單片機的串行通訊就是排成一隊走，並行就是排成一列走

同步串行通信（Synchronous serial communication）和異步串行通信（Asynchronous serial communication）

1）發送端在發送串行數據的同時，提供一個時鐘信號，並按照一定的約定（例如在時鐘信號的上升沿的時候，將數據發送出去）發送數據，接收端根據發送端提供的時鐘信號，以及大家的約定，接收數據。這就是常說的同步串行通信（Synchronous serial communication），I2C、SPI等有時鐘信號的協議，都屬於這種通信方式。

2）發送端在數據發送之前和之後，通過特定形式的信號（例如START信號和STOP信號），告訴接收端，可以開始（或者停止）接收數據了。與此同時，收發兩方會約定一個數據發送的速度（就是大名鼎鼎的波特率），發送端在發送START信號之後，就按照固定的節奏發送串行數據，與此同時，接收端在收到START信號之後，也按照固定的節奏接收串行數據。這就是常說的異步串行通信（Asynchronous serial communication）。

串行異步通信是單片機中常用的方式：

數據按幀傳輸，一包含數據按幀傳輸，一包含起始位、數據校驗和停止。依靠起始位、停止保持通信同步。因每幀傳輸都要建立一次同步，即需要額外兩個附加位適用於工作速度較低的場合。

串行口的接口及基本原理：

該單片機串行接口是一個可編程的全雙工串行通信接口。它可用作異步通信方式（UART），與串行傳送信息的外部設備相連接，或用於通過標準異步通信協議進行全雙工的8051多機系統也能通過同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器來擴充I/O口。通過管腳RXD（P3.0，串行數據接收端）和管腳TXD（P3.1，串行數據發送端）與外界通信。

兩個物理上獨立地接收和發送緩衝器，可同時收、發數據（全雙工）。兩個緩衝區公用一個特殊功能寄存器位元組地址：SBUF（99H），它們有相同名字和地址空間，但不會出現衝突，因為它們兩個一個只能被CPU讀出數據，一個只能被CPU寫入數據。

控制寄存器共兩個：特殊功能寄存器SCON（控制寄存器）和PCON（狀態寄存器）。

串行口控制寄存器SCON ：位元組地址98H，可位尋址，格式如圖所示

（1）SM0、SM1——串行口4種工作方式的選擇位

SM0 SM1方式功能說明

0 0 0同步移位寄存器方式（用於擴展I/O口）

0 1 1 8位異步收發，波特率可變（由定時器控制）

1 0 2 9位異步收發，波特率為fosc/64或fosc/32

1 1 3 9位異步收發，波特率可變（由定時器控制）

表1串行口的4種工作方式

其中fosc為晶體震盪器頻率

SM2：多機通信控制位。在方式0時，SM2一定要等於0。在方式1中，當（SM2）=1則只有接收到有效停止位時，RI才置1。在方式2或方式3當（SM2）=1且接收到的第九位數據RB8=0時，RI才置1。

REN：接收允許控制位。由軟體置位以允許接收，又由軟體清0來禁止接收。

TB8: 是要發送數據的第9位。在方式2或方式3中，要發送的第9位數據，根據需要由軟體置1或清0。例如，可約定作為奇偶校驗位，或在多機通信中作為區別地址幀或數據幀的標誌位。

RB8：接收到的數據的第9位。在方式0中不使用RB8。在方式1中，若（SM2）=0，RB8為接收到的停止位。在方式2或方式3中，RB8為接收到的第9位數據。

TI：發送中斷標誌。在方式0中，第8位發送結束時，由硬體置位。在其它方式的發送停止位前，由硬體置位。TI置位既表示一幀信息發送結束，同時也是申請中斷，可根據需要，用軟體查詢的辦法獲得數據已發送完畢的信息，或用中斷的方式來發送下一個數據。TI必須用軟體清0。

