單片機(jī)與PC間通信電路設(shè)計(jì).doc

河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)與pc機(jī)間通信電路設(shè)計(jì)摘 要51單片機(jī)是一種集cpu，ram，flash rom，i/o接口和定時(shí)中斷系統(tǒng)于一體的微型計(jì)算機(jī)。只要有外加電源和晶體振蕩器就可以獨(dú)立完成對(duì)數(shù)字信號(hào)的算術(shù)運(yùn)算，邏輯控制，串行通信等功能。由于單片機(jī)具有體積小，重量輕，功耗低，功能強(qiáng)，價(jià)格低，可靠性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在儀器儀表，家用電器，數(shù)據(jù)采集等一些嵌入式控制領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。 當(dāng)需要處理較復(fù)雜數(shù)據(jù)或需要對(duì)多個(gè)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理以及需要進(jìn)行集散控制時(shí)，單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算能力顯的不足，這時(shí)往往需要借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。將單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過串行口傳給pc機(jī)，由pc機(jī)高級(jí)語言或數(shù)據(jù)庫(kù)語言進(jìn)行處理，或者實(shí)現(xiàn)pc機(jī)對(duì)遠(yuǎn)程單片機(jī)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與pc間的通信。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 ，上位機(jī)和下位機(jī)的主從工作方式為工業(yè)控制及自動(dòng)控制系統(tǒng)所采用。由于個(gè)人電腦機(jī)分析能力強(qiáng) 、處理速度更快及單片機(jī)使用靈活方便等特點(diǎn) ，所以一般都將個(gè)人電腦機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī) ，二者通過 rs一 232 或者 r s-485 接收、發(fā)送數(shù)據(jù)和傳送指令。單片機(jī)可單獨(dú)處理數(shù)據(jù)和控制任務(wù) ，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送給 pc 機(jī) ，由 pc 機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或顯示。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，個(gè)人電腦，rs232，串行通信abstractthe 51chip is a set of cpu, ram, flash rom, i/o interface and a timer interrupt system was one of the miniature computer. as long as the external power supply and the crystal oscillator can be independently completed the digital signal arithmetic, logic control, serial communications and other functions. because the scm has the advantages of small volume, light weight, low power consumption, strong function, low cost, good reliability and many other advantages, so in the instrumentation, household appliances, data acquisition is widely used in some embedded control.when the need to handle more complex data or the need for multiple sampling data and the need for distributed control, scm arithmetic and logic operation capacity was insufficient, and often needs the help of computer system. the mcu collected data through the serial transmission to the pc machine, pc machine by high-level language or database language processing, or the realization of pc on the remote controlled by single chip. the design and implementation of the communication between scm and pc. with the rapid development of computer technology and the widespread application, the host computer and lower computer master-slave mode for industrial control and automatic control system used in the. because of pc analysis