80C51¶

上课不要听，花两到三次课或者整块的空闲时间把这一套课程听完。讲的简洁易懂特别好。 看完视频之后直接把作业做掉，实验做了，可以结合实验对所学知识有一个更深的了解。 期末的时候再结合课件做补充。

重点理解

• C51 资源分布：CPU 里边有哪些东西，代码放在哪里？变量放在哪里？怎么取出来
• PC 指针及其作用
• 存储器的分布，各个部分都是放什么的。SFR 中的各个寄存器可以控制单片机的各种资源
• 最后了解汇编

简介 ¶

• 什么是单片机

一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入 / 输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。

而在单片机中，这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片机（单芯片）

• 8 位 CPU
• 4K ROM 存放程序
• 128B RAM 存放数据
• IO 接口
• 2 个 16 位定时计数器
• 1 个全双工可编程串行口

数据总线、地址总线、控制总线

结构 ¶

单片机应用原理篇之 80C51 的 CPU_ 哔哩哔哩 _bilibili

引脚 ¶

缺口左侧是 1 号口

单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类：

电源、时钟、控制和 I/O 引脚。

电源引脚：Vcc 40 脚 :5V；Vss 20 GND

控制引脚：RST 9 高电平复位；ALE；

80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0,P1,P2,P3 口, 共 32 个引脚。

CPU¶

CPU 的位数：8 位

CPU 的作用：取指令，译码，执行

CPU 的构成

• 运算器

寄存器 B：乘除法

累加器 A：最繁忙的寄存器

PSW 程序状态字寄存器

• 控制器

• 程序计数器 PC（16 位，24K），控制读取的代码；一开始指向 0000H，跳转到 30H 开始执行

;30H开始放代码
MOV A,20H
MOV B,20H
MOV C,20H

• 数据指针寄存器 DPTR（data pointer）;16 位，可寻址范围 64KB; 指向外部 ROM 或 RAM 的地址指针

存储器构造¶

看总线区分哈佛和冯诺依曼：数据总线和地址总线

• 哈佛结构 RAM 和 ROM 是分开的；独立结构；可以同时获得数据和代码

• 冯诺依曼结构 RAM 和 ROM 是相邻的，统一编址（分时）

51 单片机是改进哈佛结构，分时复用，一套数据地址总线，通过指令的方式区分

4 个物理存储空间，实际是 3 个逻辑存储空间； 地址总线是 16 位的，最大不可以超过 64K

程序存储器 ROM |READ ONLY MEMORY ¶

在 89C51 中的 ROM 是一种电可擦除的 ROM，称为 FLASH ROM

存放程序、表格常数；

在运行过程中只读不可写，掉电不丢失数据。

EA 引脚，EA=1 方案 1，EA=0 方案 2

• 方案 1:4K 以内地址在片内 ROM，大于 4K 的在片外 ROM
• 方案 2：片内 ROM 禁用，全部存放在片外

数据存储器 RAM |READ RANDOM MEMORY ¶

所谓随机存取存储器，即随时能改写，也能读出里面的数据，它类似于我们的黑板，我能随时写东西上去，也能用黑板擦擦掉重写。

空间分配

低 128 字节 real RAM 00H-7FH

• 1 工作寄存器区：4x8bytes 每个区域都是 R0-R7; 只能选一组

• 2 可位寻址区：对 00H-7FH 进行位编址，通过指令区分

• 3 用户 RAM 区

1 和 3 只能字节寻址，只有 2 可以位寻址

高 128 字节 SFR 特殊功能寄存器 80H-FFH

以 0 或 8 结尾的可以容许位寻址

复位 ¶

复位——使单片机回复原始默认状态的操作

复位 RES

• A = 0
• PSW = 0
• PC = 0
• DPTR = 0
• SP = 07H

RST（9pin）：出现 2 个机器时间的高电平状态

I/O¶

先易后难，所以 P1-P3-P0-P2

80C51 共有 4 个 8 位并行 I/O 端口：P0,P1,P2,P3 口, 共 32 个引脚。

1. P0 口既可以作为普通 I/O 口，又可以作为外部扩展时的数据总线和地址总线的低 8 位，分时复用；作为普通 I/O 口时，外部要接上拉电阻。
2. P1 口可以作为普通 I/O 口使用，内部带上拉电阻。
3. P2 口可以作为普通 I/O 口使用，又可作为外部扩展时地址总线的高 8 位，作为普通 I/O 时，内部带上拉电阻。
4. P3 口作为普通 I/O 时，内部带上拉电阻。第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）

