51单片机如何实现串口通信？它的工作原理是什么？

51单片机是一种常见的微控制器，它具有串行通信接口(Serial Communication Interface，SCI)。通过串口通信接口，51单片机可以与其他设备或系统进行串行通信，实现数据传输和控制。

串口通信接口的工作原理是将要传输的数据或命令按照一定的协议进行编码，然后通过串行通信接口逐位传输。在接收端，串行通信接口将接收到的数据进行解码，还原成原始的数据或命令，并进行相应的处理。

具体来说，51单片机的串行通信接口一般包括以下几个部分：

1. 串行数据输入寄存器(RX)：用于接收从外部设备或系统传输过来的数据或命令，并将其存储在寄存器中。

2. 串行数据输出寄存器(TX)：用于将需要发送的数据或命令存储在寄存器中，然后逐位发送到外部设备或系统中。

3. 波特率发生器(BRG)：用于产生串行通信所需的波特率(即每秒钟传输的位数)，从而控制数据的传输速率。

4. 移位寄存器(SHF)：用于将串行数据或命令在移位寄存器中逐位进行传输。

5. 控制寄存器(CTR)：用于设置串行通信接口的工作模式，如串口模式0为同步模式、模式1为8位异步模式、模式2为9位异步模式等。

在进行串行通信时，发送端和接收端需要使用相同的波特率和数据格式。波特率发生器根据所需的波特率产生时钟信号，控制数据的发送和接收。移位寄存器用于逐位传输数据或命令，控制寄存器用于设置工作模式和中断等参数。

下面是51单片机串口操作说明。默认的主频是12分频，所以不用配置AUXR寄存器，高级的单片机要调分频系数的时候，可能会用到AUXR寄存器。

①：SCON、PCON的配置。SCON：用于设定串行口的工作方式，这里选择方式1(SM0=0，SM1=1)10位UART(8位数据，1位起始位，1位停止位)，波特率可变。REN是允许串行接收控制位，这里是发送，所以不需要置1。SCON=0x40。

TI：发送中断标志位。在方式 0 时，当串行发送第 8 位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使 TI 置 1，向 CPU 发中断申请。 在中断服务程序中，必须用软件将其清 0，取消此中断申请。

RI：接收中断标志位。在方式 0 时，当串行接收第 8 位数据结束时，或在其 它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使 RI 置 1，向 CPU 发中断申请。 也必须在中断服务程序中，用软件将其清 0，取消此中断申请。

PCON：令SMOD=0，其他位不变。PCON&=0x7f。

SMOD：波特率倍增位。在串口方式 1、方式 2、方式 3 时，波特率与 SMOD 有 关，当 SMOD=1 时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。

②波特率的确定。用8位自动重装(方式2)定时器T1的溢出率来产生波特率。例如：波特率为9600，T1初始值怎么算?首先，算出溢出频率=波特率x16x2=0.3072Mhz，从而得到T1溢出一次的时间=1÷溢出频率 =3.2552us;假设晶振为12Mhz，那么计数一次的时间=1/(12M)x12=1us，所以计数次数=溢出一次的时间÷计数一次的时间=3.2552。发现计数次数不是整数，这是因为晶振频率为12Mhz，存在误差，如果晶振频率为11.0592Mhz，就没有误差，初始值就是2^8-3=253，化成16进制就是0xfd，所以初始值TH1=0xfd，重装值TL1=0xfd。TMOD&=0x0f，TMOD|=0x20。打开T1，TR1=1。

③中断的开放。因为是用T1的溢出得到波特率，所以要禁止T1中断。ET1=0。

串口发送程序

#include

void UartInit() //9600bps@11.0592MHz

{

PCON &= 0x7F; //波特率不倍速

SCON = 0x40; //8位数据,可变波特率

TMOD &= 0x0F; //清除定时器1模式位

TMOD |= 0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式

TL1 = 0xFD; //设定定时初值

TH1 = 0xFD; //设定定时器重装值

TR1 = 1; //启动定时器1

ET1 = 0; //禁止定时器1中断

}

void Uartsend(unsigned char byte)//发送

{

SBUF=byte;//把数据写入发送缓冲区SBUF

//数据发送完成的标志是TI=1;所以等待数据传送完

while(TI==0);

TI=0;//软件清零

}

int main()

{

UartInit();

Uartsend('a');

while(1)

{

}

}

在串行通信中，常用的协议有RS-232、RS-485和UART等。其中，RS-232是最常见的串行通信协议之一，它使用正负电压来表示二进制数据的0和1，通信距离可达15米左右。RS-485是RS-232的改进型，它使用差分信号进行传输，具有更高的抗干扰能力和更远的传输距离。UART则是另一种常用的串行通信协议，它使用起始位、数据位、可选的奇偶校验位和停止位来表示一个数据帧，具有传输速度快、协议简单等优点。

总的来说，51单片机通过串行通信接口可以实现与其他设备或系统的串行通信，实现数据的传输和控制。串行通信接口的工作原理是将数据或命令按照一定的协议进行编码，然后通过串行通信接口逐位传输，最终实现数据的传输和控制。