1，向CPU請求中斷。

接收時，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為1）時，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF和RB8（接收數(shù)據(jù)的第9位），置RI=1，向 CPU 請求中斷。如果條件不滿足，則數(shù)據(jù)丟失，且不置位RI，繼續(xù)搜索RXD引腳的負跳變。

7.1.4 USART初始化流程

（1）確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）

（2）計算T1的初值，裝載TH1、TL1

（3）啟動T1（編程 TCON中的TR1位）

（4）確定串行口控制（編程SCON寄存器）

（5）串行口在中斷方式工作時，要進行中斷設(shè)置（編程IE、IP寄存器）

7.2 USART相關(guān)寄存器

7.2.1 串口配置寄存器SCON

寄存器地址：0x98

Bit 7~Bit 6：工作方式選擇位

Bit 5：多機通信控制位（主要用于方式2和方式3）

1：接收機可以利用收到的RB8來控制是否激活RI（RB8＝0時不激活RI，收到的信息丟棄；RB8＝1時收到的 數(shù)據(jù)進入SBUF，并激活RI，進而在中斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走） 。

0：不論收到的RB8為何值，均可以使收到的數(shù)據(jù)進入SBUF，并激活RI（此時RB8不具有控制RI激活的功能）。注：通過控制SM2，可以實現(xiàn)多機通信。在方式0時，SM2必須是0。在方式1時，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時，RI才置1

Bit 4：允許串行接收位

1：啟動串行口接收數(shù)據(jù)

0：禁止接收

Bit 3：在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用。可以用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗位，在多機通信中，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標志位。在方式0和方式1中，該位未用

Bit 2：在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標志位。在方式1時，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位

Bit 1：發(fā)送中斷標志位，在方式0時，當串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其它方式，串行發(fā)送停止位時，由內(nèi)部硬件使TI置1，必須用軟件清0

Bit 0：接收中斷標志位。在方式0時，當串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其它方式，串行接收停止位的中間時， 由內(nèi)部硬件使RI置1，用軟件將其清0

7.2.2 串口波特率配置寄存器PCON

寄存器地址：0x97

Bit 7：波特率倍增位

0：波特率保持

1：波特率提高一倍

7.3 例程分析

7.3.1 原理圖

7.3.2 實現(xiàn)的功能

利用單片機串行口，當檢測到按鍵按下時，串口發(fā)送一串字符串，當按鍵抬起時，串口發(fā)送另一串字符串。

7.3.3 源代碼