capability, faster processing speed and a single chip computer easy to use, so generally pc as up machine, single chip microcomputer as the next-bit machine, two through the rs232 or r s-485 receiving, sending data and transmits the instruction. scm can be separately processed data and control tasks, but also transmits the data to the pc machine, pc machine on the data processing and display.key words：scm, pc machine, rs232, serial communicationiv目錄前言5第1章 單片機(jī)簡(jiǎn)介71.1 單片機(jī)的發(fā)展階段71.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)71.3 單片機(jī)的應(yīng)用模式81.4 單片機(jī)與間通信技術(shù)的應(yīng)用81.5 at89s52單片機(jī)簡(jiǎn)介91.6 上位機(jī)與下位機(jī)簡(jiǎn)介9第2章 總體設(shè)計(jì)112.1 系統(tǒng)組成112.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)112.1.2 系統(tǒng)組成方框圖112.1.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖122.2 系統(tǒng)工作原理122.2.1 發(fā)送過程122.2.2 接收過程12第3章 硬件設(shè)計(jì)143.1 主控模塊設(shè)計(jì)143.2 lcd顯示模塊設(shè)計(jì)143.3 串行口通信通信模塊設(shè)計(jì)14第4章 軟件設(shè)計(jì)194.1 算法設(shè)計(jì)194.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)204.3 程序設(shè)計(jì)204.3.1 主程序設(shè)計(jì)204.3.2 串口接收發(fā)送數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)214.3.3 lcd顯示子程序模塊設(shè)計(jì)224.4 匯編語言源程序22第5章 系統(tǒng)仿真調(diào)試235.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試245.1.1 利用keil進(jìn)行軟件調(diào)試245.2 硬件調(diào)試245.2.1 cvi軟件簡(jiǎn)介245.2.2 proteus仿真255.2.3 cvi在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用265.3 調(diào)試界面制作27結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致謝32附錄33附錄一： 英文文獻(xiàn)及翻譯33附錄二： 元器件清單40附錄三：源程序：411.實(shí)現(xiàn)接受功能源程序412.調(diào)試界面制作程序43前言畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是了解基本電路設(shè)計(jì)的流程，豐富自己的知識(shí)和理論，鞏固所學(xué)的知識(shí)，提高自己的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，從而具備一定的設(shè)計(jì)能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)注重于對(duì)單片機(jī)串行通信協(xié)議的理解，明白串行通信的工作原理，以便以后單片機(jī)領(lǐng)域的開發(fā)和研制打下基礎(chǔ)，提高自己的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，豐富自己的知識(shí)理論，做到理論和實(shí)際結(jié)合。本課題的重要意義還在于能在進(jìn)一步層次了解單片機(jī)的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)。理解單片機(jī)的接口技術(shù)，中斷技術(shù)，存儲(chǔ)方式，時(shí)鐘方式和控制方式，這樣才能更好的利用單片機(jī)來做有效的設(shè)計(jì)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，硬件部分和軟件部分。硬件部分介紹：?jiǎn)纹瑱C(jī)串行通信電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)at89c52的功能和其在電路的作用。介紹了at89s52的管腳結(jié)構(gòu)和每個(gè)管腳的作用及各自的連接方法。擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12mhz），內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（rom）為 8kb，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）為 256字節(jié)，32 個(gè)可編程i/o 口線，8 個(gè)中斷向量源，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器，全雙工uart串行通道。例如p3.0rxd作為串行輸出口，其中時(shí)鐘電路采用內(nèi)時(shí)鐘工作方式，控制信號(hào)采用手動(dòng)控制。