RI：接收中斷標誌位。在方式0，當接收完第8位數據後，由硬體置位。在其它方式中，在接收到停止位的中間時刻由硬體置位（例外情況見於SM2的說明）。RI置位表示一幀數據接收完畢，可用查詢的辦法獲知或者用中斷的辦法獲知。RI也必須用軟體清0。

波特率即數據傳送的速率，其定義是每秒鐘傳送的二進位數的位數。例如，數據傳送的速率是120字符/s，而每個字符如上述規定包含10數位，則傳送波特率為1200波特。

波特率：每秒鐘傳送碼元數目，單位波特（ Baud）（位／秒（ bps）

假設波特率為： 1200b／s

每一位代碼的傳送時間 Td（碼元寬度）為波特率的倒數。

Td＝1b／（ 1200bs）＝ 0.833ms

而每個字符格式包含 10個代碼位（1個起始位、1個終止位、8個數據位），傳送一位元組需要 8.33ms。

傳送距離隨波特率增加而減少

波特率制定方法：

·收、發雙方的波特率必須一致。

·串口方式0和方式2的波特率是固定的；

·串口方式1和方式3的波特率是可變的，由T1溢出率確定。

串口各種工作方式下波特率的計算

.方式0時，波特率固定為時鐘頻率fosc的1/12。

.方式2時，波特率僅與SMOD位的值有關。

2定時器T1產生波特率的計算

（1）方式0波特率=時鐘頻率fosc×1/12，不受SMOD位的值的影響。若fosc=12MHz，波特率為fosc/12即1Mb/s。

（2）方式2波特率=（2^SMOD/64）×fosc

若fosc=12MHz: SMOD=0波特率=187.5kb/s；SMOD=1波特率=375kb/s

（3）方式1或方式3時，波特率為：

波特率=（2^SMOD/64）×T1的溢出率

實際設定波特率時，T1常設置為方式2定時（自動裝初值）這種方式不僅操作方便，也可避免因軟體重裝初值而帶來的定時誤差。

由上式可見，波特率隨fosc、SMOD和初值X而變化。

幀格式：

起始位（１位）---低電平；

數據位（８位）；

奇偶校驗位（１位，可無校驗位）；

停止位（１位）---高電平。

空閒位

串行口的四種工作方式：

1、工作方式0

工作方式0由SCON寄存器SM0\SM1都為低電平決定，用於移位寄存器，I/O口擴展應用。一幀信息包括8位數據位、低位在前，高位在後。波特率固定為fosc/12。

發送：TI=0時，執行MOV SBUF,A將數據寫入發送緩衝寄存器，並啟動發送。TXD端輸出移位脈衝，串行口把SBUF中數據依次從低到高從RXD讀出。一幀數據發送完畢，硬體自動將RI發送中斷標誌位置1，若再次發送需要用指令CLR TI清零。

MOV SBUF,A;啟動發送

JNB TI,$;若TI=0則該指令原地踏步等待發送完畢

CLR TI；請0，清發送中斷標誌位

接收：在RI=0,REN=1時，開始串行接收數據，TXD輸出移位脈衝。將數據以固定波特率接收到SBUF中去，一幀數據接收完畢後，硬體自動將RI置1，若再接收數據需要用MOV A,SBUF讀出數據，然後用指令將RI清零。

JNB RI,$;RI=0則軟體原地踏步，等待接收

CLR RI;清接收中斷標誌位

MOV A,SBUF；將接收數據送入累加器A中

2、工作方式1

一幀信息包括起始位、8位數據位、停止位共10位，低位在前，高位在後。波特率可變，由定時器/計數器T1的輸出率和SMOD（PCON.7）決定。

基本的接收發送指令與方式0同，但是：

（1）當SM2=0時，將接收的數據送入SBUF中，停止位送入RB8中，並置中斷標誌位RI=1.

