波特率与晶振

为什么51系列单片机常用11.0592MHz的晶振设计?
现在有许多极好的编译程序能显示代码，在速度和尺寸两方面都是非凡有效的。

现代的编绎器非常适应寄存器和变量的使用方面，比手动编译有较好的优越性，甚至在其它常规方面，所以C应是看代码方面最合适的。

答1：因为它能够准确地划分成时钟频率，与UART(通用异步接收器/发送器)量常见的波特率相关。

特别是较高的波特率(19600，19200)，不管多么古怪的值，这些晶振都是准确，常被使用的。

答2：当定时器1被用作波特率发生器时，波特率工作于方式1和方式3是由定时器1的溢出率和SMOD 的值(PCON.7------双倍速波特率)决定：
方式1、3波特率= (定时器1的溢出率)
特殊时，定时器被设在自动重袋模式(模式2，TMOD的高四位为0100B)，其为：
方式1、 3波特率=
11.0592MHZ晶振的一些典型波特率如下：
更换一种计算方式，它将以修改公式达到我们需求的波特率来计算出晶振。

最小晶振频率=波特率x 384 x 2 SMOD
这就是我们所需波特率的最小晶振频率，此频率能成倍增加达到我们需求的时钟频率。

例如：波特率为19.2KH2的最小晶振频率：
3.6864=19200x384x2(波特率为19.2K的SMOD为1 )
11.0592=3.6864x3
其中TH1是由倍乘数(3)确定
TH1=256-3=253=0FDH
用来确定定时器的重装值，公式也可改为倍乘数的因子：
晶振频率=波特率x(256-TH1)x384x2 SMOD
这是波特率为19.24K的晶振频率。

以上的例子可知，被乘数(3)是用来确定TH1：
TH1=256-3=253=0FDH
19.2K波特率的晶振为
11.0592=19200x(256-0FDH)x384x2(19.2 k的SMOD为1)
其它值也会得出好的结果，但是11.0592MHZ是较高的晶振频率，也允许高波特率。

设定80C51串行异步通讯的波特率
本文的目的在于补充及阐明一些有关的内容。

这些内容涉及到将标准8051或80C51串行口（UART）应用于通常的RS-232串行通讯时，如何确定波特率及晶振频率。

这里简化了标准的波
特率计算公式，并重申此公式可用于解决其他参数，如晶振频率和定时器重载值。

下面的讨论需要读者已经具备8051/80C51串行口和定时器的一些知识。

这里讨论的内容可以考虑作为《Philips 80C51 Family Microcontroller Data Book》中“定时器/计数器和标准
串行口”章节的补充说明。

因为我们假设使用标准串行口进行RS-232 串行通讯，因此，串行口应工作于方式1或方式3（波特率可变的模式）,定时器T1 应工作于方式2（8位定时器，自动重载模式，用作波特
率发生器）。

在这里，对于CMOS工艺的微处理器，根据SMOD位是否被设置，所有的公式均可提
供2个时间除数的选择。

对于NMOS工艺的器件，总是使用默认值（SMOD≠1）。

定时器重载值的基本公式规定如下：
波特率
）则除数为（若
晶振频率
192 1 384 256 1 = − = SMOD TH
例如：当晶振为11.0592MHz时，如果需要获得9600波特率的通讯速率，则定时器重载值为：
）（十六进制的xFD 0 253 3 256
9600
384
11059200
256 = − = −
也可以根据公式，从其他已知条件求出波特率或晶振频率，如下所示：
1 256
192 1 384
TH
SMOD
−
= = ）则除数为（若
晶振频率
波特率
）则乘数为（若设定的波特率所需的最小晶振频率192 1 384 = × = SMOD
按上述公式，对于SMOD＝1的CMOS器件，若使用19.2K的通讯波特率，则应使用的最小晶振
频率为19200＊192，即3.6864MHz。

当使用这个公式时，作为最大波特率的定时器重载值总是为
255（十六进制数0xFF），即TH1＝256-1。

因此，按此方法计算，使用相差偶倍数的晶振频率，采用不同的定时器重载值，可以产生
相同的波特率。

举例来说，3.6864MHz的4倍是14.7456MHz。

在14.7456MHz的晶振频率下，只要
使用1/4的定时器溢出率：252（十六进制数0xFC），即TH1＝256-4，作为定时器重载值，就可
以同样产生19.2k的通讯波特率。

