串行口工作方式及其应用
在MCS-51串行口的四种工作方式中，只有方式1、方式2和方式3用于串行通信，方式0为同步移位寄存器的输入或输出方式，主要用于扩展并行的输入/输出口。
MCS-51串口是可编程的，编程时应注意以下几点：
（1）设置串行口工作方式。
（2）设置波特率（SMOD，若是方式1、3，设置T1计数初值）。
（3）若串行口接收数据，REN必须赋值为1。
（4）TI和RI标志，须由软件清0。
（5）第9位的用途以及设置。
下面介绍各个工作方式及其应用实例。
1.方式0的应用
当MCS-51的串行口工作于方式0时，为同步移位寄存器的输入或输出方式，主要用于扩展并行I/O口。这时，数据由RXD（P3.0）端输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）端输出。发送或接收的数据都是8位，低位在先，高位在后。其波特率是固定的，为fosc/12。图5-15为串行口方式0用于扩展并行I/O口的扩展电路图。
图5-15 89C51串行口扩展I/O口的扩展电路图
图5-15中，89C51单片机外接74LS164（串入并出）或74LS165（并入串出）移位寄存器来实现扩展功能。RXD作为数据输入/输出端，TXD作为同步时钟信号，接至时钟端。8位数据为1帧，无起始位和停止位。
【例5-12】用89C51外接CD4049或74 HC164“串入-并出”移位寄存器扩展8位并行口。8位并行口的每位都接一个发光二极管，要求发光二极管从左到右以一定延时轮流显示，并不断循环。设发光二极管为共阴极接法，如图5-16所示。
图5-16 方式0扩展输出口连接图
解：设数据串行发送采用中断方式，DELAY为延时子程序。
程序清单如下：
2.方式1的应用
串行口工作于方式1时，真正用于串行发送或接收数据，是波特率可变的10位异步通信接口。数据位由P3.0（RXD）端接收，由P3.1（TXD）端发送。收发一帧的帧格式为：1位起始位（0），8位数据位（低位在前）和1位停止位（1）。波特率可变，取决于定时器T1的溢出速率及SMOD的状态。串行口方式1结构示意图如图5-17所示。
图5-17 串行口方式1结构示意图
方式1发送数据时，数据由TXD端送出。CPU执行一条写入SBUF的指令后，就启动串行口开始发送数据。发送波特率由内部定时器T1控制。发送完一帧数据时，发送中断标志TI置1，向CPU申请中断。这就完成了一次发送过程。
方式1接收数据时，数据从RXD端输入。当允许接收位REN被置位1时，接收器以选定波特率的16倍速率采样RXD引脚上的电平，即在一个数据位期间有16个检测脉冲，并在第7、第8、第9个脉冲期间采样接收信号，然后用“三中取二”的原则确定检测值，以抑制干扰。并且采样是在每个数据位的中间，避免了信号边沿的波形失真造成的采样错误。当检测到RXD引脚上有从“1”到“0”的负跳变时，则启动接收过程，在接收移位脉冲的控制下，接收完一帧信息。当满足下列两个条件时：①RI=0；②接收到的停止位为1或SM2=0，将停止位送入RB8中，8位数据进入缓冲器SBUF，并置中断标志位RI为1。
【例5-13】89C51串行口按双工方式收发ASCII字符，最高位用作奇校验，要求传送码率为1200bit/s，fosc=11.059MHz。
解：ASCII码为7位，再加上1位奇偶校验位便形成8位，因此可以采用方式1来完成要求。由于采用奇校验，发送方需把P（PSW.0）的值取反后置于校验位，而接收方接收到的数据位和校验位中1的个数总和为奇数，才认为数据传输无误。
设发送数据区首地址为20H，接收区首地址为40 H。
程序清单如下：
中断服务程序如下：
发送子程序如下：
接收子程序如下：
3.方式2和方式3
串行口工作于方式2和方式3时，被定义为11位异步通信接口，其结构图与串行口方式1结构图相同，每帧数据结构为11位：最低位是起始位（0），其后是8位数据位（低位在先），第10位是用户定义位（SCON中的TB8或RB8），最后一位是停止位（1）。方式2和方式3工作原理相似，唯一的差别是方式2的波特率是固定的，即为fosc/32或fosc/64；而方式3的波特率是可变的，与定时器T1的溢出率有关。
