1.工作方式介绍：

 

方式 0 ：这种工作方式比较特殊，与常见的微型计算机的串行口不同，它又叫同步移位寄存器输出方式。在这种方式下，数据从 RXD 端串行输出或输入，同步信号从 TXD 端输出，波特率固定不变，为振荡率的 1/12 。该方式是以 8 位数据为一帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。 

常用于串行口外接移位寄存器，以扩展并行I/O口，这种方式不适用与两个MCS-51之间的串行通信。

 

方式1：真正用于数据的串行发送和接收。TXD引脚和RXD引脚分别用于发送和接收数据。

方式1收发1帧数据为10位，1个起始位（0），8个数据位，1个停止位（1），先发送或接收最低位。


方式 2 ：串行口工作于方式2和方式3时，被定义为9位异步通信接口。每帧数据均为11位，1位起始位0,8位数据位（先低位），1位可程控为1或0的第九位数据和1位停止位1。采用这种方式可接收或发送 11 位数据，以 11 位为一帧，比方式 1 增加了一个数据位，其余相同。第 9 个数据即 D8 位具有特别的用途，可以通过软件控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS-51 单片机串行口适用于多机通信。方式 2 的波特率固定，只有两种选择，为振荡率的 1/64 或 1/32 ，可由 PCON 的最高位选择。 

方式 3 ：方式 3 与方式 2 完全类似，唯一的区别是方式 3 的波特率是可变的。而帧格式与方式 2- 样为 11 位一帧。所以方式 3 也适合于多机通信。

 

SM0  SM1   方式   功 能 说 明

 0      0        0   同步移位寄存器方式（用于扩展I/O口）

 0      1        1   8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）

 1      0        2   9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32

 1      1        3   9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）

 

2.计算公式总结：

 

方式0波特率固定为：fosc / 12

 

方式1波特率的计算公式为：（串行口为波特率可变的8位异步通信接口，SMOD为PCON寄存器的最高位值（0或1））

         方式1波特率 =(2^SMOD / 32) * 定时器T1的溢出率

（注：当SMOD=1时，要比SMOD=0时的波特率加倍，所以也称SMOD位为波特率倍增位）

 

方式2的波特率由下式确定：

         方式2波特率=( 2^SMOD / 64) * fosc

方式3的波特率由下式确定：

         方式3波特率 = (2^SMOD / 32) * 定时器T1的溢出率

 

溢出速率 = 1 / 溢出时间

溢出时间（相当于定时时间）= （2^8 – TH1初值）* Tcy

机器周期Tcy = 12时钟周期 = 12*（1/fosc）

故：溢出速率 = 1 / 溢出时间 = 1 / [（256 - TH1初值）* （12 / fosc）] = fosc / [12 *（256-TH1初值）]

计数速率 = 1 / 计数时间 = 1 / （12 / fosc） = fosc / 12

故也可写成：溢出速率 ＝ 计数速率 / （256－TH1初值） = fosc / [12 *（256-TH1初值）]   

注：一般来说，定时器方式2用来确定波特率是比较理想的，它不需要中断服务程序设置初值，且算出的波特率比较准确。在用户使用的波特率不是很低的情况下，建议使用定时器T1的方式2来确定波特率。定时器方式1或方式3定时，常用T1作为波特率发生器。

而对于定时器方式0和方式1的最大特点是计数溢出后，计数器为全0。因而在循环定时或循环计数应用时就存在反复装入计数初值的问题。这不仅影响定时精度，而且也给程序设计带来麻烦。方式2就是针对此问题而设置的。定时器/计数器的方式2位自动恢复初值的（初值自动装入）8位定时器/计数器，TLX作为常数缓冲器，当TLX计数器溢出时，在置1溢出标志位TFX的同时，还自动的将THX中的初值送入至TLX，使TLX从处置开始重新计数。这种方式可以省去用户软件中重装处置的程序，简化定时器初值的计算方法，可以相当精确的确定定时时间。

而定时器方式3是为了增加1个附加的8位定时器/计数器而提供的，从而使MCS-51具有3个定时器/计数器。方式3只适用于定时器/计数器T0，定时器/计数器T1不能工作在方式3。T1处于方式3时相当于TR0=0，停止计数（此时T1可以用来做串口波特率发生器。）