P1

具有通用 IO 口的方式，可实现输出，读引脚、读锁存器三种功能

外部电平跟随内部总线上的电平

• 读取外部操作的时候，读引脚（最下边）高电平，可以读入
• 读内部的锁存器：如对总线进行取反等操作的时候，

注意：

• 内部总线先写 1，使得场效应管先处于截止的状态，不然可能中间有回路导通，一直读取的是 0
• 最高带 4 个 LSTTL
• 拉电流与灌电流区别

P3

• 通用 IO 口：可实现输出、读引脚、读锁存器三种功能
• 准双向通用口，作为通用输入口之前应显示 P3.n 置 1，通用输出口应该使第二输出端置 1
• 普通 IO 第二输出为 1，完全由锁存器 Q 端决定，即由内部总线决定

输入功能的时候，内部引脚也要置 1

P0，P2

中断 ¶

流程 ¶

中断系统是为使 CPU 具有对外界紧急事件的实时处理能力而设置的, 当中央处理机 CPU 正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件请求，要求 CPU 暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。

CPU 执行程序过程中，在每个机器周期的S5P2期间，中断系统对各个中断源进行采样。

RETI中断函数返回，清除中断状态的标志位，否则如果来了一个小于等于当前中断优先级的中断事件不会响应

具体流程可以看这个视频，很清楚。

核心逻辑 通过程序代码和中断机制控制程序计数器 PC，让 PC 来回在不同代码段之间切换。 在 0000H-0030H 中有很多个中断地址，每个有 8 个字节，保存中断函数的位置地址

中断响应与子程序调用的区别

• 函数的执行是由程序员事先安排好的（由一条调用函数指令来转入）, 而中断服务程序是由随机的中断事件引起的 ;

• 函数的调用受到主调函数控制
  而中断服务程序一般与被中断的程序毫无关系 ( 没有从属关系 );

• 有可能发生多个中断事件同时请求 CPU 服务的情况。

• 地址中断响应程序的入口地址固定，而函数或者子程序调用中的子函数可以放在程序空间的任意位置。

• 中断返回指令RETI , 子程序返回指令RET

• 有两种保护方式：外部保护再进子程序 ; 进入子程序后再保护。中断事件保护现场只能放在中断服务当中，不能提前保护现场

中断系统结构 ¶

EA 虚线代表几个开关是联动的

中断源 ¶

5+1 = 6 个中断源：两个外部中断，两个定时中断，两个串行中断

• \(\overline{INT0}\)（P3.2）。可由IT0(TCON.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当 CPU 检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1)置 1，向 CPU 申请中断。
• \(\overline{INT1}\)（P3.3）。可由IT1(TCON.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当 CPU 检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1(TCON.3)置 1，向 CPU 申请中断。
• TF0（TCON.5）, 片内定时 / 计数器T0溢出中断请求标志。当定时 / 计数器T0发生溢出时，置位TF0 , 并向 CPU 申请中断。
• TF1（TCON.7）, 片内定时 / 计数器T1溢出中断请求标志。当定时 / 计数器 T1 发生溢出时，置位TF1 , 并向 CPU 申请中断。
• RI（SCON.0）或TI（SCON.1）, 串行发送 / 接受
  串行口中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI , 向 CPU 申请中断。

起始地址开始的 8 个地址

在第 2 章中已经讲过，地址为 0003H-002AH 的共 40 个单元是单片机 5 个中断源的中断服务程序存放地址区，它被分为 5 段，每段 8 个单元，分别分配给 5 个中断源，具体分配如下：