方式2和方式3的发送过程：由“写入SBUF”信号把8位数据装入SBUF，同时还把TB8装入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器要求进行一次发送。发送开始，把一个起始位（0）送到TXD端。第9位数据（TB8）由软件置位或清零，可以作为数据的奇偶校验位，也可以作为多机通信中的地址、数据标志位。若把TB8作为奇偶校验位，可以在发送程序中，在数据写入SBUF之前，先将奇偶校验位写入TB8。
方式2和方式3接收过程：与方式1类似，方式2和方式3接收过程始于在RXD端检测到负跳变，为此，CPU以16倍波特率的采样速率不断采样RXD端。当检测到负跳变时，16分频计数器就立刻复位，同时把1FFH写入输入移位寄存器。计数器的16个状态把一位数据的传送时间等分成16份，在每一位的第7、第8、第9个状态时，位检测器对RXD端的值采样。如果所接收到的起始位无效（为1），则复位接收电路，等待下一个负跳变的到来。若起始位有效（为0）则将此起始位移入移位寄存器，并开始接收这一帧的其余位。当起始位0移到最左面时，通知接收控制器进行最后一次移位。把8位数据装入接收缓冲器SBUF，第9位数据装入SCON中的RB8，并置中断标志RI=1。
只有在产生最后一个移位脉冲，且同时满足①RI=0；②SM2=0或接收到的第9位数据为“1”两个条件时，数据装入SBUF和RB8以及置位RI的信号。上述两个条件中任一个不满足，所接收的数据帧就会丢失，不再恢复。两者都满足时，第9位数据装入TB8，前8位数据装入SBUF。
值得注意的是，与方式1不同，方式2和方式3中装入RB8的是第9位数据，而不是停止位。所接收的停止位的值与SBUF、RB8和RI都没有关系，利用这一特点可用于多机通信中。
4.波特率设置
串行口的4种工作方式对应着三种波特率方式。
对于方式0，波特率是固定的，为fosc/12。
对于方式2，波特率由振荡频率fosc和SMOD（PCON.7）所决定。即
波特率=2SMOD×fosc/64
当SMOD=0时，波特率为fosc/64；当SMOD=1时，波特率为fosc/32。
对于方式1和方式3，波特率由定时器/计数器T1的溢出率和SMOD决定，即由下式确定：
波特率=2SMOD×T1溢出率/32
定时器T1产生的常用波特率见表5-5。
表5-5 定时器T1产生的常用波特率
【例5-14】假设某89C51单片机系统，串行口工作于方式3，要求传送波特率为1200bit/s，作为波特率发生器的定时器T1工作在方式2时，求计数初值为多少？设单片机的晶振频率为6MHz。
解：因为串行口工作于方式3时的波特率为
所以 
当SMOD=0时，初值X=256-6×106/（1200×12×32/1）≈243=0F3H。
当SMOD=1时，初值X=256-6×106/1200×12×32/2）≈230=0E6 H。
由于51单片机内部寄存器都属于整数型，因此本例求出的计数初值必须取整后，才置于TH1和TL1中。但是，在取整初值基础上进行计数，溢出后产生的波特率也只能近似1200bit/s。因此，在一些对波特率的精度有严格要求的应用场合，为了能够得到精确的波特率，而又要使初值为整数，必须选择合适的晶振频率。本例中，如果晶振频率为11.0592MHz，那么，计算出初值刚好是整数。因此，在此初值基础上进行计数，就可以产生精准的波特率。这就是为什么通常采用11.0592MHz晶振频率的原因。
【例5-15】设计一个发送程序，将片内RAM 50H～5FH中的数据串行发送；串行口设定为方式2状态，TB8作偶校验位。
解：串口工作于方式2，此时帧格式为11位，其中第9位作为偶校验位，因此须把P直接置于TB8位。方式2的波特率只有两种选择，有SMOD位决定波特率是否翻倍。
程序流程图如图5-18所示。
图5-18 程序流程图
程序清单如下：