方式0是外接串行移位寄存器方式。工作时，数据从RXD串行地输入/输出，TXD输出移位脉冲，使外部的移位寄存器移位。波特率固定为fosc/12(即，TXD每机器周期输出一个同位脉冲时，RXD接收或发送一位数据)。每当发送或接收完一个字节，硬件置TI=1或RI=1，申请中断，但必须用软件清除中断标志。
实际应用在串行I/O口与并行I/O口之间的转换。
2)方式1
方式1是点对点的通信方式。8位异步串行通信口，TXD为发送端，RXD为接收端。一帧为10位，1位起始位、8位数据位(先低后高)、1位停止位。波特率由T1或T2的溢出率确定。
在发送或接收到一帧数据后，硬件置TI=1或RI=1，向CPU申请中断；但必须用软件清除中断标志，否则，下一帧数据无法发送或接收。
(1)发送：CPU执行一条写SBUF指令，启动了串行口发送，同时将1写入输出移位寄存器的第9位。发送起始位后，在每个移位脉冲的作用下，输出移位寄存器右移一位，左边移入0，在数据最高位移到输出位时，原写入的第9位1的左边全是0，检测电路检测到这一条件后，使控制电路作最后一次移位，/SEND和DATA无效，发送停止位，一帧结束，置TI=1。
(2)接收：REN=1后，允许接收。接收器以所选波特率的16倍速率采样RXD端电平，当检测到一个负跳变时，启动接收器，同时把1FFH写入输入移位寄存器(9位)。由于接、发双方时钟频率有少许误差，为此接收控制器把一位传送时间16等分采样RXD，以其中7、8、9三次采样中至少2次相同的值为接收值。接收位从移位寄存器右边进入，1左移出，当最左边是起始位0时，说明已接收8位数据，再作最后一次移位，接收停止位。此后：
A、若RI=0、SM2=0，则8位数据装入SBUF，停止位入RB8，置RI=1。
B、 若RI=0、SM2=1，则只有停止位为1时，才有上述结果。
C、若RI=0、SM2=1，且停止位为0，则所接数据丢失。
D、若RI=1，则所接收数据丢失。
无论出现那种情况，检测器都重新检测RXD的负跳变，以便接收下一帧。
3)方式2、方式3
方式2和方式3是9位异步串行通信，一般用在多机通信系统中或奇偶校验的通信过程。在通讯中，TB8和RB8位作为数据的第9位，位SM2也起作用。方式2与方式3的区别只是波特率的设置方式不同。
(1)发送
向SBUF写入一个数据就启动串口发送，同时将TB8写入输出移位寄存器第9位。开始时，SEND和DATA都是低电平，把起始位输出到TXD。DATA为高，第一次移位时，将‘1’移入输出移位寄存器的第9位，以后每次移位，左边移入‘0’，当TB8移到输出位时，其左边是一个‘1’和全‘0’。检测到此条件，再进行最后一次移位，/SEND=1，DATA=0，输出停止位，置TI=1。
(2)接收
置REN=1，与方式1类似，接收器以波特率的16倍速率采样RXD端。
起始位0移到输入寄存器的最左边时，进行最后一次移位。在RI=0，SM2=0或接收到的第9位=1时，收到的一字节数据装入SBUF，第9位进入RB8，置RI=1；然后又开始检测RXD端负跳变。
3、 多机通信
在这里，多机系统是指‘一主多从’。51系列单片机中，利用第9位TB8/RB8来区分地址与数据信息，用位SM2确定接收方是否对地址或数据帧敏感。其原则是：
1)发送方用第9位TB8=1标志地址帧，TB8=0标志数据帧。
2)接收方若设置SM2=1，则只能接收到地址信息，若设SM2=0，则不管是地址还是数据帧，都能接收到。
利用方式2、3的特点，在点对点的通讯中，在发送方可以用第9位TB8作为奇偶校验位。在接收方，SM2位必须清0。
4、波特率
1)方式0的波特率=fosc/12
2)方式2的波特率=2^smod*fosc/64
3)方式1、3的波特率由T1或T2的溢出率和SMOD位确定：
(1)用T1：波特率=2^smod*T1定时器的溢出率/32，T1为方式2T1定时器溢出率=1/((12/fosc)*(256-X))例：已知fosc=6MHz，SMOD=0，设置波特率为2400，求T1的计数初值X。
波特率=1/((12/fosc)*(256-X))/32=fosc/12*32(256-X)(256-X)=fosc/2400/384=6M/2400/384；256-X~=6.5104X~=250=FAH 只能近似计算。
若fosc=11.0592MHz， 则256-X=11.0592M/2400/384=4068/384=12 X=F4H；可精确算出，对其它常用的标准波特率也是能正确算出。所以这个晶振频率是最常用的。
如果SMOD=1，则同样的X初值得出的波特率加倍。
(3)用T2：
在52型单片机中，串口方式1、3的波特率发生器选择由TCLK、RCLK位确定是T1还是T2。若TCLK=1，则发送器波特率来自T2，否则来自T1。若RCLK=1，则接收器波特率来自T2，否则来自T1。
由T2产生的波特率与SMOD无关。T2定时的最小单元=2/fosc。T2的溢出脉冲16分频后作为串口的发送或接收脉冲。
波特率=(1/((2/fosc)(65536-X)))/16=fosc/(32(65536-X))例：已知fosc=11.0592MHz，求波特率=2400时的X2400=11059200/(32(65536-X)) 65536-X=144 X=65392=FF70H计数器初值寄存器：RCAP2H=0FFH，RCAP2L=70H。

