51單片機(jī)具有串行通信能力。其串行接口（ UART）是一個(gè)全雙工的通信接口，能方便地與其他單片機(jī)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)或多機(jī)串行通信。隨著IBM - PC機(jī)的普及和單片機(jī)應(yīng)用的迅速發(fā)展，把這兩種微型機(jī)結(jié)合起來(lái)的應(yīng)用日益廣泛，從而使之既具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)控制功能，又有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，充分發(fā)揮了不同機(jī)種的特長(zhǎng)。在這種應(yīng)用中，雙方都采用了RS - 232C標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)或多機(jī)之間的通信。

在不同機(jī)種的微機(jī)通信中，眾所周知的一個(gè)問(wèn)題是進(jìn)行通信的雙方應(yīng)該采用相同的傳輸速率，即雙方都應(yīng)使用同樣的傳輸波特率，這是確保通信成功的重要條件之一。下面僅對(duì)通信中波特率的設(shè)置問(wèn)題作一些論述，供大家參考。

在IBM - PC／XT系統(tǒng)中，配備有異步通信適配器，該板上設(shè)有INS8250異步通信接口。PC機(jī)上波特率的設(shè)置是通過(guò)對(duì)8250初始化而實(shí)現(xiàn)的。在8250端口寄存器中，3FSH和3F9H分別設(shè)置為波特率因子的低8位和高8位值。該因子取值范圍為1～65 535，對(duì)輸入時(shí)鐘（1. 843 2 MHz）進(jìn)行分頻，產(chǎn)生16倍波特率的波特率發(fā)生器時(shí)鐘（BAUDOUT），因而

對(duì)8250初始化預(yù)置了波特率因子之后，波特率發(fā)生器方可產(chǎn)生規(guī)定的波特率。

51單片機(jī)串行通信的波特率因串行口工作方式選擇不同而異。它除了與系統(tǒng)的振蕩頻率、電源控制寄存器PCON的SMOD位有關(guān)外，還與定時(shí)器T1的設(shè)置有關(guān)。

在串行口工作方式O時(shí)，波特率固定不變，其大小為foSC／12。在串行口方式2時(shí)，波特率也只固定為兩種，與SMOD位的值有關(guān)：當(dāng)SMOD-O時(shí)，波特率為foSC／64;當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率為foSC/32。串行口方式1、3的波特率是可變的，除與SMOD位的取值有關(guān)外，主要取決于定時(shí)器1的溢出率。當(dāng)定時(shí)器1用作串行通信的波特率發(fā)生器時(shí)，波特率可由下式確定：

波特率=T1溢出率／n

式中：n=32或16，對(duì)應(yīng)于PCON中SMOD=O或1。而Ti的溢出率取決于計(jì)數(shù)速率和定時(shí)時(shí)間常數(shù)，即

T1溢出率=計(jì)數(shù)速率/256-x

此時(shí)T1工作于方式2，即8位自動(dòng)裝載方式。這種方式可以避免重新設(shè)定定時(shí)初值。式中x即為在TH1和TL1中裝入的初始計(jì)數(shù)值。定時(shí)器1的計(jì)數(shù)速率與定時(shí)器工作方式的選擇有關(guān)。當(dāng)選擇T1為定時(shí)工作方式時(shí)，其計(jì)數(shù)輸入脈沖為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)，即每個(gè)機(jī)器周期使寄存器值加1，而每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)振蕩周期，故計(jì)數(shù)速率為fosc／12。若系統(tǒng)fosc=12 MHz，則T1計(jì)數(shù)速率為fosc／12=1 MHz。由此可得出

例如，假定串行通信雙方波特率要求為9 600 b/s．系統(tǒng)振蕩頻率fosc=11. 59 MHz，當(dāng)SMOD選為1時(shí)，TH1、TL1的初值計(jì)算如下：

將此值置入TH，、TL1時(shí)，波特率發(fā)生器產(chǎn)生的實(shí)際的傳輸速率為

在這種情況下，PC機(jī)與單片機(jī)可以進(jìn)行正常的接收與發(fā)送。

根據(jù)以上條件，若系統(tǒng)采用12 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘，按照上面公式計(jì)算可得出z≈250或249（FAH或F9H）。此時(shí)在THi和TL1中置入FAH或F9H時(shí)，實(shí)際的傳輸速率為10 416. 67或8 928. 57 b/s，其誤差分別為-8.5%或+7%。

實(shí)踐表明，PC機(jī)與單片機(jī)在這種條件下不能實(shí)現(xiàn)正常的接收與發(fā)送。

上面的計(jì)算表明，在串行通信中，當(dāng)規(guī)定了傳輸速率以后，波特率的設(shè)置與系統(tǒng)使用的振蕩頻率有著很重要的作用，可直接影響通信的成功與失敗。上例中，當(dāng)雙機(jī)約定了傳輸速率為9600 b/s時(shí)，若系統(tǒng)振蕩頻率為12 MHz或6 MHz，PC機(jī)的波特率為9 600 b/s，而單片機(jī)實(shí)際的波特率大于（或小于）9 600 b/s．則波特率誤差為8.5%。也就是說(shuō)，若PC機(jī)以101.17 μs的時(shí)間發(fā)送一位數(shù)據(jù)，則單片機(jī)以96 μs的時(shí)間接收一位數(shù)據(jù)。在接收一幀數(shù)據(jù)的過(guò)程中，由于誤差的累積，則產(chǎn)生了錯(cuò)碼。

