详解串行通信的波特率设置问题

51单片机具有串行通信能力。其串行接口（ UART）是一个全双工的通信接口，能方便地与其他单片机实现双机或多机串行通信。随着IBM - PC机的普及和单片机应用的迅速发展，把这两种微型机结合起来的应用日益广泛，从而使之既具有较强的实时控制功能，又有很强的数据处理能力，充分发挥了不同机种的特长。在这种应用中，双方都采用了RS - 232C标准串行通信接口，以实现双机或多机之间的通信。

在不同机种的微机通信中，众所周知的一个问题是进行通信的双方应该采用相同的传输速率，即双方都应使用同样的传输波特率，这是确保通信成功的重要条件之一。下面仅对通信中波特率的设置问题作一些论述，供大家参考。

在IBM - PC／XT系统中，配备有异步通信适配器，该板上设有INS8250异步通信接口。PC机上波特率的设置是通过对8250初始化而实现的。在8250端口寄存器中，3FSH和3F9H分别设置为波特率因子的低8位和高8位值。该因子取值范围为1～65 535，对输入时钟（1. 843 2 MHz）进行分频，产生16倍波特率的波特率发生器时钟（BAUDOUT），因而

对8250初始化预置了波特率因子之后，波特率发生器方可产生规定的波特率。

51单片机串行通信的波特率因串行口工作方式选择不同而异。它除了与系统的振荡频率、电源控制寄存器PCON的SMOD位有关外，还与定时器T1的设置有关。

在串行口工作方式O时，波特率固定不变，其大小为foSC／12。在串行口方式2时，波特率也只固定为两种，与SMOD位的值有关：当SMOD-O时，波特率为foSC／64;当SMOD=1时，波特率为foSC/32。串行口方式1、3的波特率是可变的，除与SMOD位的取值有关外，主要取决于定时器1的溢出率。当定时器1用作串行通信的波特率发生器时，波特率可由下式确定：

波特率=T1溢出率／n

式中：n=32或16，对应于PCON中SMOD=O或1。而TI的溢出率取决于计数速率和定时时间常数，即

T1溢出率=计数速率/256-x

此时T1工作于方式2，即8位自动装载方式。这种方式可以避免重新设定定时初值。式中x即为在TH1和TL1中装入的初始计数值。定时器1的计数速率与定时器工作方式的选择有关。当选择T1为定时工作方式时，其计数输入脉冲为内部时钟信号，即每个机器周期使寄存器值加1，而每个机器周期为12个振荡周期，故计数速率为fosc／12。若系统fosc=12 MHz，则T1计数速率为fosc／12=1 MHz。由此可得出

例如，假定串行通信双方波特率要求为9 600 b/s．系统振荡频率fosc=11. 59 MHz，当SMOD选为1时，TH1、TL1的初值计算如下：

将此值置入TH，、TL1时，波特率发生器产生的实际的传输速率为

在这种情况下，PC机与单片机可以进行正常的接收与发送。

根据以上条件，若系统采用12 MHz系统时钟，按照上面公式计算可得出z≈250或249（FAH或F9H）。此时在THi和TL1中置入FAH或F9H时，实际的传输速率为10 416. 67或8 928. 57 b/s，其误差分别为-8.5%或+7%。

实践表明，PC机与单片机在这种条件下不能实现正常的接收与发送。

上面的计算表明，在串行通信中，当规定了传输速率以后，波特率的设置与系统使用的振荡频率有着很重要的作用，可直接影响通信的成功与失败。上例中，当双机约定了传输速率为9600 b/s时，若系统振荡频率为12 MHz或6 MHz，PC机的波特率为9 600 b/s，而单片机实际的波特率大于（或小于）9 600 b/s．则波特率误差为8.5%。也就是说，若PC机以101.17 μs的时间发送一位数据，则单片机以96 μs的时间接收一位数据。在接收一帧数据的过程中，由于误差的累积，则产生了错码。

我们知道，在单片机的串行接收方式（1、2、3）中，CPU以16倍波特率的采样速率不断对接收数据（RxD）采样，一旦检测到由1到0的负跳变，16分频计数器立刻复位，使之满度翻转的时刻恰好与输入位的边沿对准。16分频计数器把每个接收位的时间分为16份，在中间三位即7、8、9状态时，位检测器对RxD端的值采样，并以3取2的表决方式，确定所接收的数据位。这3个状态，理论上对应于每一位的中间段，若发送端与接收端的传输速率不一致，就会发生采样偏移。这种传输速率的误差在允许范围内不致产生错位或漏码；但当误差超出允许范围时，便会发生错位，使接收的某数据重复接收，因而产生接收数据错。