8051异步串口的收发原理

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异步串口通信的基本原理是，点对点异步，没有时钟线没有地址，以低电平为开始位，高电平闲置，通信双方约定相同的数据帧大小，还有在相同的波特率下，收发顺利进行。异步串行通信可双线同时收发，为全双工通信。数据帧内容包括一个开始位、5到9个数据位、一个可选的检验位和一到两位的停止位。

以上是异步串口通信的通用原理，但具体的通信过程是怎样的呢？这就得拿一个具体的实现——8051的built-in UART来分析一下了。

8051的built-in UART可以通过软件编程工作于四种模式：模式0、模式1、模式2和模式3。这里以比较常用的模式1——8位可变波特率的UART——来简要分析一下其异步通信过程。

模式1的帧大小为10位：一个开始位（0）+八个数据位（最低有效位先）+一个停止位（1），在接收方，停止位被送入串口的控制寄存器SCON的RB8。下图为模式1的功能简图：

［异步串行传输的发送］由一个“写入SBUF”信号触发，任何以SBUF寄存器为目标寄存器的指令被执行都产生“写入SBUF”信号，如MOV SUBF,A。“写入SBUF”信号同样向［移位寄存器］的第九位写入1，并且发一个信号给［TX控制单元］，向其请求一次发送。数据传送的实际开始点是下一个发送脉冲（TX CLOCK）的到来时，不是与“写入SBUF”信号同步，看下面的时序图。［TX控制单元］的工作脉冲——发送脉冲（TX CLOCK）是对系统发来的时钟脉冲经一个［四位计数器］拉伸16倍后获得，而［下沿降检测单元（1-to-0 transtition detector）］是直接使用系统发来的时钟脉冲工作，因此，对接收信号（RXD）采样的速度比发送高16倍。

由于［DATA控制线］默认输出为低电平，它与［移位输出线］输入一个［与门］后也是低电平，而［SEND控制线］默认输出为高电平，二者输入一个［或门］后，输出是高电平，TXD空闲是高电平。［TX控制单元］在第一个发送脉冲拉低SEND控制线，TXD发出一个低电平开始位，一个发送脉冲过后，［TX控制单元］拉高DATA线，TXD的输出取决于移位输出。尔后，TX控制单元每发送一个移位脉冲就有一位数据发送到TXD。数据位从右边移出后，左边移入0。当移剩［最高有效位］时，最高有效位的左边是最初送的第九位1，左边其余位全是0，这种模式会被zero detector检测到，并置［TX控制单元］进入［发送最后一位］状态——发送一位后拉高SEND线，并置中断标志TI，向MCU发了“发送完毕”的中断请求。［发送最后一位］发生在“写入SBUF”信号后的第十个发送脉冲。

［异步串行传输的接收］由［下沿降检测单元］在RXD线检测到1到0的跳变触发。前面已经指出，下沿降检测单元16倍于波特率的速度对RXD进行采样，也就是说，每一个发送脉冲采样16次。当检测到一个1到0的跳变，分频的四位计数器被重置，重置计数器是因为1到0的跳变可能出现在任何一个采样周期，重置计数器可对齐发送脉冲与接收脉冲的边沿，做到真正的同步。计数器被重置的同时，1FFH被写入［输入移位寄存器］（input shift register）。

在每一个接收脉冲，RX控制单元（RX CONTROL）会控制［位检测单元（bit detector）］在第七、第八和第九个采样周期去检测RXD三次，检测的结果必须至少两次稳定才被确认。检测三次是为了去除噪音的可能。如果第一个接收脉冲被确认的值不是0，整个电路会被重置，回到当初的反复检测RXD有无1到0的跳变的状态。如果确认是0，那么0会被右移入［输入移位寄存器］，数据帧的接收处理开始。

数据位从右边移入［输入移位寄存器］，初始的1从左边移出。当开始位（0）被移到最左的一位（模式1时是九位长的移位寄存器），RX控制单元被反馈［尾位操作信号］，进入最后一次移位，移入最后一位后，RX控制单元根据是否满足以下两个条件，决定是否将九位数据分别载入SBUF和RB8，最后拉高RI。

• 第一，RI=0，这说明上一帧数据接收完后发出的中断请求已被响应，SUBF中的数据已经被取走；
• 第二，SM2=0 或者 接收的停止位为1；停止位不为1说明数据帧有错；SM2为0指明本机为多机通信中的目标从机，可以接收数据；

如果不满足，丢弃接收到的数据帧。不管是否接收数据帧，最后整个电路都回到当初的反复检测RXD有无1到0的跳变的状态。

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