UART（二）使用说明

STC89C52系列单片机内部集成了一个功能强大的全双工串行通信口，以下是相关引脚。

该通信口具有四种工作模式，如下。

• 其中模式0为同步通讯，该模式下，TxD引脚会作为时钟信号线，RxD作为数据信号线，该模式下只能实现半双工通讯。

• 模式1、2、3为经典的UART通讯，三者的区别在与是否有校验位，以及波特率是否可变。

  模式1的一个数据帧包含1个起始位，8个数据位和1个停止位。

  模式2和模式3的一个数据帧包含1个起始位，8个数据位，1个校验位和1个停止位。

  另外模式1和模式3的波特率可由定时器1进行配置，因而可以自由设置，而方式2的波特率直接由系统时钟决定，因而不可自由配置。

1.1 设置工作模式

​ 工作模式需要通过SCON（Serial Control，串行口控制）寄存器中的M0和SM1两个控制位进行设置，如下图所示。

​ 如果使用方式1，则应将SM0置为0，SM1置为1。

1.2 设置波特率

1.2.1 设置原理

以方式1为例:

方式1的波特率会受到两个因素的影响，分别是SMOD控制位和定时器1的溢出频率，具体作用如下图所示。

1. 以中间水平线大致分割，上面为发送模块，下面为接收模块：

2. 时钟脉冲决定了发送一帧数据的频率：

3. 最初时钟来源为定时器1的溢出频率，每溢出一次向外输出一次时钟信号，经过SMOD根据配置是否分频，再往后分频16次即为波特率：

4. 溢出频率由定时器初始值决定，SMOD由配置决定

​ 根据结构图可以得出公式，模式一的波特率为：

1.2.2 设置步骤

​ UART常用的波特率有4800、9600、19200、38400、57600、115200等，此处以9600为例。

1.2.2.1 设置SMOD控制位

SMOD控制位位于PCON（Power Control，电源控制）寄存器，如下图所示。

此处选择0，所以此时的波特率应为（定时器1的溢出率）/ 32。

1.2.2.2 设置定时器1

​ 由于定时器1当前的作用仅仅是为串口提供时钟信号，因此可不开启定时器中断，只需完成以下配置即可。

（1）选择定时器工作模式

​ 定时器1的工作模式需要通过TMOD寄存器中的C/T控制位，以及M1和M0两个控制位进行设置，如下图所示。

C/T用于设置计数/定时的工作方式，此处应选择定时模式，因此需将C/T设置为0。

M1和M0，用于配置具体的工作模式，相关配置如下。

由于没有启用定时器中断，因此无法在中断中重新设置定时器脉冲计数器的初始值，所以此处选择模式2（8位自动重装载）最为合理。

（2）设置脉冲计数器初始值

• 模式2的最大计数为2⁸=256，因此定时器1的溢出频率等于SYSclk / 12 /（256 - TH1）或者是SYSclk / 6 /（256 - TH1），假如当前MCU工作在12T模式，所以溢出频率就等于SYSclk / 12 /（256 - TH1）。
• SYSclk为系统时钟频率，工作模式为12t，则时钟频率分频12，即系统时钟频率除以12定时器计数+1；
• 寄存器为8位，可以存256个数，当TH1为255时，此时寄存器再来一次脉冲就溢出了；
• 每秒定时器溢出几次 = 定时器每秒加了多少次（SYSclk / 12），再除以它每次溢出需要多少次（256 - TH1）

​ 因此最终的波特率就应该等于SYSclk / 12 /（256-TH1）/32，假如当前的系统时钟频率为11059200Hz，目标的波特率为9600，那么就能得到以下方程

​ 所以可计算出TH1的值应为253。

（3）启动定时器

​ 定时器1的启动也无需外部引脚控制，因此应将GATE控制位设置为0，并将TR1控制位设置为1。

1.3 发送数据

​ STC89C52的串口的发送模块示意图如下。

​ 数据发送的大致流程如下：

​ 开发者将待发送的8位数据写入发送缓冲器（SBUF），此时发送控制器（Tx Control）就会开始工作，它会自动为数据添加起始位和结束位，从而构成一个完整的UART数据帧，然后逐位通过TxD引脚输出出去。当完成一个数据帧的输出之后，发送控制器会将发送中断控制位TI置1，向CPU请求中断，CPU检测到中断请求后就执行相应的中断服务程序。

​ 总结：发送数据只需要将待发送的数据写入SBUF即可。

1.4 接收数据

​ STC89C52的串口的接收模块示意图如下。

​ 默认情况下，串口并不会接收数据。如需接收数据，需要先将REN（Receive Enable）控制位置为1，REN控制位位于SCON寄存器，如下图所示。

​ 当REN置为1后，上图中的1到0跳变检测器（1-To-0 Transition Detector）就会开始工作，具体来讲就是不断检测RxD引脚的起始位。当检测到1到0的跳变后，就会启动接收控制器（Rx Control），接收控制器会将接收到数据逐位移入到输入移位寄存器（Input Shift REG），直到接收到停止位，就算完成了一帧数据的接收。

​ 正常情况下，接下来，接收控制器会将输入移位寄存器（Input Shift REG）中的数据加载到读取缓冲器（SBUF）中，并将读取中断控制位RI置1，向CPU请求中断，CPU检测到中断请求后就执行相应的中断服务程序，开发者就能在中断服务程序中读取SBUF获取当前帧的数据了。

​ 但是上述操作（加载数据到SBUF和RI置位）的执行是有条件的，满足条件才会执行，不满足，那么当前数据帧就会被丢弃，具体条件如下：

1）结束位正常

​ 开发者可以配置是否检测停止位的有效性（高电平有效）。是否检测是由SCON寄存器中的SM2控制位来决定的。SM2=1时，接收控制器就会检测控制停止位，当SM2=0时，则不会检测停止位，建议将SM2设置为0。

1）读取中断标志位为复位状态

​ 读取中断标志位RI必须等于0，也就说要保证上一帧数据已经被读取或处理完毕，才能处理当前帧。

​ 总结：接收数据需要先使能接收，也就是将REN控制位置1，然后开启串口中断，并在中断服务程序中读取SBUF。

1.5 串口中断注意事项

​ 根据前文的描述，当使用串口发送完一帧数据后，会将发送中断标志位TI置1；当串口接收到一帧数据后，会将接收中断标志位RI置1。需要注意的是两个控制位请求的是同一个中断——串口中断（中断号为4）。

​ 也就是说发送完一帧数据和接收完一帧数据之后，执行的都是串口中断的中断服务程序，因此，再编写该中段服务程序时，需要注意判断当前中断到底是由发送操作触发的，还是由接收操作触发的，代码示例如下。

/*
 * 串口中断的中断号为4
 */
void Dri_UART_Handler() interrupt 4
{
    /* 检查接收中断标志位RI，如果为1，表示有一帧数据接收完成 */
    if (RI == 1) {
    }

    /* 检查发送中断标志位TI，如果为1，表示有一帧数据发送完成 */
    if (TI == 1) {
    }
}

​ 另外RI和TI标志位，只能由软件复位，也就是需要在中断服务程序中将其设置为0，如下。

/*
 * 串口中断的中断号为4
 */
void Dri_UART_Hander() interrupt 4
{
    /* 检查接收中断标志位RI，如果为1，表示有一帧数据接收完成 */
if (RI == 1) {
        RI = 0;
    }

    /* 检查发送中断标志位TI，如果为1，表示有一帧数据发送完成 */
    if (TI == 1) {
        TI = 0;
    }
}