數(shù)據(jù)的傳輸方式分為單工、半雙工、全雙工和多工工作方式；串行通信有兩種形式，異步和同步通信。介紹了串行串行口控制寄存器，電源管理寄存器pcon，中斷允許寄存器ie，還介紹了lcd1602的工作方式、組成。再后來還介紹了硬件的焊接過程，及在焊接時(shí)遇到的問題和應(yīng)該注意的方面。硬件焊接好后的檢查電路、不裝芯片上電檢查及上電裝芯片檢查。軟件部分：在了解電路設(shè)計(jì)原理后，根據(jù)原理和目的畫出電路流程圖，列出數(shù)碼顯示的斷碼表，計(jì)算波特率，設(shè)置串行口，在與接受機(jī)設(shè)置相同的通信協(xié)議的基礎(chǔ)上編寫顯示和發(fā)送程序。編寫完程序還要進(jìn)行編譯，這就必須會(huì)使用編譯軟件。介紹了編譯軟件的使用和使用過程中遇到的問題，及在編譯后燒入芯片使用的軟件plda，后來的加電調(diào)試，及遇到的問題，在沒問題后與接受機(jī)連接，發(fā)射數(shù)據(jù)，直到對(duì)方準(zhǔn)確接收到。在軟件調(diào)試過程中將詳細(xì)介紹調(diào)試遇到的問題，例如：通信協(xié)議是否相同，lcd1602是否與芯片連接對(duì)應(yīng)，計(jì)數(shù)器是否開始計(jì)數(shù)等。第1章 單片機(jī)簡(jiǎn)介1.1 單片機(jī)的發(fā)展階段51單片機(jī)的發(fā)展可分為以下4個(gè)階段。第一代：?jiǎn)纹瑱C(jī)探索階段。主要有同通用cpu68xx系列和專用mcs-48系列的簡(jiǎn)單實(shí)例應(yīng)用。第二代：?jiǎn)纹瑱C(jī)完善階段。具體表現(xiàn)在：面對(duì)對(duì)象，突出控制功能，專用cpu滿足嵌入功能；尋址范圍為8位或16位；規(guī)范的種線結(jié)構(gòu)，有8位數(shù)據(jù)線，16位地址線及多功能異步串行接口（uart）；指令系統(tǒng)突出控制功。第三代：微控制形成階段。這一間段已形成系列產(chǎn)品：以8051系列為代表，如8031，8031和8051等。第四代：微控制器百花齊放。表現(xiàn)在：滿足最低層電子技術(shù)的應(yīng)用；大力發(fā)展專用型單片機(jī)，致力于提高單片機(jī)的綜合品質(zhì)。1.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)可歸為以下8個(gè)方面。1、主流機(jī)型發(fā)展趨勢(shì)。2、全盤cmos化趨勢(shì)。3、risc體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展。4、可刷新的flashrom成為主流供應(yīng)狀態(tài)，便于用戶對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)和修改。5、isp及基于isp的開發(fā)環(huán)境。6、單片機(jī)的軟件嵌入。7、實(shí)現(xiàn)全面功耗管理。8、推行串口擴(kuò)展總線。綜上所述，單片機(jī)正在向多功能、高性能、高速度（時(shí)鐘達(dá)40mhz）、低電壓（2.7v即可工作）、低功耗、低價(jià)格（幾元錢）、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量不斷增大的方向發(fā)展。單片機(jī)的引腳圖如圖1-1所示。圖1-1 單片機(jī)引腳圖1.3 單片機(jī)的應(yīng)用模式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心構(gòu)成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，是最具有代表性和使用最廣范的專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分3個(gè)層次。1、單片機(jī)：通常指應(yīng)用系統(tǒng)主處理機(jī)，即所選擇的單片機(jī)器件。2、單片機(jī)系統(tǒng)：指按照單片機(jī)的技術(shù)要求和嵌入對(duì)象的資源要求而構(gòu)成的基本系統(tǒng)，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和擴(kuò)展存儲(chǔ)器等與單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)系統(tǒng)。3、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：指能滿足嵌入對(duì)象要求的全部電路系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上面向?qū)ο蟮慕涌陔娐?，如前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道和串行通信口（rs232）以及應(yīng)用程序等。1.4 單片機(jī)與間通信技術(shù)的應(yīng)用目前rs-232是pc與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，其中eia代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，rs代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)。rs-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。rs-232采取不平衡傳輸方式，即單端通信。單片機(jī)之間的串口通信，當(dāng)傳輸距離在1.5-15米之間時(shí)，可以采用rs-232通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，基于rs-232電氣特性的限制，只能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)通信（既單機(jī)通信）。