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串行通信与C51单片机串行口控制器

串行通信是计算机与外部设备之间进行数据传输的重要方式之一，与并行通信相对，它以单个比特（位）为单位进行数据传输。串行通信可分为单工、半双工和全双工三种方式，常用的为半双工模式。串行通信的速度可通过波特率（bps）来衡量。

串行通信又可分为同步通信和异步通信两种：

• 异步通信：以字符或字节为单位组成数据帧进行传输。每个数据帧包含起始位、数据位、可编程校验位和停止位。
• 同步通信：以数据块为单位进行连续传输，首次发送时需发送同步信号，后续数据块不再包含同步信号。

C51单片机串行口控制器

C51单片机内置一个可编程的全双工串行通信接口，可用于通用异步接收/发送器或同步位移寄存器。该接口支持8、10、11位数据格式，并通过RXD（P3.0）和TXD（P3.1）与外界通信。接口主要由以下组件组成：

• SBUF：数据缓冲器
• SCON：串行控制寄存器
• 接收位移寄存器、发送控制器、接收控制器
• 定时器T1与单片机总线相关

SFR描述

串行口控制寄存器（SCON）由以下位组成：

• SM0/SM1：决定串行通信工作方式
• REN：允许/禁止接收控制位
• RI/TI：接收/发送完成标志位
• RB8/TB8：扩展数据位

工作方式

串行口工作方式分为0、1、2、3四种：

• 工作方式0：不用于串行通信，主要用于扩展接口。
• 工作方式1：用于点对点通信，传输10位数据。
• 工作方式2：支持双机通信，传输11位数据。
• 工作方式3：用于多机通信，结合了工作方式1和2的优点。

工作方式详解

工作方式1

工作方式1用于点对点通信，数据传输为10位。通信方式为3线式，接口连接为RXD-TXD-GND。波特率可通过T1定时器设置，计算公式为：

[ \text{波特率} = \frac{f_{osc}}{12 \times (2^n - \alpha)} \times \frac{2^{SMOD}}{32} ]

其中，( n ) 为SMOD位设置的波特率分频，( \alpha ) 为晶振周期。

工作方式2

工作方式2用于双机通信，数据传输为11位。通信方式为4线式，接口连接为RXD-TXD-GND-RXD。通信时钟由T1定时器驱动，波特率计算公式为：

[ \text{波特率} = \frac{2^{SMOD}}{64} \times f_{osc} ]

工作方式3

工作方式3用于多机通信，结合了工作方式1和2的优点。通信过程中，主机需向所有从机发送地址信息，地址信息的第九位为1，数据信息的第九位为0。

从机在接收地址信息时，由于RB8=1，会触发RI=1中断。在中断程序中，从机对比信息地址与自身地址，若匹配设定SM2=0，否则设定SM2=1。数据信息的第九位为0，地址不匹配的从机（SM2=1）会拒绝接收数据。

总结

串行通信是计算机与外部设备之间重要的数据传输方式，C51单片机的串行口控制器通过灵活配置和多种工作方式，支持多种通信场景。理解串行通信原理及单片机控制寄存器功能，是实现高效串行通信的关键。