开关（都在 SFR）¶

TCON（定时 / 计数器控制寄存器）

触发：低电平 or 下降沿

• IT0（TCON.0）, 外部中断 0 触发方式控制位。
  当 IT0=0 时，为电平触发方式。
  当 IT0=1 时，为边沿触发方式（下降沿有效）。

• IE0（TCON.1）, 外部中断 0 中断请求标志位。

• IT1（TCON.2）, 外部中断 1 触发方式控制位。

• IE1（TCON.3）, 外部中断 1 中断请求标志位。

• TF0（TCON.5）, 定时 / 计数器T0溢出中断请求标志位。

• TF1（TCON.7）, 定时 / 计数器T1溢出中断请求标志位。

SCON( 串行口控制寄存器 )

IP（2 个人为优先级）

IE（中断使能寄存器） 响应需要总开关打开且子开关打开

优先级 ¶

• CPU 总是先响应优先级别最高的中断请求。

• 不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断

• 能被高优先级中断请求所中断

打印机发送打印任务，中断，CPU 处理其他任务

实例 ¶

• 中断源有中断请求

• 此中断源的中断允许位为 1

• CPU 开中断（即 EA=1）

中断程序标准写法：

    ORG 0000H
START:
    LJMP MAIN                ;跳转到主程序
    ORG 0003H
    LJMP INT0                ;转向中断服务程序
    ORG 0030H                ;主程序
MAIN:
    CLR IT0                      ;设为电平触发方式
    SETB EA                     ;CPU开放中断
    SETB EX0                   ;允许中断
    MOV  DPTR,#1000H   ;设置数据区地址指针
    AJMP $
    ORG 0200H                  ;中断服务程序
INT0:
    PUSH PSW                  ;保护现场
    PUSH ACC
    CLR P3.0                     ;由P3.0输出0
    NOP;
    NOP;
    SETB P3.0     ;由P3.0输出1,撤除       
    MOV A,P1     ;输入数据
    MOVX   @DPTR,A    ;存入数据存储器
    INC   DPTR     ;修改数据指针,指向下一个单元
    ... ... 
    POP ACC                     ;恢复现场
    POP PSW
    RETI                              ;中断返回

外部中断的扩展 ¶

多外部中断源的系统示例。

设有 5 个外部中断源，中断优先级排队顺序为：XI0、XI1、XI2、XI3、XI4。试设计它们与 80C51 单片机的接口。

    ORG  0003H
    LJMP INSE0       ;转外部中断0服务程序入口
    ORG  0013H
    LJMP INSE1  ;转外部中断1服务程序入口
    … …
    … …
INSE0:  
 PUSH PSW ;XI0中断服务程序
    PUSH ACC
    … …
    … …
    POP  ACC
    POP  PSW
    RETI 
INSE1:
 PUSH PSW         ;中断服务程序
    PUSH ACC
    JB P1.0,DV1    ;P1.0为1,转XI1中断服务程序
    JB P1.1,DV2     ;P1.1为1,转XI2中断服务程序
    JB P1.2,DV3     ;P1.2为1,转XI3中断服务程序
    JB P1.3,DV4     ;P1.3为1,转XI4中断服务程序
INRET:
 POP ACC
    POP PSW
    RETI
DV1:
    … …             ;XI1中断服务程序
    AJMP INRET
DV2:
 … …             ;XI2中断服务程序
    AJMP INRET
DV3:
 … …             ;XI3中断服务程序
 AJMP INRET
DV4:
 … …             ;XI4中断服务程序
 AJMP INRET

定时 / 计数 ¶

时序 ¶

时序是对象（事件、信息）按照时间顺序组成的序列关系

时序图最为常用。

纵轴表示电平

晶振fosc

机器周期、指令周期、振荡周期、状态周期

1 状态 = 2 振荡

1 机器 = 12 振荡

1 指令 = 1~4 个机器周期

1 个指令周期 =N 个机器周期 =6N 个状态周期 =12N 个节拍 =12N 个时钟周期 =12N 个振荡周期

• 如果晶振频率 \(f_{osc} = 12 MHz\), 则时钟周期 \(T_{clock}\) 为： \(T_{clock} = \frac{1}{12 \times 10^6 Hz} = 83.33 ns\)

• 如果某个微处理器的一个机器周期需要 12 个时钟周期完成，则机器周期 \(T_{machine}\) 为： \(T_{machine} = 12 \times 83.33 ns = 1\mu s\)

