51單片機(jī)是對所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8004單片機(jī)，后來隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8004單片機(jī)取得了長足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。

　　UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UART用于主機(jī)與輔助設(shè)備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機(jī)通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

　　計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用并行數(shù)據(jù)，不能直接把數(shù)據(jù)發(fā)到Modem，必須經(jīng)過UART整理才能進(jìn)行異步傳輸，其過程為：CPU先把準(zhǔn)備寫入串行設(shè)備的數(shù)據(jù)放到UART的寄存器（臨時內(nèi)存塊）中，再通過FIFO（First Input First Output，先入先出隊(duì)列）傳送到串行設(shè)備，若是沒有FIFO，信息將變得雜亂無章，不可能傳送到Modem。它是用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備的芯片。有一點(diǎn)要注意的是，它提供了RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口，這樣計(jì)算機(jī)就可以和調(diào)制解調(diào)器或其它使用RS-232C接口的串行設(shè)備通信了。

　　作為接口的一部分，UART還提供以下功能：將由計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計(jì)算機(jī)外部來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供計(jì)算機(jī)內(nèi)部并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗(yàn)位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標(biāo)記。處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號（鍵盤和鼠標(biāo)也是串行設(shè)備）。

　　可以處理計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，比較新的UART是16550，它可以在計(jì)算機(jī)需要處理數(shù)據(jù)前在其緩沖區(qū)內(nèi)存儲16字節(jié)數(shù)據(jù)，而通常的UART是8250。如果您購買一個內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器，此調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部通常就會有16550 UART。接下來我們一起了解一下基于51單片機(jī)的UART串口通信。

　　51串行口結(jié)構(gòu)

　　51單片機(jī)的UART串行通信是基于其串行口的可編程硬件結(jié)構(gòu)，只要用正確的程序代碼通過初始化串行口對應(yīng)寄存器的形式將其串行硬件結(jié)構(gòu)初始化，再編寫符合此串行口通信的程序代碼便能夠?qū)崿F(xiàn)串行通信，其硬件結(jié)構(gòu)決定了編程機(jī)制（ 當(dāng)然還要靠51芯片內(nèi)CPU等機(jī)制 ）。

　　此結(jié)構(gòu)具有UART（ 通用異步收發(fā)器 ）的全部功能，能同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為同步移位寄存器使用。此結(jié)構(gòu)集成于單片機(jī)內(nèi)部。

　　51串行口通信編程機(jī)制

　　決定編程機(jī)制的先決條件是51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及51芯片內(nèi)部CPU的執(zhí)行機(jī)制。根據(jù)串行通信口硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)UART通信可以分為兩步：

　　（1）初始化串行通信口（ UART ）

　　配置SCON：設(shè)定串口方式（ SM0及SM1位配置4種方式 ）；串口是否要接收數(shù)據(jù)（REN位 ）

　　設(shè)定PCON寄存器的SMOD位（若非串口方式0 ）

　　若串口為方式1和方式3，則需要配置TMOD：選擇定時器1并配置其初值裝載方式（MI M0位 ），并設(shè)置TH1，TL0的初值以確定通信的波特率（由波特率的計(jì)算公式 ），然后配置TCON：開啟定時器1（ TR1 ）。

　　允許使用中斷（ ES ），開啟UART中斷（ EA ）

　　可以這些寄存器的配置含義可以查看相應(yīng)的知識點(diǎn)：中斷配置IE寄存器、定時/計(jì)數(shù)方式配置寄存器TMOD、定時/計(jì)數(shù)控制寄存器及通信寄存器SCON寄存器筆記。

　　（2）程序?qū)崿F(xiàn)：編寫發(fā)送/接收數(shù)據(jù)代碼及中斷服務(wù)程序

　　注：TI及RI的置位可查看SCON寄存器TI RI被置位的條件

　　［1］發(fā)送的數(shù)據(jù)需要通過程序指令“SBUF =數(shù)據(jù);”來將數(shù)據(jù)送往串行發(fā)送緩沖寄存器中，在此條語句后，要用循環(huán)判斷SCON寄存器中的TI位是否被硬件置位1（表示發(fā)送完畢），等待發(fā)送完畢，TI置位被置為1時會進(jìn)入串行中斷服務(wù)程序［由此不能在串行中斷服務(wù)程序里面將TI置0，因?yàn)閺难h(huán)里面進(jìn)入中斷后會返回到循環(huán)語句中來，所以要在串行中斷服務(wù)程序之外將TI置0，置0的目的是提供下一次數(shù)據(jù)發(fā)送成功的依據(jù)或進(jìn)入中斷服務(wù)器程序 ］，需要用程序代碼將TI重新置為0；然后再由CPU控制的時序?qū)?shù)據(jù)從TXD（ P3.1 ）腳發(fā)出，經(jīng)過連接的串口線到從設(shè)備（接收數(shù)據(jù)的設(shè)備 ）。