串口的工作方式  



MCS-51串行口有0、1、2、3四种工作方式。



方式0：8位同步移位寄存器方式

方式1：10位通用异步通信

方式2：11位异步通信

方式3：可变波特率11位异步通信。


方式0：同步移位寄存器方式，波特率固定为fosc/12.

由RXD（P3.0）引脚输入和输出数据，由TXD（P3.1）引脚输出同步移位时钟。

发送：当执行一条写SBUF的指令（MOV SBUF ，A）时，就启动串行数据的发送。

接收：当满足REN=1（允许接受）且接收中断标志RI=0是，就会启动一次接受过程。


方式1：10位通用异步通信

一帧信息为10位：1位为起始位（0），8位数据位,1位停止位（1）

TXD（P3.1）是发送端。RXD（p3.2）是接收端。

采用T1作为串行口接收和发送的波特率发生器，数据传输波特率可调，由T1的溢出决定，可用程序设定。



TI：发送中断标志

方式0中，在发送第8位末尾置位；其它方式中，在发送停止位开始时设置。TI=1表示发送帧结束。由硬件置位，用

软件清零。必须清零，因为如果TI始终等于1，则表示发送帧结束，也就不会再发送帧 。（TI=1表示一直处于中断状态，也就无法发送了，所以要清零）


RI：接收中断标志

方式0中，在接收第8位末尾置位；其他方式中，在接收停止位中间设置，RI=1表示帧接收结束。由硬件置位，用软件清除。（RI=1表示一直处于中断状态，也就无法接受了，所以要清零。）


TI和RI是同一个中断源，两者共用一个中断向量。CPU事先不知道是发送中断TI还是接收中断RI产生的中断请求，所以在全双工通信时，必须由软件来判别。


REN：允许接收位

REN=0，禁止接收；REN=1，允许接受。软件设置。


TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。在通信协议中，常规定TB8为奇偶校验位。在8051多机通信中，

TB8用来表示主机发送的是地址还是数据：TB8=0为数据，TB8=1为地址。用软件来置位/清除。


RB8：方式2和方式3中接受到的第9位数据。

方式1中接收到的是停止位。方式0中不使用这一位






波特率选择

在串行通讯中,收发双方的数据传送率（波特率）要有一定的约定。在8051串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。

方式0
方式0的波特率固定为主振频率的1/12。

方式2
方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可由下式表示：


波特率=2的SMOD次方除以64再乘一个fosc,也就是当SMOD=1时,波特率为1/32fosc,当SMOD=0时,波特率为1/64fosc

方式1和方式3
定时器T1作为波特率发生器,其公式如下：

波特率=定时器T1溢出率


T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数



式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时,T1计数率为fosc/12;当工作于计数器状态时,T1计数率为外部输入频率,此频率应小于fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。


