51單片機是指由美國INTEL公司生產的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了許多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機。

MCS-51單片機是一種集成的電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。MCS-51單片機的內核是8051CPU，CPU的內部集成有運算器和控制器，運算器完成運算操作(包括數據運算、邏輯運算等)，控制器完成取指令、對指令譯碼以及執行指令。

51單片機串行通信的設計原理主要包括以下幾個方面：

串行接口設計：51單片機內部具有一個全雙工串行接口，可以同時進行數據的發送和接收。在設計時，需要選擇合適的串行接口模式，并根據需要配置相應的寄存器。

波特率設置：串行通信的速率由波特率決定。在設計時，需要根據通信速率的要求，選擇合適的波特率。在51單片機中，可以通過配置波特率選擇位來設置波特率。

數據幀格式設計：在串行通信中，需要設計合適的數據幀格式，包括起始位、數據位、校驗位和停止位等。在設計時，需要根據通信協議的要求，選擇合適的數據幀格式。

錯誤檢測和處理：在串行通信中，可能會出現各種錯誤，如數據傳輸錯誤、幀格式錯誤等。在設計時，需要考慮如何進行錯誤檢測和處理，以確保通信的穩定性和可靠性。

通信協議設計：在串行通信中，需要設計合適的通信協議，包括數據傳輸格式、數據傳輸速率、數據校驗方式等。在設計時，需要根據實際應用場景的要求，選擇合適的通信協議。

51系列單片機的通用異步收發器內部結構如上圖所示，UART與單片機內部8位數據總線相連，SBUF是收發緩沖器，由接收緩沖器和發送緩沖器兩部分構成，二者具有同一地址(99H)，但他們之間是相互獨立的，即發送緩沖器只能寫入而不能讀出數據，而接收緩沖器則只能讀出而不能寫入數據。實際使用時通過不同的讀緩沖器和寫緩沖器指令來區分對哪個緩沖器操作。所以51系列單片機的串行數據通信的啟動方法很簡單，只要將數據寫入發送緩沖器就能啟動數據的發送，而在接收數據時，只要讀取保存在接收緩沖器中的內容即可。單片機會按照讀或寫的方式不同，自動分配要訪問的目標寄存器是發送SBUF還是接收SBUF。

UART工作時，定時器用于產生通信需要的時鐘，控制寄存器用于對串行口的工作狀態進行相應的監控和設置。當數據寫入發送SBUF后，數據在發送控制器的控制下，按位從TXD引腳移出;外部數據在接收控制器的控制下，從RXD引腳移入移位寄存器并對串行數據進行恢復，恢復后的數據保存至接收SBUF中供軟件讀取。

當接收SBUF中的數據沒有被軟件讀取時，移位寄存器還可以暫時接收并保存下一個新數據，從而避免發生數據溢出，這種結構也是串行口特有的接收雙緩沖結構。發送器則沒有類似的數據緩沖結構，因為在發送數據時單片機是主動的，不存在數據過載的問題。

51單片機串口通信相關的寄存器主要有SCON、SBUF、PCON、TMOD等。

1. SCON：這是串口控制寄存器，用來設定串行口的工作方式、接受/發送控制以及設置狀態指示。

2. SBUF：這是串口緩沖寄存器，用于存儲待發送的數據和接收到的數據。

3. PCON：這是電源控制寄存器，用于設置電源控制位。

4. TMOD：這是定時器模式寄存器，用于設定定時器的工作模式。

這些寄存器在串口通信中起著重要的作用，通過配置這些寄存器的值，可以實現對串口通信的控制和數據的傳輸。

程序舉例：

/*** @brief 串口初始化，9600bps@11.0592MHz* @param 無* @retval 無*/void Uart_Init(void) //9600bps@11.0592MHz{PCON &= 0x7F; //波特率不倍速SCON = 0x50; //8位數據,可變波特率TMOD &= 0x0F; //清除定時器1模式位(可有可無)TMOD |= 0x20; //設定定時器1為8位自動重裝方式(位或也是一樣的)TL1 = 0xFD; //設定定時初值TH1 = 0xFD; //設定定時器重裝值TR1 = 1; //啟動定時器1ET1 = 0; //禁止定時器1中斷ES=1; //串口中斷允許控制位EA=1; //中斷允許總控制位//IE=0x90; //也可這樣代替倒數的三個，分別是ET1=0;ES=1;EA=1;}