MCS-51单片机具有一个全双工的串行通信接口，能同时进行发送和接收。它可以作为UART（通用异步接收和发送器）使用，也可以作为同步的移位寄存器使用。
1. 数据缓冲寄存器SBUF
SBUF是可以直接寻址的专用寄存器。物理上，它对应着两个寄存器，即一个发送寄存器一个接收寄存器，CPU写SBUF就是修改发送寄存器；读SBUF就是读接收寄存器。接收器是双缓冲的，以避免在接收下一帧数据之前，CPU未能及时的响应接收器的中断，没有把上一帧的数据读走而产生两帧数据重叠的问题。对于发送器，为了保持最大的传输速率，一般不需要双缓冲，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠问题。
2. 状态控制寄存器SCON
SCON是一个逐位定义的8位寄存器，用于控制串行通信的方式选择、接收和发送，指示串口的状态，SCON即可以字节寻址也可以位寻址，字节地址98H，地址位为98H~9FH。它的各个位定义如下：
MSB LSB
|
SM0
|
SM1
|
SM2 |
REN
|
TB8
|
RB8
|
TI |
RI
|
SM0和SM1是串口的工作方式选择位，2个选择位对应4种工作方式，如下表，其中Fosc是振荡器的频率
|
SM0 SM1
|
工作方式
|
功能
|
波特率
|
|
0 0
|
0
|
8位同步移位寄存器
|
Fosc/12
|
|
0 1
|
1
|
10位UART
|
可变
|
|
1 0
|
2
|
11位UART
|
Fosc/64或Fosc/32
|
|
1 1
|
3
|
11位UART
|
可变
|
SM2在工作方式2和3中是多机通信的使能位。在工作方式0中，SM2必须为0。在工作方式1中，若SM2=1且没有接收到有效的停止位，则接收中断标志位RI不会被激活。在工作方式2和3中若SM2=1且接收到的第9位数据（RB8）为0，则接收中断标志RB8不会被激活，若接收到的第9位数据（RB8）为1，则RI置位。此功能可用于多处理机通信。
REN为允许串行接收位，由软件置位或清除。置位时允许串行接收，清除时禁止串行接收。
TB8是工作方式2和3要发送的第9位数据。在许多通信协议中该位是奇偶位，可以按需要由软件置位或清除。在多处理机通信中，该位用于表示是地址帧还是数据帧。
RB8是工作方式2和3中接收到的第9位数据（例如是奇偶位或者地址/数据标识位），在工作方式1中若SM2=0，则RB8是已接收的停止位。在工作方式0中RB8不使用。
TI 为发送中断标志位，由硬件置位，软件清除。工作方式0中在发送第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式时，在发送停止位开始时由硬件置位。TI=1时，申请中断。CPU响应中断后，发送下一帧数据。在任何工作方式中都必须由软件清除TI。
RI为接收中断标志位，由硬件置位，软件清除。工作方式0中在接收第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式时，在接收停止位的中间由硬件置位。RI=1时，申请中断，要求CPU取走数据。但在工作方式1中，SM2=1且未接收到有效的停止位时，不会对RI置位。在任何工作方式中都必须由软件清除RI。
系统复位时，SCON的所有位都被清除。
控制寄存器PCON也是一个逐位定义的8位寄存器，目前仅仅有几位有定义，如下所示：
MSB LSB
|
SMOD |
—— |
—— |
—— |
GF1 |
GF0 |
PD |
IDL |
仅最高位SMOD与串口的控制有关，其他位与掉电方式有关。PCON的地址为87H只能按字节寻址，SMOD是串行通信波特率系数控制位，当串口工作在工作方式1、2时，若使用T1作为波特率发生器其SMOD=1则波特率加倍（见下面详述）。
GF1 和GF0用于一般的用途，对于AT89系列为通用的标志位，PD为电源下降位，对于AT89系列，PD为1进入掉电状态，IDL为IDLE模式位，对于AT89系列，IDL为1进入空闲工作方式，在PD和IDL同时为1时，PD优先。
（1） 工作方式0
SM0=0且SM1=0时，串口选择工作方式0，实质这是一种同步移位寄存器模式。
其数据传输的波特率固定为Fosc/12，数据由RXD引脚输入或输出，同步时钟由TXD引脚输出。接收/发送的是8位数据，传输是低位在前，帧格式如下：
|
……..
|
D0
|
D1
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
…….