1.5 at89s52單片機(jī)簡(jiǎn)介at89s52是一個(gè)低功耗,高性能cmos 8位單片機(jī),片內(nèi)含8k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 at89s52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳,8k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）,32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口,5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口,看門狗（wdt）電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外,at89s52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下,cpu暫停工作,而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。1.6 上位機(jī)與下位機(jī)簡(jiǎn)介上位機(jī)是指：人可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是pc，屏幕上顯示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的的計(jì)算機(jī)，一般是plc/單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般模擬量），轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。簡(jiǎn)言之如此，真實(shí)情況千差萬別不離其宗。上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。 在概念上： 控制者和提供服務(wù)者是上位機(jī) 被控制者和被服務(wù)者是下位機(jī) 也可以理解為主機(jī)和從機(jī)的關(guān)系 但上位機(jī)和下位機(jī)是可以轉(zhuǎn)換的 兩機(jī)如何通訊，一般取決于下位機(jī)。tcp/ip一般是支持的。但是下位機(jī)一般具有更可靠的獨(dú)有通訊協(xié)議，購(gòu)買下位機(jī)時(shí)，會(huì)帶一大堆手冊(cè)光盤，告訴你如何使用特有協(xié)議通訊。里面會(huì)舉大量例子。一般對(duì)編程人員而言一看也就那么回事，使用一些新的api罷了。多語言支持功能模塊，一般同時(shí)支持?jǐn)?shù)種高級(jí)語言為上位機(jī)編程。第2章 總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成信息的顯示；軟件主要完成信號(hào)的處理及控制功能等。 本系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，以at89s52單片機(jī)為核心，與lcd顯示電路、串行口通信電路組成控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個(gè)模塊：at89s52主控模塊、lcd顯示模塊、串行口通信模塊等。其中at89s52主要完成外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能，lcd顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能、串行口通信模塊主要完成單片機(jī)和pc機(jī)之間的通信功能。2.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)單片機(jī)系統(tǒng)接收電腦pc機(jī)串口發(fā)過來的ascii碼，并在液晶lcd1602上顯示出來；同時(shí)把收到的ascii碼回傳給電腦pc機(jī)串口，以驗(yàn)證串口接收、發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性。2.1.2 系統(tǒng)組成方框圖復(fù)位電路時(shí)鐘電路電源電路串行口通信電路lcd顯示電路單片機(jī)系統(tǒng)組成方框圖如圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)組成方框圖2.1.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)用軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)軟件主要由主程序、串口接收發(fā)送數(shù)據(jù)中斷子程序、lcd顯示子程序等模塊組成，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示lcd顯示子程序串口接收發(fā)送數(shù)據(jù)中斷子程序主 程 序圖2-2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖2.2 系統(tǒng)工作原理mcs51單片機(jī)串行口發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時(shí)，通過2個(gè)串行緩沖器sbuf進(jìn)行，這2個(gè)緩沖器采用一個(gè)地址（98h），但在物理上是獨(dú)立的。其中接收緩沖器只能讀出不能寫入，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出。2.2.1 發(fā)送過程 由指令mov sbuf，a啟動(dòng)，此時(shí)待傳送的數(shù)據(jù)由a累加器傳入串行發(fā)送緩沖器sbuf，由硬件自動(dòng)在發(fā)送字符的始、末加上起始位(低電平)、停止位(高電子)及其它控制位(如奇偶位等)，而后在移位脈沖的控制下，低位在前，高位在后，逐位從txd端(方式0除外)發(fā)出。