　　［2］獲取接收到數(shù)據(jù)時需要通過程序指令“存數(shù)據(jù)變量=SBUF;”將串行接收緩沖寄存器接收到的數(shù)據(jù)讀取到程序中來，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)完畢后，RI會被硬件置位1，此時也會進(jìn)入串行中斷服務(wù)程序，需要用程序指令將RI重新置位0。當(dāng)然接收數(shù)據(jù)是由RXD（ P3.0 ）引腳完成。

　　［3］串行中斷服務(wù)程序的中斷號為4，所以編寫串行中斷服務(wù)程序時需要有以下格式：

　　void 函數(shù)名（） interrupt 4

　　{

　　中斷服務(wù)程序內(nèi)容

　　}

　　串行中斷服務(wù)函數(shù)當(dāng)TI或RI被硬件置位1時才被系統(tǒng)調(diào)用。TI被硬件置1的情況是，當(dāng)串行發(fā)送緩沖寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)被通過TXD（ P3.1 ）發(fā)送完畢時（ 不同的串口方式置1條件不同 ）不是指將數(shù)據(jù)存入串行發(fā)送緩沖器中時TI會被置1，同理RI被置1的情況是當(dāng)RXD（ P3.0 ）接收到數(shù)據(jù)將此數(shù)據(jù)按位存入串行接收緩沖寄存器內(nèi)完畢時（ 不同串口方式置1的條件不同 ）不是指從串行接收緩沖寄存器讀完數(shù)據(jù)時RI會被置1。這個數(shù)據(jù)的長度和TI（ RI ）被置位1根據(jù)串行通信方式不同而不同。

　　對于用程序來實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)中的串行通信還需要明確兩點(diǎn)（與其它部分的聯(lián)系）：

　　（1）在51單片機(jī)串行通信的方式1和方式3中，波特率由定時器1的溢出率決定。

　　（2）SBUF為特殊功能寄存器，它在程序中的兩種不同的指令形式表示不同的含義，當(dāng)在程序中用寫指令“SBUF=a;”時，表示將a存入串行數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖寄存器中；當(dāng)在程序中使用讀指令“a=SBUF;”時，表示向串行數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器讀數(shù)據(jù)并將得到數(shù)據(jù)賦值于a。接收器具有雙緩沖結(jié)構(gòu)，即在從接收寄存器中前一個已經(jīng)收到的字節(jié)之前，便能接收第二個字節(jié)，如果第二個字節(jié)已經(jīng)接收完畢，第一個字節(jié)還沒有被讀出，則第一個字節(jié)就損失（ 被覆蓋 ）。而發(fā)送器中的數(shù)據(jù)是由CPU控制的，所以不必程序用戶擔(dān)憂。

　　程序?qū)崿F(xiàn)串行通信

　　程序的大體框架為main主函數(shù)、串行中斷服務(wù)程序、子函數(shù)（初始化串口、延時函數(shù)，字符串處理函數(shù)等）

　　（1）首先是用程序?qū)崿F(xiàn)串行通信的初始化

　　（2）用程序?qū)崿F(xiàn)發(fā)數(shù)據(jù)

　　將要發(fā)送的數(shù)據(jù)賦值給SBUF即可。

　　（3）在中斷函數(shù)中接受數(shù)據(jù)

　　不管發(fā)送數(shù)據(jù)成功還是接受到數(shù)據(jù)都會進(jìn)入到中斷程序中，故而在中斷程序中判斷是否RI被置位為1，如是則表示收到了數(shù)據(jù)。

　　然后只需要在主程序main函數(shù)中調(diào)用串行口初始化函數(shù)及用一定的邏輯調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)即可。

　　（4）通過串口調(diào)試助手來觀察程序執(zhí)行效果

　　【1】發(fā)數(shù)據(jù)顯示

　　設(shè)置串口調(diào)試助手：

　　在串口調(diào)試助手中按照下劃線部分設(shè)置后，結(jié)果顯示區(qū)域就會顯示由程序發(fā)將上來的數(shù)據(jù)。

　　【2】串口調(diào)試助手往單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)并再顯示到串口調(diào)試界面之上

　　對串口調(diào)試助手的設(shè)置除了發(fā)送數(shù)據(jù)之上的設(shè)置之外還需要在表格中填入字符串，然后點(diǎn)擊表格下畫圈使之為“停止循環(huán)發(fā)送”，然后就可以將收到的數(shù)據(jù)同將要發(fā)送的數(shù)據(jù)一起發(fā)送到串口調(diào)試界面之上來。