MCS-51 memiliki kemampuan untuk berkomunikasi secara serial melalui pin RXD dan TXD. Satu hal yang perlu diingat adalah tingkat tegangan komunikasi kedua pin serial menggunakan tingkat tegangan TTL.
1. Standard Serial Interface
Pada prinsipnya, komunikasi serial adalah komunikasi dimana transmisi data dilakukan per bit. Interface serial hanya membutuhkan jalur yang sedikit (umumnya hanya 2 jalur) sehingga lebih menghemat pin jika dibandingkan dengan interface paralel.
Komunikasi serial ada dua macam, asynchronous serial dan synchronous serial. Synchronous serial adalah komunikasi dimana hanya ada satu pihak (pengirim atau penerima) yang menghasilkan clock dan mengirimkan clock tersebut bersama-sama dengan data. Contoh pengunaan synchronous serial terdapat pada transmisi data keyboard.
Asynchronous serial adalah komunikasi dimana kedua pihak (pengirim dan penerima) masing-masing menghasilkan clock namun hanya data yang ditransmisikan, tanpa clock. Agar data yang dikirim sama dengan data yang diterima, maka kedua frekuensi clock harus sama dan harus terdapat sinkronisasi. Setelah adanya sinkronisasi, pengirim akan mengirimkan datanya sesuai dengan frekuensi clock pengirim dan penerima akan membaca data sesuai dengan frekuensi clock penerima. Contoh penggunaan asynchronous serial adalah pada Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) yang digunakan pada serial port (COM) komputer.
MCS-51 mendukung komunikasi secara asinkron, bahkan tiga dari empat serial mode yang dimiliki MCS-51 kompatibel dengan UART.
2. Serial Register
Register yang digunakan untuk mengatur komunikasi serial terdapat pada Serial Control (SCON).
Gambar 35. Alokasi Bit SCON
Tabel 13. Serial Port Control
Tabel 13. Serial Port Control (sambungan)
Berikut ini adalah penjelasan masing-masing bit SCON yang berkaitan dengan serial port:
a. SM0 & SM1
Pemilih mode komunikasi serial.
Tabel 14. Mode Komunikasi Serial
Baud rate pada mode 1, 2, dan 3 dapat dilipatgandakan dengan memberi nilai '1' pada SMOD (dalam SFR PCON). Baud rate variabel adalah baud rate yang dihasilkan oleh Timer 1 (baud rate akan dibahas pada bagian 7.4).
b. SM2
Jika SM2 bernilai '1' maka komunikasi multiprosesor diaktifkan dengan kondisi terdapat pada tabel 15.
Tabel 15. Mode Komunikasi Multiprosesor
Pada mode 0, nilai SM2 harus '0'.
c. REN
REN harus diberi nilai '1' untuk mengaktifkan penerimaan data. Jika REN diberi nilai '0', maka tidak akan ada penerimaan data.
d. TB8
TB8 adalah bit ke-9 yang dikirimkan dalam mode 2 atau 3. Nilai bit ini diatur oleh program user.
e. RB8
RB8 adalah bit ke-9 yang diterima dalam mode 2 atau 3. Pada mode 1, RB8 adalah stop bit yang diterima. Pada mode 0, RB8 tidak digunakan.
3. Mode Operasi
MCS-51 memiliki 4 mode komunikasi serial. Mode 0 berupa synchronous serial (shift register), sedangkan tiga mode yang lain berupa asynchronous serial (UART). Pada semua mode, pengiriman dilakukan jika ada instruksi yang mengisi nilai register SBUF. Sedangkan pada saat penerimaan, data yang diterima akan disimpan pada register SBUF.
3.1. MODE 0
Mode 0 adalah 8-bit shift register dimana data dikirimkan dan diterima melalui pin RXD sedangkan clock dikirimkan dan diterima melalui pin TXD. Pengiriman data 8 bit dilakukan dengan mengirimkan Least Significant Bit (LSB) terlebih dahulu.
Pada mode 0, baud rate yang digunakan adalah sebesar 1/12 dari frekuensi osilator.
3.2. MODE 1
Pada mode 1, jumlah data yang dikirimkan sebanyak 10 bit yang terdiri dari start bit, 8 bit data (LSB terlebih dahulu), dan stop bit. Pada proses penerimaan, nilai stop bit akan dimasukkan ke RB8 secara otomatis. Pada proses pengiriman, stop bit akan diberi nilai '1' secara otomatis.
Pada mode 1, baud rate yang digunakan dapat diatur melalui Timer 1.
3.3. MODE 2
Pada mode 2, jumlah data yang dikirimkan sebanyak 11 bit yang terdiri dari start bit, 8 bit data (LSB terlebih dahulu), bit ke-9, dan stop bit. Pada proses pengiriman, nilai bit ke-9 dapat diatur dengan mengisi nilai TB8. Pada proses penerimaan, bit ke-9 akan dimasukkan ke RB8 secara otomatis.