|
（2）工作方式1
当SM0=0且SM1=1时，串口选择工作方式1，其数据传输的波特率由定时/计数器T1、T2的溢出速率决定，可通过程序设定。当T2CON寄存器中的RCLK和TCLK置位时，用T2作为发送和接收波特率发生器，而RCLK=TCLK=0时，用T1作为波特率发生器，两者还可以交叉使用，即发送和接收采用不同的波特率。数据由TXD引脚发送，由RXD引脚接收。
发送或接收一帧的数据为10位，即1位起始位（0）、8位数据位（低位在先）和1位停止位（1）。真格式如下：
|
起始位0
|
D0
|
D1
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
停止位1
|
类似于工作方式0，当执行任一条SBUF指令时，就启动串行数据的发送。在执行写入SBUF的指令时，也将“1”写入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器有发送请求。实际上，发送过程始于内部的16分频计数器下次满度翻转（全“1”变全“0”）后的那几个机器周期的开始。所以，每位的发送过程与16分频计数器同步，而不是与“写SBUF”同步。
此方式的工作过程包括发送和接收两部分。
当执行任一条写SBUF指令时，就启动串行数据的发送。在执行写入SBUF的指令时，也将“1”写入发送移位寄存器的第9位，并使发送控制器开始发送。在这期间，内部的定时保证写入SBUF与激活发送之间有一个完整的机器周期。当发送脉冲有效后，移位寄存器的内容由RXD引脚串行移位输出，移位脉冲由TXD引脚输出。
在发送有效的每个机器周期，发送移位寄存器右移一位，就在其左边补“0 ”。当数据的最高位移到移位寄存器的输出时，原写入第9位的“1”正好移到最高位的左边一位，由此向左的所有位都为“0”，这标志着发送控制器要进行最后依次移位，并撤消发送有效，同时使发送中断标志TI置位。
当REN=1且接收中断标志RI位清除时，即启动一个接收过程。在下一个机器周期，接收控制器将“11111110”写入接收移位寄存器，并在下一周期内激发接收有效，同时由TXD引脚输出移位脉冲。在移位脉冲的控制下，接收移位寄存器的内容每一个机器周期左移一位，同时由RXD引脚接收一位输入信号。
每当接收移位寄存器左移一位，原写入的“11111110”也左移一位。当最右边的“0”移到最左边时，标志着接收控制器要进行最后一次移位。在最后移位即将结束时，接收移位寄存器的内容送入到接收数据缓冲寄存器SBUF，然后在启动接收的第10个机器周期时，清除接收信号，将RI置位。
如果在第一个时钟周期中接收到的不是起始位（“0”），就复位接收电路，继续检测RXD引脚上1到0的跳变。如果接收到的是起始位，就将其移入接收移位寄存器，然后接收该帧的其他位。接收到的位从右边移入，原来写入的1从左边移出，当起始位移到最左边时，接收控制器将控制进行最后一次移位，把接收到的第9为数据送到接收数据缓冲器SBUF和RB8，同时置位RI。
在进行最后一次移位时，能将数据送入到接收数据缓冲器SBUF和RB8而且置位RI的条件如下：
● RI=0，即上一真数据接收完成时，发出的中断请求已经被响应，SBUF中的上一帧数据已经被取走。
● SM2=0或接收到的停止位为1。
这两个条件有一个不满足接收到的数据就有可能丢失，并且无法修复；如两者都满足则数据装入SBUF，停止位装入RB8且置位RI。
开始发送后的一个位周期，发送信号有效，开始将起始位送TXD引脚。一位时间后，数据信号有效。发送移位寄存器将数据由低位到高位顺序输出至TXD引脚。一位时间后第一个移位脉冲出现，将最低数据位从右边移出，同时从左边补上“0”。当数据的最高位移到移位寄存器的输出端时，先前写入第9位的“1”正好移到最高位的左边一位，而它的左区全部为“0”。在第10个位周期（16分频计数器回0时），发送控制器要进行最后一次清除发送信号，同时使发送中断标志TI置位。
当REN=1且接收中断标志RI位清除后，若在RXD引脚上检测到一个由“1”到“0”的跳变，立即启动一次接收的过程。同时复位16分频计数器，使输入位的边沿与时钟对齐，并将1FFH（9个“1”）写入接收移位寄存器。接收控制器继续以波特率的16倍的速率继续对RXD引脚进行检测，对每一位时间的第7、8、9个计数状态的采样值用多数表决法，当2次或2次以上的采样值相同时，采样值被接受。
（1） 工作方式2和3
当SM0=1且SM1=0时，串口选择工作方式2，当SM0=1且SM1=1时，串口选择工作方式3。数据由TXD引脚发送由RXD引脚接收。
发送和接收的一帧信息为11位，即1位起始位（0），9位数位（低位在前,第9位数据位是可编程位）1位停止位（1）。发送时，可编程位（TB8）可赋0或1，接收时可编程位进入SCON中的RB8。帧的格式如下：
|
起始位0
|
D0
|
D1
|
D2
|
D3
|
D4
|
D5
|
D6
|
D7
|
可编程位D8
|
停止位1 |