（2）當SM2=1時，接收停止位=1，將接收的數據送入SBUF並且停止位送入RB8，並置RI=1，否則丟棄接收到的數據。再次接收前需要將RI清0。

波特率計算方法：波特率=（2^SMOD/32）*定時器T1的溢出率

溢出率：定時器在1S內產生溢出的次數。

定時器的溢出率與定時器的工作模式有關，可以改變TMOD寄存器T1方式欄位中的M1\M0兩位。T1定時器工作在方式2時，作為8位定時器自動重載功能。

3、方式2

9位異步通信接口。每幀數據均為11位，1位起始位0，8位數據位（先低位），1位可程控的第9位數據和1位停止位。

方式2波特率=（2^SMOD/64）×fosc

發送前，先根據通訊協議由軟體設置TB8（例如，雙機通訊時的奇偶校驗位或多機通訊時的地址/數據的標誌位）。

SM0、SM1=10，且REN=1。數據由RXD端輸入，接收11位信息。當位檢測到RXD從1到0的負跳變，並判斷起始位有效後，開始收一幀信息。在接收器完第9位數據後，需滿足兩個條件，才能將接收到的數據送入SBUF。

（1）RI=0，意味著接收緩衝器為空。

（2）SM2=0或接收到的第9位數據位RB8=1時。

當上述兩個條件滿足時，接收到的數據送入SBUF（接收緩衝器），第9位數據送入RB8，並置「1」RI。若不滿足兩個條件，接收的信息將被丟棄。

4、方式3

SM0、SM1=11，串口為方式3。波特率可變的9位異步通訊方式，除波特率外，方式3和方式2相同。

多機通信（主動式結構）

要保證主機與所選擇的從機實現可靠地通信，必須保證串口具有識別功能。

SCON中的SM2位就是滿足這一條件而設置的多機通信控制位。

原理：在串行口以方式2（或方式3）接收時，若SM2=1，表示置多機通信功能位，這時有兩種可能：

（1）接收到的第9位數據為1時，數據才裝入SBUF，並置中斷標志RI=1向CPU發出中斷請求；

（2）接收到的第9位數據為0時，則不產生中斷標誌，信息將拋棄。

主機發送信息兩類：一類是地址，用來需要和主機通信的從機，特徵是串行發送的第9位數據TB8為1；另一種是數據，串行傳送的第9位數據TB8=0.

主從機通信的過程如下：

1）使所有的從機工作方式2或3，且SM2=1，REN=1，以便主機發送地址信息，從機接收地址幀信息。

2）主機發送要尋址的從機的地址信息，其中包括8位需要與之通信的從機地址，第9位TB8=1.

3）所有從機接收到地址信息，置RI=1.

4）各從機進行地址比較，對於接收到的地址和自己的地址相同的從機，使SM2=0，準備接收主機隨後發來的數據，對於地址不符合的從機，仍保持SM2=1的狀態，對主機隨後的數據不予理睬，直至發現新的地址幀。

備註：補充RS485差分傳輸特性，所謂差分傳輸，就是發送端在兩條信號線上傳輸幅值相等相位相反的電信號，接收端對接受的兩條線信號作減法運算，這樣獲得幅值翻倍的信號。

特點：從嚴格意義上來講，所有電壓信號都是差分的，因為一個電壓只能是相對於另一個電壓而言的。在某些系統里，"系統地"被用作電壓基準點。當'地'當作電壓測量基準時，這種信號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為信號是用單個導體上的電壓來表示的。另一方面，一個差分信號作用在兩個導體上。信號值是兩個導體間的電壓差。儘管不是非常必要，這兩個電壓的平均值還是會經常保持一致。

可以想像，這兩個導體上被同時加入的一個相等的電壓，也就是所謂共模信號，對一個差分放大系統來說是沒有作用的，也就是說，儘管一個差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但它卻可以對一個高達幾伏特的共模信號無動於衷。這個指標叫做差分放大器的共模抑制比（CMRR），一般的運算放大器可以達到90db以上，高精度運放甚至達到120db。