2.2.2 接收過程 串行口的接收與否受制于允許接收位ren的狀態(tài)，當(dāng)ren被軟件置“1”后，允許接收器接收。串口的接收器以所選波特率的16倍速對(duì)rxd線進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)“1”到“0”跳變時(shí)，檢測(cè)器連續(xù)采樣到rxd線上低電平時(shí)。便認(rèn)定rxd端出現(xiàn)起始位，繼而接收控制器開始工作。在每位傳送時(shí)間的第7、8、9三個(gè)脈沖狀態(tài)采樣rxd線，決定所接收的值為“0”或“1”。當(dāng)接收完停止位后，控制電路使中斷標(biāo)志r1置為“1”，此時(shí)程序可通過mov a，sbuf指令將接收到的字符從sbuf送入累加器a，從而完成一幀數(shù)據(jù)的接收工作。12第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 主控模塊設(shè)計(jì)本項(xiàng)目采用atmel公司生產(chǎn)的at89s52單片機(jī)，在實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與pc機(jī)之間通信或單片機(jī)與單片機(jī)之間遠(yuǎn)程距離通信時(shí)通常采用標(biāo)準(zhǔn)串行總線通訊接口。比如rs-232c、rs-422、rs485等。在這些串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)中，是在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線，它實(shí)用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合。下面以rs-232標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口為例，簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)與pc機(jī)之間串行通信的硬件實(shí)現(xiàn)過程。3.2 lcd顯示模塊設(shè)計(jì)lcd顯示模塊選用1602字符型lcd模塊，1602lcd使能信號(hào)e 定義為p2口線的p2.2； 1602lcd讀/寫選擇信號(hào)r/w定義為p2口線的p2.1，0為寫數(shù)據(jù)信號(hào)，1為讀數(shù)據(jù)信號(hào)； 1602lcd 數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)rs定義為p2口線的p2.0，0為命令信號(hào)；1為數(shù)據(jù)信號(hào)； 1602lcd的8位雙向數(shù)據(jù)線db7db0信號(hào)lcdport定義為p0口線； 1602lcd寫命令入口參數(shù)cmd_byte定義為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的2eh單元； 1602lcd寫顯示數(shù)據(jù)入口參數(shù)dat_byte定義為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的2fh單元；3.3 串行口通信通信模塊設(shè)計(jì)51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通信口，使單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通信。 電平范圍是電路能夠安全可靠識(shí)別信號(hào)的電壓范圍。 cmos電路的電平范圍一般是從0到電源電壓。cmos電平中，高電平（3.55v）為邏輯“1”，低電平（00.8v）為邏輯“0”。 rs232接口的電平范圍是-15v到+15v，rs232電平采用負(fù)邏輯，即邏輯“1”：-3-15v，邏輯“0”：+3+15v。 單片機(jī)的串口是ttl電平的，而計(jì)算機(jī)的串口是rs232電平，要使兩者之間進(jìn)行通信，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，即單片機(jī)的串口要外接電平轉(zhuǎn)換電路芯片把與ttl兼容的cmos高電平表示的1轉(zhuǎn)換成rs232的負(fù)電壓信號(hào)，把低電平轉(zhuǎn)換成rs-232的正電壓信號(hào)。典型的轉(zhuǎn)換電路給出-9v和+9v。實(shí)現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換可以采用以下三種方式：(1) 采用mc1488和mc1489芯片的轉(zhuǎn)換接口 mc1488和mc1489芯片為早期的rs232至ttl邏輯電平的轉(zhuǎn)換芯片。該方式的不便之處是需要12v電壓，并且功耗較大，不適合用于低功耗的系統(tǒng)。(2) 采用max232芯片的轉(zhuǎn)換接口 max232是maxim公司生產(chǎn)的，包含兩路驅(qū)動(dòng)器和接收器的rs-232轉(zhuǎn)換芯片。max232芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸人的+5v電壓轉(zhuǎn)換為rs-232接口所需的10v電壓，尤其適用于沒有12v的單電源系統(tǒng)。與此原理相同的芯片還有max202、ad公司的addt101以及sil公司的ic1232芯片。(3) 采用分立元件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換接口 采用分立元件實(shí)現(xiàn)的rs232至ttl電平的轉(zhuǎn)換接口電路，其特點(diǎn)是利用pc機(jī)的rs232接口的3腳信號(hào)（也可用4、7腳）來供給負(fù)電源，pc機(jī)的3、4、7腳在非發(fā)送邏輯“0”電平時(shí)均為1電平（10v左右），其驅(qū)動(dòng)能力為20ma，利用這個(gè)特性，用一個(gè)二極管和電解電容，即在電解電容上獲取了rs232通信所需的負(fù)電源。