;简单
DELAY:
    MOV R7,#TIME
LOOP:
    NOP
    NOP
    DJNZ R7,LOOP
    RET

;定时较长
DELAY:
    MOV R5,#TIME1
LOOP2:
    MOV R7,#TIME2
LOOP1:
    NOP
    NOP
    DJNZ R7,LOOP1
    DJNZ R5,LOOP2
    RET

定时器 / 计数器结构 ¶

2 个 16 位定时器、计数器：

• T0 由两个 8 位 SFR TH0（high）TL0（low）构成
• T1 由两个 8 位 SFR TH1 TL1 构成

定时器在单片机内部就像一个小闹钟一样，根据时钟的输出信号，每隔“一秒”, 计数单元的数值就增加一，当计数单元数值增加到“设定的闹钟提醒时间”时，计数单元就会向中断系统发出中断申请，产生“响铃提醒”, 使程序跳转到中断服务函数中执行 - 定时器：机械周期，晶振已知；对片内时钟进行计数;计数值 N 乘以机器周期\(T_{cy}\)就是定时时间\(t\) 。 - 计数器：例如光电码盘测量电机转速；对 Tx 引脚输入的脉冲进行计数

加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来;一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。

寄存器 ¶

控制寄存器TCON¶

TR0 TR1 控制定时计数器的启动停止

TF0 TF1 溢出中断请求标志位

工作方式寄存器TMOD ¶

低四位 T0，高四位 T1

• M0M1：工作方式设置位工作在 4 种模式

  M1M0	工作方式	说明
  00	方式 0	13 位定时计数器
  01	方式 1	16 位定时计数器
  10	方式 2	8 位自动重装定时计数器
  11	方式 3	T0 两个独立 8 位计数器，T1 停止计数

• CT：定时控制器选择位：工作在定时模式（0）还是计数模式（1）

• GATE：启停模式

中断允许控制寄存器 IE ¶

开启 ET1,ET0 才能中断

工作方式 ¶

兼容 48 芯片，所以有 4 种工作状态

方式 0 ¶

方式 0 为 13 位计数，由 TL0 的低 5 位（高 3 位未用）和 TH0 的 8 位组成

定时模式 Gate = 0,CT = 0

Gate = 1：由 INT0 进行控制

Gate = 0：或门让右侧一直是 1 , 完全由 TR 决定

分析上图可以得出设置规律

• 计数外部脉冲个数： \(1～8192(2^{13})\)

• 定时时间： \(T～8192T\)

• \(f_{osc}=12MHz\),\(T=1\mu s\) 时，最大定时时间：\(8.19ms\)

控制不同初始值来控制定时时间：溢出后会中断

初始化定时 / 计数器时，初值 N 计算 :

• 定时机器周期数：\(N=\frac{t}{T}\) ——定时时间 / 机器周期
  
• 计数初值：$X=2^{13}-N $​——计数最大值与计数值之差
  

设置 TR = 1,CT = 0,GATE = 1;
INT0 输入，高电平时候，计时开始 ; 就可以记录高电平有多少个机械周期

=== "TMOD 进行初始化 "

- GATE=0（用 TR1 位控制定时的启动和停止）<br>
- C/T =0（置定时功能）<br>
- M1M0=00（置方式 0）<br>
- 因定时/计数器 0 不用，可将其置为方式 0（不能置为工作方式 3）<br>
- 这样可将 TMOD 的低 4 位置 0，所以（TMOD）＝00H。<br>

=== "计算定时初值"

    $[2^{13}- X]\times 2=500 X=7942D=1111100000110B$
    将低 5 位送 TL1，高 8 位送 TH1 得：$(TH1)＝F8H$,$(TL1)=06H$

=== "代码实现"
    ```assembly
        ORG 0000H
        LJMP MAIN
        ORG 0300H
    MAIN:
        MOV TMOD,#00H    ;TMOD 初始化
        MOV TH1,#0F8H    ;设置计数初值
        MOV TL1,#06H
        MOV IE,#00H      ;禁止中断
        SETB TR1         ;启动定时
    LOOP: 
        JBC TF1,ZCZ      ;查询计数溢出
        AJMP LOOP
    ZCZ:  
        MOV TL1,#06H     ;重新置计数初值
        MOV TH1,#0F8H
        CPL P1.1          ;输出取反
        AJMP LOOP         ;重复循环
    ```

