51單片機是指由美國INTEL公司生產的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了許多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機。
MCS-51單片機是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。MCS-51單片機的內核是8051CPU，CPU的內部集成有運算器和控制器，運算器完成運算操作(包括數(shù)據(jù)運算、邏輯運算等)，控制器完成取指令、對指令譯碼以及執(zhí)行指令。
51單片機串行通信的設計原理主要包括以下幾個方面：
串行接口設計：51單片機內部具有一個全雙工串行接口，可以同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在設計時，需要選擇合適的串行接口模式，并根據(jù)需要配置相應的寄存器。
波特率設置：串行通信的速率由波特率決定。在設計時，需要根據(jù)通信速率的要求，選擇合適的波特率。在51單片機中，可以通過配置波特率選擇位來設置波特率。
數(shù)據(jù)幀格式設計：在串行通信中，需要設計合適的數(shù)據(jù)幀格式，包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位等。在設計時，需要根據(jù)通信協(xié)議的要求，選擇合適的數(shù)據(jù)幀格式。
錯誤檢測和處理：在串行通信中，可能會出現(xiàn)各種錯誤，如數(shù)據(jù)傳輸錯誤、幀格式錯誤等。在設計時，需要考慮如何進行錯誤檢測和處理，以確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。
通信協(xié)議設計：在串行通信中，需要設計合適的通信協(xié)議，包括數(shù)據(jù)傳輸格式、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)校驗方式等。在設計時，需要根據(jù)實際應用場景的要求，選擇合適的通信協(xié)議。
51系列單片機的通用異步收發(fā)器內部結構如上圖所示，UART與單片機內部8位數(shù)據(jù)總線相連，SBUF是收發(fā)緩沖器，由接收緩沖器和發(fā)送緩沖器兩部分構成，二者具有同一地址(99H)，但他們之間是相互獨立的，即發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出數(shù)據(jù)，而接收緩沖器則只能讀出而不能寫入數(shù)據(jù)。實際使用時通過不同的讀緩沖器和寫緩沖器指令來區(qū)分對哪個緩沖器操作。所以51系列單片機的串行數(shù)據(jù)通信的啟動方法很簡單，只要將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器就能啟動數(shù)據(jù)的發(fā)送，而在接收數(shù)據(jù)時，只要讀取保存在接收緩沖器中的內容即可。單片機會按照讀或寫的方式不同，自動分配要訪問的目標寄存器是發(fā)送SBUF還是接收SBUF。
UART工作時，定時器用于產生通信需要的時鐘，控制寄存器用于對串行口的工作狀態(tài)進行相應的監(jiān)控和設置。當數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SBUF后，數(shù)據(jù)在發(fā)送控制器的控制下，按位從TXD引腳移出;外部數(shù)據(jù)在接收控制器的控制下，從RXD引腳移入移位寄存器并對串行數(shù)據(jù)進行恢復，恢復后的數(shù)據(jù)保存至接收SBUF中供軟件讀取。
當接收SBUF中的數(shù)據(jù)沒有被軟件讀取時，移位寄存器還可以暫時接收并保存下一個新數(shù)據(jù)，從而避免發(fā)生數(shù)據(jù)溢出，這種結構也是串行口特有的接收雙緩沖結構。發(fā)送器則沒有類似的數(shù)據(jù)緩沖結構，因為在發(fā)送數(shù)據(jù)時單片機是主動的，不存在數(shù)據(jù)過載的問題。
51單片機串口通信相關的寄存器主要有SCON、SBUF、PCON、TMOD等。
1. SCON：這是串口控制寄存器，用來設定串行口的工作方式、接受/發(fā)送控制以及設置狀態(tài)指示。
2. SBUF：這是串口緩沖寄存器，用于存儲待發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)。
3. PCON：這是電源控制寄存器，用于設置電源控制位。
4. TMOD：這是定時器模式寄存器，用于設定定時器的工作模式。
這些寄存器在串口通信中起著重要的作用，通過配置這些寄存器的值，可以實現(xiàn)對串口通信的控制和數(shù)據(jù)的傳輸。
程序舉例：
/**
* @brief 串口初始化，9600bps@11.0592MHz
* @param 無
* @retval 無
*/
void Uart_Init(void) //9600bps@11.0592MHz
{
PCON &= 0x7F; //波特率不倍速
SCON = 0x50; //8位數(shù)據(jù),可變波特率
TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位(可有可無)
TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重裝方式(位或也是一樣的)
TL1 = 0xFD; //設定定時初值
TH1 = 0xFD; //設定定時器重裝值
TR1 = 1; //啟動定時器1
ET1 = 0; //禁止定時器1中斷
ES=1; //串口中斷允許控制位
EA=1; //中斷允許總控制位
//IE=0x90; //也可這樣代替倒數(shù)的三個，分別是ET1=0;ES=1;EA=1;
}
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