該電路簡(jiǎn)單、功耗小，在沒有專用芯片時(shí)不失為一種替代方法。使用rs232接口進(jìn)行異步通信，必須將單片機(jī)的ttl電平轉(zhuǎn)換為rs232電平，即在通信方的單片機(jī)接口部分增加rs232電氣轉(zhuǎn)換接口，在本項(xiàng)目中利用maxim公司的max232（如圖3-1）集成芯片構(gòu)成轉(zhuǎn)換接口電路。圖3-1 max232芯片引腳圖max232芯片內(nèi)部框圖如圖3-2所示。圖3-2 max232芯片內(nèi)部框圖rs232接口引腳如圖3-3所示圖3-3 rs232接口引腳圖rs232接口引腳如表3-1所示。表 3-1 rs232接口引腳定義引腳定義符號(hào)1載波檢測(cè)dcd2接收數(shù)據(jù)rxd3發(fā)送數(shù)據(jù)txd4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好dtr5信號(hào)地sg6數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好dsr7請(qǐng)求發(fā)送rts8清除發(fā)送cts9振鈴提示ri圖3-4 pcb版圖因此，max232芯片的t1in引腳連接at89s52單片機(jī)的txd引腳，max232芯片的r1out引腳連接at89s52單片機(jī)的rxd引腳；max232芯片的t1out引腳連接db9針接口的第2引腳，max232芯片的r1in引腳連接db9針接口的第3引腳，串行通信模塊與單片機(jī)的接口電路原理圖如圖3-5所示。 根據(jù)原理圖畫出pcb版圖，如圖3-4所示。元件布局大致按原理圖上的布局，稍作調(diào)整即可，電源最后畫，盡可能地能在每個(gè)芯片電源輸入附近插濾波電容，線寬而短。點(diǎn)接地，模擬地和數(shù)字地分開。圖3-5 串行通信模塊與單片機(jī)的接口電路原理圖28第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 算法設(shè)計(jì)編寫單片機(jī)異步通信程序步驟如下：(1) 設(shè)置串口工作方式。 此時(shí)需對(duì)串行控制器scon中的sm0、sm1進(jìn)行設(shè)置。pc機(jī)與單片機(jī)的通信中一般選擇串口工作在方式1下。 串行控制器scon(98h)的格式如下所示：sm0smlsm2rentb8rb8tiri(2) 選擇波特率發(fā)生器。選擇定時(shí)器l或定時(shí)器2做為其波特率發(fā)生器。 (3) 設(shè)置定時(shí)器工作方式。 當(dāng)選擇定時(shí)器1做為波特率發(fā)生器時(shí)，需設(shè)置其方式寄存器tmod 為計(jì)數(shù)方式并選擇相應(yīng)的工作方式(一般選擇方式2以避免重裝定時(shí)器初值)；當(dāng)選擇定時(shí)器2做為波特率發(fā)生器時(shí)，需將t2con設(shè)置為波特率發(fā)生器工作方式。 (4) 設(shè)置波特率參數(shù)。 影響波特率的參數(shù)有二，一是特殊寄存器pcon的smod位，另一個(gè)是相應(yīng)定時(shí)器初值。 (5) 允許串行中斷。 因在程序中我們一般采有中斷接收方式，故應(yīng)設(shè)eal、es=1。 (6) 允許接收數(shù)據(jù)。 設(shè)置scon中的ren為1。表示允許串行口接收數(shù)據(jù)。 (7) 允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。 此時(shí)開啟定時(shí)/計(jì)數(shù)器，使其產(chǎn)生波特率 (8) 編寫串行中斷服務(wù)程序。 當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)串口時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行所編寫的中斷服務(wù)程序。 (9) 收/發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)。 注意的是發(fā)送操作完成需將t1清零，接收工作完成后需將r1清零。4.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1602lcd使能信號(hào)e 定義為p2口線的p2.2； 1602lcd讀/寫選擇信號(hào)r/w定義為p2口線的p2.1，0為寫數(shù)據(jù)信號(hào)，1為讀數(shù)據(jù)信號(hào)； 1602lcd 數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)rs定義為p2口線的p2.0，0為命令信號(hào)；1為數(shù)據(jù)信號(hào)； 本設(shè)計(jì)將1602lcd的8位雙向數(shù)據(jù)線db7db0信號(hào)lcdport定義為p0口線； 1602lcd寫命令入口參數(shù)cmd_byte定義為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的2eh單元； 1602lcd寫顯示數(shù)據(jù)入口參數(shù)dat_byte定義為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的2fh單元； 串口成功接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位recokbit定義為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的位尋址區(qū)的00h位； 串口接收數(shù)據(jù)單元recdata定義為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的30h單元；4.3 程序設(shè)計(jì)4.3.1 主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用等功能。 