方式 1 ¶

16 位计数 65536

GATE 为 1 的时候，由 INT0 决定

可以用来测量脉宽

ORG   0000H  
LJMP  MAIN                ;跳转到主程序
ORG   000BH              ;T0的中断入口地址
LJMP  DVT0                ;转向中断服务程序
ORG   0100H

MAIN：
    MOV   TMOD,#01H   ;置T0工作于方式1
    MOV   TH0,#0D8H   ;装入计数初值
    MOV   TL0,#0F0H          
    SETB  ET0    ;T0开中断
    SETB  EA    ;CPU开中断
    SETB TR0    ;启动T0
    SJMP $     ;等待中断,程序一直停在这里,直至中断。
DVT0:
    CPL  P1.0                ;P1.0取反输出
    MOV  TH0,#0D8H          ;重新装入计数值
    MOV  TL0,#0F0H           
    RETI                            ;中断返回
    END

方式 2 ¶

8 位自动重装定时计数器

• 方式 0，方式 1，溢出后变成 0000，需要重新设置初始值

• 方式 2，可以自动将 TH0 中的值压入 TL0，不需要人工赋值

一般 C/T = 0,GATE =0

计数外部脉冲个数范围：1～256(\(2^8\))

定时时间范围：T～256T

=== "TMOD 初始化 "

- M1M0=10（方式 2）

- CT=1（计数功能)

- GATE=0（TR1 启动和停止）

因此（TMOD）=60H。

=== "计算计数初值"

 $2^8-100=156D=9CH$  所以 $TH1=9CH$

```assembly
ORG 0000H
AJMP MAIN     ;跳转到主程序
ORG 001BH     ;定时/计数器 1 中断服务程序入口地址
INC A
RETI
ORG 0030H

MAIN: 
 MOV TMOD #60H ;TMOD 初始化
 MOV TL1,#9CH ;首次计数初值
 MOV TH1,#9CH   ;装入循环计数初值
 SETB EA   ;开中断
    SETB ET1
    SETB TR1       ;启动定时/计数器 1
HERE: SJMP $        ;等待中断
```

方式 3 ¶

T0 分成两个 8 位定时 / 计数器 TL0 和 TH0 ;

TL0既可计数也可定时，是一个 8 位定时 / 计数器。占用了 T0; 所有控制位：C/T,TR0,GATE,TF0 和 INT0、T0 引脚 ;

TH0只能作为定时器，因为 T0 已被 TL0 占用，TH0 用 T1 的控制位：TR1、TF1;

如果定时 / 计数器 T0 工作在方式 3,T1 只能工作在 0、1、2 方式。此时由于 T1 的运行控制位 TR1 及计数溢出标志位 TF1 已被定时 / 计数器 T0 借用，这时，T1 作为串行口的波特率发生器使用。

; 定时器0初始化
MOV TL0, #0B3H ; 设TL0初值(100us定时)
MOV TH0, #66H ; 设TH0初值(200us定时)
MOV TL1, #0F6H ; 设TL1初值(波特率为2400)
MOV TH1, #0F6H ; 设TH1初值
SETB TR0 ; 启动TL0
SETB TR1 ; 启动TH0
SETB ET0 ; 允许TL0中断
SETB ET1 ; 允许TH0中断
SETB EA ; CPU中断开放
AJMP $

; 定时器0中断服务程序
ORG 0200H
ITL0: MOV TL0, #0B3H ; 重装定时常数
CPL P1.0 ; 输出方波(200us)
RETI
ITH0: MOV TH0, #66H ; 重装定时常数
CPL P1.1 ; 输出方波(400us)
RETI

; 主程序
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 000BH ; TL0的中断入口
AJMP ITL0
ORG 001BH ; TH0的中断入口
AJMP ITH0
ORG 0100H
MAIN: MOV SP, #60H ; 设栈指针
MOV TMOD, #23H ; 设T0为方式3,T1为2

初始化 ¶

设置工作方式 TMOD

确定用 T0 还是 T1：初始化 TMOD 高四位还是低四位

定时模式还是计数模式：CT

方式 0-3 使用哪一种：M1M0

控制模式：GATE

计算初始值

计算加 1 计数器的计数初值 Count，并将计数初值 Count 送入 TH、TL 中

初始值 = 上限 - 计数值

计数方式时： \(X=M-计数值\)

