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7.1 串行通信概述
1、并行通信和串行通信（数据通信的两种常用形式）
（1）并行方式——数据的各位同时发送或同时接收。
并行传送特点：传送速度快，但因需要多根传输线，故一般只在近距离通信中使用。
（2）串行方式——数据的各位依次逐位发送或接收。
串行传送特点：传输速度慢，但因只需较少传输线，故适合于远距离通信。
按照传输数据流向，串行通信具有3种传输形式：
实际应用中，尽管多数串行通信接口电路具有全双工功能，但仍以半双工为主（简单实用）。
2、波特率
在串行通信的数据是按位进行传送的 ，数据传输速率用波特率指标衡量。
波特率：每秒发送二进制数码的位数，即bps (位/秒)
国际推荐波特率：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特等（此时的晶振频率为11.0592MHz）。
串行通信的收发双方必须采用相同的波特率。
3、异步通信和同步通信（串行通信基本通信方式）
（1）异步通信——以字符为单位组成字符帧进行的数据传送。
一帧数据由起始位、数据位、[可编程位]和停止位构成
起始位：位于数据帧开头，占1位，始终为低电平，用于向接收设备表示发送端开始发送1帧数据。
数据位：要传输的数据信息，可以是字符或数据，一般为5～8位，由低位到高位依次传送。
可编程位：位于数据位之后，占1位，用于发送数据的校验，或传送多机串行通信的联络信息。
停止位：位于数据位末尾，占1位，始终为高电平，用于向接收端表示1帧数据已发送完毕。
异步通信特点：
对收发双方的时钟精度要求较低（收发双方不同步时，能依靠在每帧开始时的不断对齐，自行纠正偏差）；
传送速度较低（每个字节都要建立一次同步）。
（2）同步通信——数据以块为单位进行的数据传送
在发一组数据时，只在开始用若干个同步字符作为双方的号令，然后连续发送整组数据。
同步通信特点：
传输效率高（以数据块为单位连续传送，数据结构紧凑）；
对通信硬件要求高（要求双方有准确的时钟）。
本章不涉及同步通信问题
7.2 MCS-51的串口控制器
7.2.1串行口内部结构
51内部有1个可编程的全双工串行通信接口，可作为通用异步接收/发送器（UART），也可作为同步移位寄存器，还可作为串并转化器（现在生产的电脑上无接口）。
它的数据帧格式为8位、10位和11位3种，可设置多种不同的波特率。
结构组成：SBUF发 +SBUF收 +发送控制器 +接收控制器 +接收移位寄存器 +波特率发生器 +SCON +RXD（P3.0）+TXD（P3.1）
数据缓冲器SBUF：
在物理上是相互独立的，一个用于发送数据（SBUF发）、一个用于接收数据（SBUF收）。
共用一个地址（99H），通过读写指令区别是对哪个SUBF的操作。
发送控制器：
在门电路和定时器T1的配合下，将SBUF发中的并行数据转为串行数据，并自动添加起始位、可编程位、停止位。
这一过程结束后自动使发送中断请求标志位TI置1，表明已将SBUF发中的数据输出到TXD引脚，即SBUF发为空。
接收控制器：
在输入移位寄存器和定时器T1的配合下，使来自RXD引脚的串行数据转为并行数据，并自动过滤掉起始位、可编程位、停止位。
这一过程结束后自动使接收中断请求标志位RI置1，表明接收的数据已存入SBUF收，即SBUF收为满 。
定时器T1：
产生节拍控制用的通信时钟信号（波特率时钟）；
发送数据时，时钟的下降沿对应于数据移位输出；
接收数据时，通信时钟的上升沿对应于数据位采样。
RXD和TXD引脚：
用于串行信号或时钟信号的传入或传出。
7.2.2串行口控制寄存器
(1) 串口控制寄存器SCON（98H）
强调：TI和RI硬件置1后，需用软件方式清零(查询或中断法皆如此)
SM2、TB8、RB8主要用于多机通讯或数据校验
复位后默认状态：串行方式0，禁止接收，SBUF发为满，SBUF收为空，…
(2) 电源控制寄存器PCON（87H）
SMOD可使由T1产生的波特率时钟频率加倍
复位后默认状态：波特率不加倍
通信时钟波特率原理
T1溢出脉冲有两种分频路径：16分频或32分频；
SMOD是决定分频路径的逻辑开关；波特率取决于T1的定时参数（a,n,fosc）和SMOD参数。
串口通信在不同工作方式时的波特率是不同的，上述波特率只适用于方式1和方式3。
7.3 串行工作方式0及其应用
串行通信的4种工作方式
方式0——8位同步移位寄存器方式
串行口
方式0
8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。