一、用于产生标准波特率的晶振频率
下表列出了当80C51串行口工作在标准波特率下时可以使用的晶振频率。

此表假设串行口工作于方式1或方式3（波特率可变的模式）,定时器T1 应工作于方式2（8位定时器，自动重载
模式）。

此表同时假设所需产生的最小波特率为9600（包括可使用置位SMOD位使波特率倍增）。

如果仅需产生一个较低数值的波特率，那可以选用许多晶振频率。

最小定时数值（timer count）栏指出：在当前晶振频率下，用以产生表中所给出的最大
波特率时，所需的最小定时数值。

最后一栏为定时器重载值，用以产生最小定时数值。

定时器
重载值显然是等于256减去最小定时数值。

在相同的晶振频率下，如需产生另外的通讯波特率，则可以将最小定时数值按照前面的方法连续乘以2倍，并计算得出新的定时器重载值。

例如，在晶振频率为1.8432MHz时，需产生为
4800的通讯波特率，定时数值将为2（因为9600的波特率是4800的两倍），定时器重载值为254
（256-2，或十六进制0xFE）。

- 2 -
二、偏差频率的晶振所带来的影响
有时，人们希望在设计中使用一偏差频率的晶振，但仍想使用串行口进行调试。

因为大多数终端（或其他RS-232 器件）与其他装置通讯过程中，使用的波特率会有几个百分点的误差，但经常是能够成功完成。

注意：在应用场合的正常操作中，如果需要对另外的
RS-232 器件进行通讯，那么，不推荐使用偏差频率进行串行通讯。

关于频率偏差的允许值应该是多少，则没有这方面的精确限制。

因为这取决于器件通讯、波特率、所有器件的精确频率，等等。

但，可以这么说，如果频率偏差少于5%，可能通讯会可
靠工作。

这个稍微用点肯定的数字是从以下几点得来的：对于一个10位的串行代码（1个起动位、
8个数据位、1个停止位），只要有10%的数据错误概率（在一个数据帧的末尾加上或减去一个位
时间），就会使接收器发生偏差。

如果人们想要十分可靠的通讯效果，那么一个位时间的错误看
起来是十分过分的。

因此考虑其10%的一半（5%）就不错了。

这就是为什么常常可以在应用中看到人们使用一个许多标准的“非定制”晶振，在调试、
出厂测试等工作中完成串行通讯。

举个例，比如著名的“彩色脉冲串（color burst）”，当使用
3.579545MHz晶振时，速度要比3.6864MHz晶振慢3%。

3.6864MHz可以作为理想的波特率
发生器。

同样的，在某些情况时，可以用低成本的晶振代替低标准的晶振。

另外一个明显的替换则出现
在表中，以标准的14.31818MHz晶振代替非标的14.7456MHz晶振，这个替换所产生的误差小于3%，
由于它有快速的指令执行速度，因此更方便。

反之，3.58MHz晶振在许多的应用中就太慢了。

也应该记住，如果字符的传输的方式不是“返回-返回”式，那么RS-232 的通讯能力是
非常健壮（抗干扰能力很强）。

如果需要在特别应用中，不按规定使用串行口时，这一点会非常
重要。

当数据全速发送时，一旦接收器没能同步上，接收器就没有机会再次同步传输数据帧。

但是，当字符与字符间有一短暂的间隔（大约2－3个位时间或更长），接收器就能够完全正确地
锁定起始位，不会产生数据帧错误。

最坏的情况下，在通讯中只要有一个字节时间或更长时间
的短暂间隔，接收器不论如何地不同步，也总会做到再同步。

三、分析一个小小的已知现象
在大多数应用程序的串行口设置代码中，定时器寄存器TL1并没有被预先设定。

在许多应- 3 -
用中，这会对串行口发送第一个字符带来影响，尽管出现这种影响的机会很少。

通过逻辑分析
仪观察自串行口发出的第一个字节，可以看到：微处理器复位结束后这个效应就被激发。

第一
个字节开始发送，但在逻辑分析仪上看不到任何本来应该有的单个单个的位。

这个情况出现的原因是：在第一个字节传输完成之前，TL1必须有一次定时溢出。

如果TL1 没有被预先设置，那么其值将会被设置为复位值“0”。

根据TH1中的重载值（此值同时取决于
波特率和晶振频率），这可能会在传送开始时产生一个最大为255个标准位时间的非工作延迟。

还有，在大多数应用中，这并不很重要。

实际上，当电源上电后，在第一个串行字符发送之前，此延时期间是有利的。

但是，如果要求第一个串行字符应该要立即起动，那么，TL1可以
预先设置为一不是“0”的数值。

如果不需要延迟，TL1所设定的数值应该等于TH1中的数值。