定时方式时：定时值 \(t(\mu s)=(M—X)\cdot T_M=\frac{12}{f_{osc}(M-X)}\), 所以 \(X=M-t(\mu s)\times f_{osc}(MHz)_{12}\)。

• M 为定时计数器溢出值：\(2^N,N=13,16,8\)

• \(T_M\)​单片机时钟周期

若采用中断方式，则应设置 IE

TCON

启动计数器工作 TCON，启动定时计数器使 TR0 或 TR1 置位

// 设置工作方式：GATE,C/T,M1M0→TMOD
TMOD = 0x01; // 定时器 0 工作在模式 1

// 设置加 1 计数器初值：Count→TH,TL
TH0 = 0xFC;  // 高 8 位初值
TL0 = 0x66;  // 低 8 位初值

// 启动定时/计数器：1→TRx (x=0,1)
TR0 = 1;     // 启动定时器 0

// 开中断：1→ETx (x=0,1),1→EA
ET0 = 1;     // 使能定时器 0 中断
EA = 1;      // 总中断使能

串口通信 ¶

数据通信 = 数据处理 + 数据传输

MCS-51 单片机的串行口——全双工的异步串行通信接口（即：通用异步收发器 UART）

它内部包括一个发送器和一个接收器，实现 CPU 并行输出→串行发送，串行接收→CPU 并行接收的转换功能。

概念 ¶

有部分内容其实是计网物理层的内容

物理接口 ¶

参考串口、COM 口、UART 口，TTL、RS-232、RS-485 区别详解 - 知乎 (zhihu.com)

单片机应用原理篇之串行通信基本概念 _ 哔哩哔哩 _bilibili

串口、UART 口、COM 口、USB 口是指的物理接口形式 ( 硬件 )

电平标准（电信号）¶

TTL、RS-232、RS-485 是指的电平标准 ( 电信号 )

COM 口一般是 RS232，只是把 UART 的高电平电压增大了，以便传得更远，而 RS485 又在此基础上把低电平改成了负电压，从而把信号改成了差分信号，增加了抗干扰能力。其实信号的本质并没有变化。

通信方向 ¶

全双工： 通信双方可以在同一时刻互相传输数据

半双工： 通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线；

在发送时候不可以接收，在接收的时候不可以发送

对讲机

单工： 通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输

同步异步 ¶

异步：

通信双方各自约定通信速率，

传输数据是以字符为单位的，待传送的字符串中的每个字符均加上起始位、停止位、校验位等控制信息位，构成一个字符帧。空闲的时候发送的是高电平 5V；起始位有低电平

帧与帧之间的时间间隔是任意的

同步：

通信双方靠一根时钟线来约定通信速率

通信速率 ¶

通信速率是以每秒传送多少个二进制位来度量的，这个速率称作波特率（Baud Rate）, 其单位为 bps（bits per second，位 / 秒）

常用波特率：300,600,1200,2400,4800,9600,19200

总线：连接各个设备的数据传输线路（类似于一条马路，把路边各住户连接起来，使住户可以相互交流）

先确定波特率，让定时器产生波特率，约定波特率再通信

串口通信结构 ¶

串行数据缓冲寄存器 SBUF（99H）¶

（逻辑地址只有一个，两个物理地址）

类似于一个教室有两个门

虽然接收和发送 SBUF 使用同一个逻辑地址，但物理是两个地址

接收移位寄存器，每收到一个位，就左移一个位，满载（8bit）以后就移到 SBUF 当中

接收最多 2Byte，主动发送最多 1Byte

接收方有两级缓存

串行口控制寄存器 SCON ¶

• SM0、SM1——串行口工作方式选择位。

• SM2——多机通信控制位 ( 主要用于方式 2 和方式 3)

• REN－允许 / 禁止串行口接收控制位：REN=1，允许接收 ;REN=0，禁止接收。可通过软件对该位进行设置

• TB8－第 9 位发送数据：方式 0 中不使用 TB8。在方式 1 中，TB8 为停止位，在方式 2 和方式 3 时，TB8 的内容是要发送的数据格式中的第 9 位。