定时器T1工作于方式0：溢出所需周期数=8192-x

定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-x


定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-x


因为方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式,所以用它来做波特率发生器最恰当。


当时钟频率选用11.0592MHZ时,取易获得标准的波特率,所以很多单片机系统选用这个看起来“怪”的晶振就是这个道理。


下表列出了定时器T1工作于方式2常用波特率及初值。


常用波特率 Fosc(MHZ) SMOD TH1初值

19200 11.0592 1 FDH

9600 11.0592 0 FDH

4800 11.0592 0 FAH

2400 11.0592 0 F4H

1200 11.0592 0 E8H


例如9600 11.0592 0 FDH

波特率=定时器T1溢出率


T1溢出率= T1计数率/产生溢出所需的周期数


产生溢出所需的周期数=256-FD(253)=3

SMOD=0 11059200/12*3 *1/32=9600 

波特率计算


在串行通信中，收发双方对发送或接收的数据速率要有一定的约定，我们通过软件对MCS—51串行口编程可约定四种工作方式。其中，方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率决定。

串行口的四种工作方式对应着三种波特率。由于输人的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不同。


一、方式0的波特率
方式0时，移位时钟脉冲由56(即第6个状态周期，第12个节拍)给出，即每个机器周期产生一个移位时钟，发送或接收一位数据。所以，波特率为振荡频率的十二分之一，并不受 PCON寄存器中SMOD的影响，即：

方式0的波特率＝fosc／12



三、方式l和方式3的波特率

方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定，故波特宰由定时器T1的

溢出率与SMOD值同时决定，即：

方式1和方式3的波特率＝2SMOD/32·T1溢出率

其中，溢出率取决于计数速率和定时器的预置值。计数速率与TMOD寄存器中C／T的状态有关。当C／T＝0时，计数速率＝fosc／2；当C／T＝1时，计数速率取决于外部输入时钟频率。

当定时器Tl作波特率发生器使用时，通常选用可自动装入初值模式(工作方式2)，在

工作方式2中，TLl作为计数用，而自动装入的初值放在THl中，设计数初值为x，则每过“256一x”个机器周期，定时器T1就会产生一次溢出。为了避免因溢出而引起中断，此时应禁止T1中断。这时，溢出周期为：





系统晶振频率选为11．0592MHZ就是为了使初值为整数，从而产生精确的波特率。

如果串行通信选用很低的波特率，可将定时器Tl置于工作方式0或工作方式1，但在

这种情况下，T1溢出时，需用中断服务程序重装初值。中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的办法加以调整。

表6—2列出了各种常用的波特率及其初值。

1.方式0

方式0时，串行口为同步移位寄存器的输入输出方式。主要用于扩展并行输入或输出口。数据由RXD（P3.0）引脚输入或输出，同步移位脉冲由TXD（P3.1）引脚输出。发送和接收均为8位数据，低位在先，高位在后。波特率固定为fosc/12。

方式0输出



方式0输入



 

2.方式1

方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据的发送引脚，RXD是数据的接受引脚。传送一帧数据的格式如图所示，其中1位起始位，8位数据位，1位停止位。



方式1输出



方式1输入



用软件置REN=1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0时，将接收到的9位数据的前八位数据装入接收SBUF，第九位（停止位）进入RB8，并置RI=1，请求中断。

 

3.方式2、方式3

方式2或方式3时，为11位数据的异步通信口，TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚。



方式2、方式3，起始位1位、数据位9位（含附加的第九位，发送时为SCON中的TB8，接收时为SCON中的RB8）、停止位1位，一帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/32或1/64。方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。

方式2、方式3的输出


发送开始时，先把起始位0输出到TXD引脚，然后发送移位寄存器的输出位（D0）到TXD引脚。每一个移位脉冲都使输出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引脚输出。

第一次移位时，停止位‘1’移入输出移位寄存器的第9位上，以后每次移位，左边都移入‘0’。当停止位移入输出位时，左边其余位全为‘0’，检测电路检测到这一条件时，使控制电路进行最后一次移位，并置TI=1，向CPU请求中断。

方式2、方式3的输入



接收时，数据从右边移入输入移位寄存器，在起始位‘0’移到最左边时，控制电路进行最后一次移位。当RI=0，且SM2=0时，接收到的数据装入接收缓存器SBUF和RB8（接收数据的第9位），置RI=1，请求中断。如果条件不满足，则数据丢失，且不置位RI，继续搜索RXD引脚的负跳变。

 

波特率的计算

方式0的波特率：fosc/12

方式2的波特率：（2^SMOD/64）*fosc

方式1的波特率：（2^SMOD/32）*(TI溢出率)

方式3的波特率：（2^SMOD/32）*(TI溢出率)