USART发送器采用双缓冲结构，其系统结构示意图如图9-2所示。

图9-2 USART发送器的系统结构示意图

USART发送器的工作过程如下。

1）当USART工作模式选择位SYNC为0时，USART工作于异步模式。

2）当要通过USART发送一个数据时，用户把要发送的数据放到发送寄存器（TXREG）中，TXIF被自动清零。

3）系统会自动用一个指令周期（T_CY）的时间把TXREG内容传送到发送移位寄存器TSR（TSR是内部寄存器，用户无法访问）中，传输完成会使TXIF置位。当USART发送中断使能位TXIE为1时，系统会向中断控制电路提出中断申请。若此时GIE和PEIE均为1便会产生中断响应。

4）当串行口使能位SPEN为1时，RC6会被系统用做串行输出引脚TX，TSR中的内容会在波特率时钟（由SPBRG和BRGH决定）的驱动下依次通过TX引脚逐位输出。

5）当TX9信号为1时，TX9D会作为数据的第9位通过TX输出。

6）输出完毕后，发送移位寄存器空标志位（TRMT）会被置位。

系统每发送一组数据的速度由发送器的波特率时钟来决定，用bit/s表示。USART的波特率时钟由一个8位的波特率发生器寄存器（SPBRG）和高波特率选择位（BRGH）决定。BRGH也位于TXSTA寄存器中。

波特率发生器的时钟来源于单片机主频，由SPBRG的内容和BRGH配合来产生某种频率的波特率时钟用来驱动USART发送器（或USART接收器）工作。给出所需的波特率数值和单片机主频F_OSC，就可以用表9-2中的公式计算出SPBRG中应该写入的数值X。

表9-2 USART的波特率计算公式

然而实际应用中总是已知传输的波特率和单片机主频，所要求的是SPBRG应该写入的数值X。由表9-2可以得到求X的公式，如表9-3所示。

表9-3 USART的SPBRG写入值计算公式

下面举例说明SPBRG写入值与波特率误差的计算方法。

【例9-1】已知单片机主频是4MHz，希望USART异步模式下波特率为9600Baud/s，试计算SPBRG的写入值和波特率误差。

题意分析

●SPBRG的写入值通过表9-3的计算公式即可算出。表9-3中异步模式下有两种计算公式，分别计算一下写入值及其波特率误差。

●计算过程中要用到除法，但计算结果只能取整数，导致单片机运行时实际波特率与目标波特率之间存在误差，此误差被称为波特率误差，在实际应用中希望此误差小于5%。

计算过程(www.daowen.com)

1）根据表9-3中异步模式下的公式先计算BRGH=0时的写入值X。

X=（F_OSC/（波特率×64））−1=（4000000/（9600×64））−1=5.51042≈6

2）当X为6、BRGH=0时，实际波特率可以通过表9-2得出。

波特率=F_OSC/（64（X+1））=8928.57

3）此时的波特率误差如下。

波特率误差=（实际波特率-目标波特率）/目标波特率=|（8928.57−9600）/9600|=6.99%

4）根据表9-3中异步模式下的公式再计算BRGH=1时的写入值X。

X=（F_OSC/（波特率×16））−1=（4000000/（9600×16））−1=25.0417≈25

5）当X为25、BRGH=1时，实际波特率可以通过表9-2得出。

波特率=F_OSC/（16（X+1））=9615.38

6）此时的波特率误差如下。

波特率误差=（实际波特率−目标波特率）/目标波特率=|（9615.38−9600）/9600|=0.16%

由计算可知，当BRGH=1时误差小很多，符合USART通信的误差要求，可以用此计算值X进行USART通信，而当BRGH=0时波特率误差较大，不符合USART通信的误差要求，不建议使用这样的配置（X=6，BRGH=0）进行USART通信。

在实际应用中，波特率单位是bit/s，波特率数值往往都是300的倍数，如1200bit/s、9600bit/s、19200bit/s、38400bit/s等。为了方便读者使用，表9-4给出了常用主频下常用波特率对应的SPBRG写入值，表9-5给出了常用主频下常用波特率的相对误差。

表9-4 常用主频和波特率要求下SPBRG写入值

表9-5 常用主频和波特率要求下相对误差表

由表9-5可以看出在主频为3.6864MHz时，各种常用波特率的误差都为零，当读者的单片机系统要求精确的USART通信时推荐使用3.6864MHz的晶体振荡器作为主频。

波特率单位bit/s是表示每秒钟能够传输的数据位数，不是纯数据的传输速度。传输的数据中除内容信息外，还包括其他额外的控制位信息。

以上就是USART异步发送器的工作流程及相关数据的计算方法。下面总结USART工作于异步发送模式时需要用到的特殊寄存器。