• RB8－第 9 位接收数据：方式 0 中不使用 RB8；方式 1 中 RB8 为接收到的停止位；方式 2 和方式 3 时，RB8 存放接收到的第 9 位数据，在双机通信中，作为奇偶校验 ; 在多机通信中，用作区别地址帧 / 数据帧的标志。

• TI ——发送结束和发送中断标志位：串行发送停止位的开始时候，内部硬件置 1；注意要清零

• RI——接收结束和接收中断标志位

可以通过检验 TI RI 来判断是否接受、发送结束

电源控制寄存器 PCON ¶

PCON 的单元地址为 87H，其内部各位均不能进行位寻址

SMOD 为串行口波特率倍增位，当串行口工作在方式 1 和方式 3 时，其波特率可调。调节手段之一便是利用 SMOD。

（1）若 SMOD=0，波特率不倍增 ;

（2）若 SMOD=1，则选定的波特率倍频 1 倍 ;

系统复位时，SMOD 自动清零

串口工作方式 ¶

帧的结构和通信速率不同

工作方式 0 ¶

发送 / 接收过程：SBUF 中的串行数据由 RXD 逐位移出 / 移入

（低位在先，高位在后）;TXD 输出移位时钟，频率 = $frac{fosc}{12} $ ;

每送出 / 接收 8 位数据 TI/ RI 自动置 1; 需要用软件清零 TI/ RI。

发送完成后，TI 就置 1

串行口在方式 0 下的工作并非是一种同步通信方式，经常配合“串入并出”“并入串出”移位寄存器一起使用，以达到扩展一个并行口的目的。扩展电路如下图所示。

51 的 RXD 传入有效信息位，TXD 机械周期放到时钟，对外展示并行输出

如要发送数据，查询方式的程序如下：

MOV SCON,#00H ;串行口方式0
MOV SBUF,A  ;将数据送出
JNB TI,$         ;等待数据发送完毕,等待TI=1,即发送完成
CLR TI           ;为下次发送作准备，手动软件清零不要忘记

注意：复位时，SCON 已经被清零。

• 发送条件：TI=0。

• 接收条件：TI=0，置位 REN=1（允许接收数据）。

工作方式 1 ¶

10 位的异步通信：1 位起始位 +8 位信息位 +1 位结束位

波特率可变，由定时器 1 的波特率决定

波特率设置

• 波特率 = \((2^{SMOD}/32) \times (定时/计数器 1 的溢出率)\)
• 定时 / 计数器 1 的溢出率 =$ frac{f_{osc}}{12 times (256 - 初值 )}\(；溢出率指的是 T1 溢出的频率，计算出 T1 溢出一次的时间\)T\(，那么\)frac{1}{T}$ 就是 T1 的溢出率
• 波特率 = \(2^{SMOD}/32 \times \frac{f_{osc}}{12 \times (256 - 初值)}\)
• 定时器初值 = \(256 - \frac{f_{osc} \times 2^{SMOD}}{384 \times 波特率}\)

为了能够被 384 整除

串行口工作时，\(f_{osc}\) 常取 11.0592M 而非 12M，是因为 11.0592M 时能提供更精确的波特率。12M 晶振计算出的定时器 T1 初值不是整数，会产生累计误差

;发送代码
    MOV SCON,#40H    ;串口工作在方式1下
    MOV A,P1
    MOV SBUF,A    ;启动串口发送
LP:   
    JNB TI LP    ;等待发送完成
    CLR TI           ;发送完成后清TI

;接收代码
     MOV SCON, #50H; 串口工作在方式1,启动接收
LP: 
     JNB RI LP        ;  等待接受完毕
     MOV A, SBUF ;把收到的数据保存下来
     MOV P1, A      ;接收到的数据送P1口
     CLR RI               ;  清接收中断标志

工作方式 2 ¶

1 位起始位 +8 位数据 +1 位校验 +1 位终止

发送过程

A、首先根据要传送的 8 位数据的特征 ( 如奇偶、地址 / 数据特征 ) 决定第 9 个信息位的状态。

B、启动串口发送（MOV SBUF,A 或 MOV SBUF,#XXH）。按起始位、数据位 D0～D7、校验位、停止位的顺序将该帧信息以规定的波特率逐一从 TXD 引脚移出。

