Последовательный порт

Через универсальный асинхронный приёмопередатчик UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) происходит передача информации, представленной последовательным кодом (младшими битами вперед), в полном дуплексном режиме обмена. В состав UART, называемого часто последовательным портом, входят принимающий и передающий сдвигающие регистры, а также специальный буферный регистр (SBUF) приёмопередатчика.

Регистр SBUF. Представляет собой два независимых регистра: буфер приёмника и буфер передатчика. Загрузка байта в SBUF немедленно вызывает начало процесса передачи через последовательный порт. Когда байт считывается из SBUF, это значит, что его источником является приёмник последовательного порта. Запись байта в буфер приводит к автоматической переписи байта в сдвигающий регистр передатчика и инициирует начало передачи байта. Наличие буферного регистра приёмника позволяет совмещать операцию чтения ранее принятого байта с приёмом очередного байта. Если к моменту окончания приёма байта предыдущий байт не был считан, то он будет потерян.

Регистр SCON. Регистр предназначен для управления режимом работы UART. Регистр содержит управляющие биты и девятый бит принимаемых или передаваемых данных RB8 и TB8, а также биты прерывания приёмопередатчика RI и TI. Функциональное назначение битов указано в таблице 7.

Таблица 7 - Регистр управления/статуса SCON

Прикладная программа путём загрузки в два старших разряда SCON определяет режим работы UART. Последовательный порт может работать в четырех различных режимах.

Режим 0 -восемь бит данных передаются и принимаются через вход приёмника RхD. Выход передатчика TхD используется для выдачи импульсов синхронизации, которые сопровождают каждый бит. За один машинный цикл передаётся один бит. Частота передачи равна F_РЕЗ/12.

Режим 1 -передаются или принимаются 10 бит данных в формате:

старт-бит=0, 8 бит данных, стоп-бит=1

Скорость приёма/передачи задаётся таймером.

Режим 2 -передаются или принимаются 11 бит данных в формате:

старт-бит=0, 8 бит данных, программируемый девятый бит В8, стоп-бит=1

Девятый бит может использоваться для повышения достоверности путём контроля чётности, в него можно записать значение признака паритета из PSW. Частота приёма/передачи выбирается программно и может быть равна F_РЕЗ/32 или F_РЕЗ/64 частоты резонатора в зависимости от состояния бита SMOD в регистре PCON.

Режим 3 -совпадает с режимом 2, но частота приёма/передачи задаётся таймером.

Во всех режимах передача инициируется любой командой, где SBUF указан как получатель байта. Приём в UART в режиме 0 происходит при условии RI=0 и REN=1. В режимах 1-3 приём начинается с приходом старт-бита, если REN=1.

В TB8 программно устанавливается значение девятого бита данных, который будет передан в режиме 2 или 3. В RB8 фиксируется в режимах 2 и 3 девятый принимаемый бит данных. В режиме 1, если SM2=0, в бит RB8 заносится стоп-бит. В режиме 0 RB8 не используется.

Флаг прерывания передатчика TI устанавливается аппаратно в конце периода передачи восьмого бита данных в режиме 0 и в начале периода передачи стоп-бита в режимах 1-3. Подпрограмма обслуживания этого прерывания должна сбрасывать бит TI.

Флаг прерывания приёмника RI устанавливается аппаратно в конце периода приёма восьмого бита данных в режиме 0 и в середине периода приёма стол-бита в режимах 1-3. Подпрограмма обслуживания прерывания должна сбрасывать бит RI.

Работа UART в мультиконтроллерных системах. В системах децентрализованного управления, которые используются для управления и регулирования в типологически распределенных объектах, возникает задача обмена информацией между множеством микроконтроллеров, объединенных в локальную вычислительно-управляющую сеть. Как правило, локальные сети на основе Intel 51 имеют магистральную архитектуру с разделяемым моноканалом (коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно), по которому осуществляется обмен информацией между контроллерами.

Бит SM2 в SCON позволяет простыми средствами реализовать межконтроллерный обмен. Механизм обмена построен на том, что в режимах 2 и 3 программируемый девятый бит данных при приёме фиксируется в бите RB8. UART может быть запрограммирован таким образом, что при получении стоп-бита прерывание от приёмника будет возможно только при условии RB8=1. Ведущий контроллер всем ведомым передаёт широковещательное сообщение с байтом-идентификатором абонента, которое отличается от байтов данных только тем, что в его девятом бите содержится 1. Ведомые по этому признаку вызывают подпрограммы сравнения байта-идентификатора с кодом собственного сетевого адреса. Адресуемый контроллер сбрасывает свой SM2 и готовится к приёму блока данных. Остальные ведомые микроконтроллеры оставляют неизменными свои SM2=1 и передают управление основной программе. При SM2=1 информационные байты в сети прерывания не вызывают.

В режиме 1 автономного микроконтроллера SM2 используется для контроля истинности стоп-бита. В режиме 0 SM2 не используется и должен быть сброшен.

Скорость приёма/передачи. Скорость зависит от режима работы UART. В режиме 0 частота зависит только от резонатора: f₀=f_рез/12. За один машинный цикл передаётся один бит.

В режимах 1-3 скорость зависит от значения управляющего бита SMOD в регистре специальных функций PCON (таблица 8).

В режиме 2 частота передачи f₂=(2^SMOD/64)f_рез.

В режимах 1 и 3 в формировании частоты передачи кроме управляющего бита SMOD принимает участие таймер 1. При этом частота передачи зависит от частоты переполнения (OVT1) и определяется следующим образом: f_1,3=(2^SMOD/32)f_OVT1. Прерывание от таймера 1 в этом случае должно быть заблокировано. Сам T/C1 может работать и как таймер, и как счётчик событий в любом из трёх режимов. Однако наиболее удобно использовать режим таймера с автоперезагрузкой (старшая тетрада TMOD=0010В). При этом частота передачи определяется выражением

f_1,3=(2^SMOD/32)(f_рез/12)(256-(TH1)).

Таблица 8 - Регистр управления мощностью PCON

Примечание. При одновременной записи 1 в PD и IDL бит PD имеет преимущество. Сброс PCON выполняется путем загрузки в него кода 0XXX0000.