数据传输波特率固定为十二分频晶振fosc/12
由RXD引脚（P3.0）输入或输出数据
TXD引脚（P3.1）输出fosc/12时钟信号
方式0主要用于串并转换——I/O口数量不足时，可通过串口方式0进行扩展，但需要相应的扩展芯片配合。
实例1 利用74LS164扩展并行输出口，并实现LED由上向下循环。
（解析见“单片机_第7章 实例”或本专栏文章“单片机_介绍”中的网站中的PPT和实例）
7.4 串行工作方式1及其应用
方式1—— 10位数据异步通讯方式
方式1
一帧信息 = 1个起始位(0)+8位数据位+1个停止位(1)
指定T1为波特率时钟发生器, 一般选择定时方式2（此处的n=8）
发送数据由TXD（P3.1）输出，接收数据由RXD（P3.0）输入，初始化（RI、TI、REN、SM0、SM1）
方式1主要用于点对点（两机）通信
近距离串行传输
接线关系：主机TXD、RXD分别与外设RXD、TXD相接；两机共地
远距离串行传输
利用RS-232C进行电平转换——(1:-5~-15V,0:+5~+15V)
异步通信编程初始化
7.5 串行工作方式2及其应用
方式2——11位数据异步通信方式
方式2
SCON
发送时由硬件方式将TB8作为可编程位插入数据帧中；
接收时由硬件方式将数据帧的可编程位存入RB8中。
一帧信息 = 1个起始位(0)+8位数据位+ 1个可编程位(P) +1个停止位(1) 。
可编程位的作用——用于奇偶校验或多机通信标识。
方式2的波特率为固数值（即，通信时钟初始化仅需要设置PCON，与T1无关）：
SUBF发为空时TI自动置1；SUBF收为满时RI的状态要由SM2和RB8共同决定。
若SM2=1，当RB8为1时，SUBF收为满可使RI置1；若RB8为0，则SUBF收为满也无法使RI置1。
若SM2=0，则无论RB8为何值， SUBF收为满都能使RI置1。
方式2用于固定波特率的奇偶校验(单机通讯)或多机通讯
奇偶校验原理：
例如，发送数据为0x45（0100 0101B），其奇偶校验值P=1（奇数个1），将P→TB8，发送时可连同数据0x45一起发出。接收端可自动将其可编程位放入RB8中。
只要将待测数据送入Acc即可由硬件求出奇偶校验值（使P赋值），再与RB8进行比较便可判断收发过程是否有误。
7.6 串行工作方式3及其应用
方式3——11位数据异步通信方式
方式3
方式3的波特率为可变的（其余方面皆与方式2相同）
方式3用于可变波特率的奇偶校验(单机通讯)或主从式通讯
主机与各从机之间能实现双向通信，而各从机之间不能直接通信，只能通过主机才能沟通。
多机通信做法：
主机向所有从机发送包含n#从机信息的地址帧；
所有从机都核查该地址帧,只有n#从机修改本机SM2 ；
主机发送数据帧,但只有n#从机能够接收到数据信息。
关键：
主机第1次发出的信息要能被所有的从机响应，而第2次的信息只能被n#从机所响应——多机通信控制位SM2对串行中断请求的管理功能。
多机通信原理：
(a) 所有从机都先使自己的SM2=1，而主机在发送的地址帧信息时先使TB8=1。这样，所有从机都能产生中断请求，并能接收到主机发来的地址信息；
(b) 各从机将主机发来的地址与本机地址编号相比较。若与本机相符（即命中） ，则该从机使自己的SM2=0，其余从机仍旧保持SM2=1；
(c) 主机接着发送TB8=0的数据帧信息。此时只有命中机（SM2=0）有中断请求，其它从机均无反映。
本章小结
1. 串行通信的数据是按位进行传送的，每秒传送的二进制数码的位数称为波特率。串行通信只需要一对传输线就可以实现通信，其特点是通信成本低，但传送速度较慢。串行通信可分为单工、半双工和全双工3种制式。以字符或字节为单位组成数据帧进行的传送称为异步通信，以数据块为单位连续进行的传送称为同步通信。
2. MCS-51内置有可编程的全双工异步串行通信接口，包括两个在物理上是相互独立的数据缓冲器SBUF，两个串口控制寄存器，即SCON和PCON。定时器T1作为波特率信号发生器。
3. 方式0是同步移位寄存器方式，采用8位数据帧格式，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。方式О主要用于单片机IO接口的扩展。
4. 方式1采用10位数据帧格式，包括1个起始位，8个数据位和1个停止位。方式1主要用于点对点通信。
5. 方式2和方式3采用11位数据帧格式，包括1个起始位、8个数据位、1个可编程位、1个停止位。方式2和方式3的差异在于前者波特率为固定值，而后者为可变值，主要用于奇偶校验或多机主从式通信。