C、待发送完毕后自动将 SCON 中的 TI 位置 1，表示发送过程结束。

接收过程

A、软件将REN置 1，启动串行口在方式 2 下的接收过程 ;

B、UART 自动地按规定的波特率从引脚RXD上逐位接收信息，移入串口中的接收移位寄存器。

C、接收完毕后，将接收移位寄存器中的数据位 D0～D7 锁入SBUF。同时将校验位送入SCON中的RB8位，自动将SCON中的 RI 置 1，表示接收过程结束。编程时可通过查询和中断方式对下一步进行处理。

波特率设置

倍频：SMOD = 1 波特率 = \(\frac{2^{SMOD}\times f_{osc}}{64} = \frac{f_{osc}}{32}\)

不倍频：SMOD = 0 波特率 = \(\frac{2^{SMOD}\times f_{osc}}{64} = \frac{f_{osc}}{64}\)

工作方式 3 ¶

多级通信 or 奇偶校验

在方式 3 下，串行口的结构、传送的帧格式、各位的定义皆与方式 2 相同，唯一的区别在于工作方式 3 通信的波特率是可编程的。

串口初始化 ¶

RITI 不会自动清零 必须软件清零

方式 0 的波特率 =$ frac{fosc}{12}$

方式 2 的波特率 =\((\frac{2^{SMOD}}{64})\cdot fosc\)

方式 1 的波特率 =\((2^{\frac{SMOD}{32}}) \times (T1 的溢出率)\)

方式 3 的波特率 =\((2^{\frac{SMOD}{32}}) \times (T1 的溢出率)\)

编程 ¶

查询方式 ¶

指令查询标志位 TI 和 RI：

TI =1，一帧发送完，TI≠1，没有发送完

RI=1，一帧数据已送到，RI≠1，没有送到

中断方式¶

设置中断允许，以TI和RI作为中断请求标志位，TI=1或RI=1均可引发中断。

通过 MCS-51 串行口按模式 1 发送存放在片内RAM 20H～3FH中的数据，要求传送的波特率为1200bps。编写有关的通信程序。 fosc=11.0592MHz。

=== "计算"
    设串行口为方式1,定时器/计数器T1为方式2作为串行口的波特率发生器。可以避免计数溢出后用软件重装定时初值的工作。
    $波特率 = \frac{2^{SMOD}}{32}\times \frac{fosc}{12\times(2^8-TH1)}$
    取$SMOD＝0$
    $(TH1)＝232＝0E8H$

=== "程序代码"
    ```assembly
    ;A机发送程序
    MOV  TMOD,#20H ;设T1为方式2
    MOV  TL1,#0E8H ;T1定时常数
    MOV  TH1,#0E8H
    SETB TR1 ;启动T1
    MOV SCON,#01000000B;设串行口为方式1
    MOV  R0,#20H  ;设发送数据区首址
    MOV  R7,#32  ;发送32个ASCII码数据
    LOOP:
        MOV A,@R0 ;取ASCII码数据
        MOV SBUF,A ;带校验位发送
        JNB TI,$ ;发送等待
        CLR TI ;清TI标志 
        INC  R0 ;未发送完,则继续
        DJNZ R7,LOOP
    ```

=== "B机接收"
    采用查询方式，本例与上例相呼应，接收器把接收到的32个数据存放在20H－3FH单元内，波特率同上。
    ```
    MOV   SCON，#01010000B    ；设串口方式1，允许接收
    MOV   TMOD，#20H；设置定时器T1为方式2
    MOV   TL1，#0E8H                  ；初值，波特率为1200b/s
    MOV   TH1，#0E8H  
    SETB  TR1                               ；启动T1运行
    MOV   R0，#20H                       ；数据存放首地址
    MOV   R7，#32                        ；数据块长度
    LOOP: JNB   RI，$          ；RI由硬件置位
    CLR   RI             ；软件清除RI
    MOV  A，SBUF 
    MOV    @R0，A                    ；存放接收的数据
    INC      R0
    DJNZ   R7，LOOP

    ```