Pada mode 2, baud rate yang dapat digunakan adalah sebesar 1/64 frekuensi osilator atau 1/32 frekuensi osilator jika SMOD bernilai '1'.
3.4. MODE 3
Mode 3 hampir sama dengan mode 2. Perbedaannya terdapat pada baud rate yang digunakan. Jika mode 2 menggunakan baud rate yang pasti, mode 3 menggunakan baud rate yang dihasilkan oleh Timer 1.
4. Baud Rate
Baud rate adalah frekuensi clock yang digunakan dalam pengiriman dan penerimaan data. Satuan baud rate pada umumnya adalah bps (bit per second), yaitu jumlah bit yang dapat ditransmisikan per detik.
Baud rate untuk mode 0 bernilai tetap dengan rumus yang terdapat pada persamaan 1.
Sedangkan baud rate untuk mode 2 memiliki 2 variasi tergantung dari kondisi SMOD. Rumus baud rate untuk mode 2 terdapat pada persamaan 2.
Baud rate untuk mode 1 dan 3 dihasilkan oleh Timer 1. Pengaturan baud rate untuk mode 1 dan 3 dapat dilakukan dengan cara mengubah nilai SMOD, TMOD, dan TH1. Nilai baud rate dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 3.
Umumnya Timer 1 dioperasikan pada mode 2 (8-bit Auto Reload) sehingga didapat persamaan 4.
Berdasarkan persamaan 4, user dapat menghitung berapa nilai TH1 yang dibutuhkan jika diketahui baud rate yang diinginkan dengan persamaan 5.
Satu hal yang harus diperhatikan dalam pengaturan baud rate adalah nilai baud rate dan nilai TH1 diusahakan harus tepat dan bukan merupakan pembulatan. Untuk komunikasi serial kecepatan tinggi, pembulatan terhadap nilai-nilai tersebut dapat mengakibatkan kekacauan dalam proses pengiriman atau penerimaan. Jika terdapat nilai pecahan, user disarankan untuk mengganti osilator dengan frekuensi yang sesuai. Untuk komunikasi dengan kecepatan rendah, toleransi terhadap kesalahan cukup besar sehingga pembulatan masih boleh dilakukan.
Misalkan baud rate yang diinginkan adalah 19200 bps dengan frekuensi osilator 11,0592 MHz. Dengan memasukkan data ini ke dalam persamaan 5 maka akan didapat persamaan 6.
Jika 2SMOD bernilai '1', maka akan didapat TH1 sebesar 254,5. Untuk menghindari TH1 berupa pecahan, 2SMOD harus bernilai '2' (SMOD bernilai '1') sehingga didapat TH1 sebesar 253 atau FDh.
Untuk mendapatkan baud rate yang lambat, user dapat mengoperasikan Timer 1 pada mode 1 dengan rumus pada persamaan 7.
Beberapa konfigurasi baud rate yang umum digunakan terdapat dalam tabel 16.
Tabel 16. Nilai dan Konfigurasi Baud Rate
5. Inisialisasi Serial
Proses inisialisasi bertujuan untuk menentukan mode komunikasi serial dan baud rate yang digunakan.
Register yang harus diatur terlebih dahulu meliputi:
5.1 SCON
Langkah pertama adalah menentukan mode yang akan digunakan (mode 0, 1, 2, atau 3), kemampuan menerima data, dan nilai bit ke-9.
Misalnya mode yang digunakan adalah mode 1 dengan kemampuan menerima data namun tanpa komunikasi multiprosesor, maka instruksinya adalah sebagai berikut:
MOV SCON, #01010000b
atau
MOV SCON, #50h
atau
SETB SM1
SETB REN
5.2. TMOD, TH1 dan/atau TL1, PCON, dan TCON
Jika komunikasi serial digunakan dalam mode 1 atau 3, maka langkah berikutnya adalah menentukan baud rate.
Misalnya Timer/Counter 1 digunakan sebagai timer dalam mode 2 untuk membangkitkan baud rate 19200 bps, maka instruksinya adalah sebagai berikut:
MOV TMOD, #00100000b
MOV TH1, #0FDh
MOV PCON, #10000000b
MOV TCON, #01000000b
atau
MOV TMOD, #20h
MOV TH1, #0FDh
MOV PCON, #80h
MOV TCON, #40h
atau
MOV TMOD, #20h
MOV TH1, #0FDh
MOV PCON, #80h
SETB TR1
3. IE dan/atau IP
Jika komunikasi serial yang diprogram akan digunakan sebagai sumber interrupt, maka IE dan/atau IP juga harus diatur.
Misalnya komunikasi serial digunakan sebagai sumber interrupt dengan prioritas tinggi, maka instruksinya adalah sebagai berikut:
MOV IP, #00010000b
MOV IE, #10010000b
atau
MOV IP, #10h
MOV IE, #90h
atau
SETB PS
SETB ES
SETB EA