我們知道，在單片機(jī)的串行接收方式（1、2、3）中，CPU以16倍波特率的采樣速率不斷對(duì)接收數(shù)據(jù)（RxD）采樣，一旦檢測(cè)到由1到0的負(fù)跳變，16分頻計(jì)數(shù)器立刻復(fù)位，使之滿度翻轉(zhuǎn)的時(shí)刻恰好與輸入位的邊沿對(duì)準(zhǔn)。16分頻計(jì)數(shù)器把每個(gè)接收位的時(shí)間分為16份，在中間三位即7、8、9狀態(tài)時(shí)，位檢測(cè)器對(duì)RxD端的值采樣，并以3取2的表決方式，確定所接收的數(shù)據(jù)位。這3個(gè)狀態(tài)，理論上對(duì)應(yīng)于每一位的中間段，若發(fā)送端與接收端的傳輸速率不一致，就會(huì)發(fā)生采樣偏移。這種傳輸速率的誤差在允許范圍內(nèi)不致產(chǎn)生錯(cuò)位或漏碼；但當(dāng)誤差超出允許范圍時(shí)，便會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，使接收的某數(shù)據(jù)重復(fù)接收，因而產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)錯(cuò)。

下面僅對(duì)由波特率誤差引起的錯(cuò)碼現(xiàn)象作一分析。例如PC機(jī)與單片機(jī)的通信速率約定為9 600 b/s，系統(tǒng)時(shí)鐘為6 MHz時(shí)，為了按約定的速率通信，PC機(jī)在8250異步通信接口中的3F8H和3F9H寄存器中設(shè)定波特率因子分別為OCH和OOH;而單片機(jī)中定時(shí)器1初值TH1=TL1 =FDH。此時(shí)，PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)與單片機(jī)接收數(shù)據(jù)情況如下：

PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) 單片機(jī)接收數(shù)據(jù)

10H—1FH 30H～3FH

以上數(shù)據(jù)表明了接收數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的錯(cuò)碼情況。通過(guò)對(duì)上述錯(cuò)碼進(jìn)行剖析可以看到：當(dāng)因波特率誤差引起接收端采樣偏移時(shí)，如果這個(gè)偏移使得接收某數(shù)據(jù)位的采樣在該位中點(diǎn)的半位間隔時(shí)，將會(huì)對(duì)該位采樣兩次，因而形成了上面的錯(cuò)碼情況。下面公式表明錯(cuò)碼或漏碼發(fā)生的位數(shù)N：

即當(dāng)串行異步通信的幀格式為11位時(shí)：

●N≤11，表示一幀數(shù)據(jù)中有某位被采樣錯(cuò)，且采樣出錯(cuò)在第N位；

●N》ll，表示一幀數(shù)據(jù)中沒(méi)有數(shù)據(jù)位發(fā)生采樣錯(cuò)。

本例中，波特率誤差為8. 5%，由上面公式得出8.5%×11=0.935》0.5，說(shuō)明在這個(gè)波特率誤差下將出現(xiàn)采樣錯(cuò)，且出錯(cuò)位為：

即在數(shù)據(jù)幀包括起始位的第6位發(fā)生錯(cuò)碼，在第6位采樣了兩次，因而得到上面錯(cuò)碼情況。

由此可以類推出錯(cuò)誤的接收數(shù)據(jù)。

相反，當(dāng)PC機(jī)的傳送波特率大于單片機(jī)的傳送波特率時(shí)，則會(huì)在第N位出現(xiàn)漏碼錯(cuò)誤。這里不再贅述。

由上面的公式還可以推斷出，當(dāng)波特率相對(duì)誤差小于4. 5%時(shí)，這種采樣的偏移將不影響正常的數(shù)據(jù)接收。但一般為了保證傳輸?shù)目煽啃?，通常波特率誤差不大于2.5%，而盡量選擇最小的傳輸誤差率。

在波特率的設(shè)置中，還有一個(gè)問(wèn)題值得注意，這就是SMOD位的選擇也影響著波特率的準(zhǔn)確率。請(qǐng)看下面例子：

設(shè)波特率為2 400 b/s，fosc=6 MHz時(shí)，SMOD可以任選為0或1。但是由于對(duì)SMOD不同的選擇，產(chǎn)生了不同的波特率誤差：

上面的分析說(shuō)明了SMOD值雖然是可以任意選擇的，但在某些情況下，它直接影響著波特率誤差范圍，因而在波特率設(shè)置時(shí)，對(duì)SMOD的選取也需要做適當(dāng)?shù)目紤]。

以上對(duì)串行通信所必須涉及的波特率設(shè)置問(wèn)題作了一些分析。由此可以看出，在異機(jī)種的串行通信中，波特率的設(shè)置是很重要的問(wèn)題，它直接關(guān)系著串行通信的成功與失敗，因此在波特率設(shè)置時(shí)需要給予足夠的認(rèn)識(shí)。