8051单片机有一个可编程的全双工串行通信接口，它可作UART，也可作同步移位寄存器。其帧格式可有8位、10位或11位，并能设置各种波特率。
1）内部结构
8051单片机通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界进行通信。其内部结构示意图如图6.5所示。图6.5中有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H，可同时发送、接收数据。发送缓冲器中，数据只能写入，不能读出，接收缓冲器中，数据只能读出、不能写入。
图6.5 串行口内部结构示意简图
串行发送与接收数据的速率与移位时钟同步。8051用定时器T1作为串行通信的波特率发生器，T1溢出率经2分频（或不分频）又经16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即是波特率。
从图6.5中可看出，接收器是双缓冲结构，在前一个字节被接收缓冲器SBUF读出之前，第二个字节已开始被接收（串行输入移位寄存器）。但是，在第二个字节接收完毕，而前一个字节被CPU读取时，会丢失前一个字节。
串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的，当向SBUF发送“写”命令时（执行MOV SBUF，A指令），即向发送缓冲器SBUF装载并开始由TXD引脚向外发送一帧数据，之后再发送中断标志位TI=1。
在满足串行口接收中断标志位RI（SCON.0）=0的条件下，置允许接收位REN（SCON.4）=1就会启动接收一帧数据进入输入移位寄存器，并装载到接收SBUF中，同时RI=1。当发送SBUF命令时（MOV A，SBUF指令），即由接收缓冲器（SBUF）取出信息，通过8051内部总线送至CPU。
2）控制寄存器（SCON）98H
8051串行口是可编程接口，对其初始化编程只需用两个控制字分别写入特殊功能寄存器SCON（98H）和电源控制寄存器PCON（87H）中。
8051串行通信的方式选择、数据接收和发送控制以及串行口的状态标志等均由特殊功能寄存器SCON控制和指示，其控制字格式如图6.6所示。
图6.6 串行口控制寄存器SCON的控制字格式
（1）SM0和SM1（SCON.7、6）
SM0和SM1（SCON.7、6）是串行口工作方式选择位。两个选择位对应4种工作方式见表6.1，其中fosc是振荡频率。
(2)SM2(SCON.5)
SM2是多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。若置SM2=1，则允许多机通信。多机通信协议规定，第9位数据（D8）为1，说明本帧数据为地址帧；若第9位为0，则本帧为数据帧。当一个8051（主机）与多个8051（从机）通信时，所有从机的SM2位都置为1。主机首先发送的一帧数据为地址，即某从机机号，其中第9位为1，被寻地址的某个从机接收到数据后，将其中第9位装入RB8。从机根据收到的第9位数据（RB8中）的值决定从机可否再接收主机的信息，若（RB8）=0，说明是数据帧，则接收中断标志位RI=0，信息丢失；若（RB8）=1，说明是地址帧，数据装入SBUF并置RI=1，中断所有从机，被寻址的目标从机清除SM2以接收主机发来的一帧数据。其他从机仍然保持SM2=1。
表6.1 串行口的工作方式
若SM2=0，不属于多机通信情况，则接收一帧数据后，不管第9位数值是“0”还是“1”，都置EI=1，接收到的数据装入SBUF中。
根据SM2这个功能，可实现多个8051应用系统的串行通信。
在方式1时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，EI才置1，以便接收下一帧数据。(www.xing528.com)
在方式0时，SM2必须是0。
(3)REN(SCON.4)
允许接收控制位。由软件置1或清零，只有当REN=1时才允许接收，相当于串行接收的开关；若REN=0，则禁止接收。
在串行通信接收控制程序中，如果满足RI=0，置位REN=1（允许接收）的条件，则启动一次接收过程，一帧数据就装载入接收SBUF中。
(4)TB8(SCON.3)
发送数据的第9位（D8）装入TB8中。在方式2或方式3中，根据发送数据的需要由软件置位或复位。在许多通信协议中可作奇偶校验位，也可在多机通信中作为发送地址帧或数据帧的标志位。若TB8=1，说明发送该帧数据为地址；若TB8=0，说明发送该帧数据为数据字节。在方式0和方式1中，该位未用。
(5)RB8(SCON.2)
接收数据的第9位。在方式2或方式3中，接收到的第9位数据放在RB8位。它是约定的奇/偶校验位，或是约定的地址/数据标识位。在方式2和方式3多机通信中，若SM2=1，RB8=1，说明收到的数据为地址帧。
在方式1中，若SM2=0（即不是多机通信情况），RB8中存入的是已接收到的停止位。
在方式0中，该位未用。
(6)TI(SCON.1)
发送中断标志。在一帧数据发送完时被置位。方式0串行发送到第8位结束时，或其他方式串行发送到停止位的开始时，由硬件置位，可用软件查询。同时也可申请中断，TI置位表示向CPU提供“发送缓中器SBUF已空”的信息，CPU准备发送下一帧数据。串行口发送中断被响应后，TI不会自动复位，必须由软件清零。
(7)RI(SCON.0)
接收中断标志。在接收到一帧有效数据后由硬件置位。在方式0中，第8位数据发送结束时，由硬件置位；在其他3种方式中，在接收到停止位中间时由硬件置位。RI=1，申请中断，表示一帧数据接收结束，并已装入接收SBUF中，要求CPU取走数据。CPU响应中断，取走数据。RI也必须由软件清零，解除中断申请，并准备接收下一帧数据。
串行发送中断标志TI和接收中断标志RI是同一个中断源，CPU不知道是发送中断TI还是接收中断RI产生的中断请求，因此在全双工通信时，必须由软件来判别。
复位时，SCON所有位均清零。
3）电源控制寄存器PCON（87H）
电源控制寄存PCON中只有一位SMOD与串行口工作有关，如图6.7所示。
SMOD（PCON.7）波特率倍增位。串行口工作在方式1、方式2和方式3时，波特率和2SMOD成正比，即当SMOD=1时，波特率提高一倍，复位时，SMOD=0。
图6.7 电源控制寄存器PCON
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