初始化 首先調(diào)用lcd子程序，設(shè)置lcd的ddram地址，在lcd上顯示數(shù)據(jù)“recdata：”。把串口接收數(shù)據(jù)單元recdata清零。設(shè)置寄存器scon的sm0、sm1位定義串口工作方式，選擇波特率發(fā)生器為定時(shí)器t1；設(shè)定定時(shí)器t1工作方式為方式2；設(shè)置波特率參數(shù)為9600bps；允許串行中斷及總中斷；允許串口接收數(shù)據(jù)，定義ren=1；啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1工作，定義tr1=1。 串口收發(fā)數(shù)據(jù) 判斷串口成功接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位recokbit是否為0，若recokbit為0，表明串口未接收到數(shù)據(jù)，則繼續(xù)等待串口接收數(shù)據(jù)；若recokbit為1，表明串口成功接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)入串口中斷服務(wù)子程序，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，并將串口成功接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位recokbit清零，調(diào)用lcd顯示接收數(shù)據(jù)子程序，在lcd上顯示單片機(jī)從串口接收到的數(shù)據(jù)。主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序設(shè)計(jì)流程圖4.3.2 串口接收發(fā)送數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)判斷串口發(fā)送標(biāo)志位ti是否為1，若ti為1，則把數(shù)據(jù)從單片機(jī)發(fā)給pc機(jī)，并把ti清零，中斷子程序返回；若ti為0，表明ri=0，則把串口接收標(biāo)志位ri清零，把串口接收緩沖器sbuf中的數(shù)據(jù)寫入串口接收數(shù)據(jù)單元recdata，再把該數(shù)據(jù)送到串口發(fā)送緩沖器sbuf中，傳給pc機(jī)，置串口成功接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位recokbit為1，表明串口成功接收發(fā)送數(shù)據(jù)，最后中斷子程序返回。串口收發(fā)數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-2所示。接收標(biāo)志位ri清零從pc機(jī)串口接收數(shù)據(jù)，把接收緩沖器sbuf中的數(shù)據(jù)寫到單片機(jī)的接收數(shù)據(jù)單元recdata設(shè)置成功接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位recokbit發(fā)送標(biāo)志位ti=1?中斷子程序返回yn把單片機(jī)的接收數(shù)據(jù)單元recdata數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送緩沖器sbuf中，pc機(jī)的串口調(diào)試軟件sscom3.2接收數(shù)據(jù)并顯示在窗口中接收標(biāo)志位ri清零開始圖4-2串口接收發(fā)送數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序流程圖4.3.3 lcd顯示子程序模塊設(shè)計(jì)lcd顯示子程序模塊包括lcd初始化子程序、寫入指令數(shù)據(jù)到lcd子程序、寫入顯示數(shù)據(jù)到lcd子程序、字符顯示子程序、延時(shí)子程序等模塊組成。4.4 匯編語言源程序功能：接收電腦送過來的數(shù)據(jù)，并且顯示16進(jìn)制數(shù)，并將數(shù)據(jù)回傳到電腦程序見附錄三中源程序1第5章 系統(tǒng)仿真調(diào)試5.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試5.1.1 利用keil進(jìn)行軟件調(diào)試程序編譯結(jié)果如圖5-1所示圖5-1 程序編譯結(jié)果圖5.2 硬件調(diào)試5.2.1 cvi軟件簡(jiǎn)介隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚?、測(cè)試方法、測(cè)試領(lǐng)域以及儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用也發(fā)生了質(zhì)的變化，儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的深層次結(jié)合產(chǎn)生了全新的儀器結(jié)構(gòu)概念虛擬儀器。它的出現(xiàn)使測(cè)試儀器與計(jì)算機(jī)之間的界限消失，從此開始了測(cè)量?jī)x器的新時(shí)代。虛擬儀器強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了“軟件就是儀器”的概念。在以pc為核心的硬件平臺(tái)支持下，虛擬儀器不僅可以通過軟件編程設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)試功能，而且可以通過不同測(cè)試功能的軟件模塊的組合來實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能。因此在硬件平臺(tái)確定后就有了“軟件就是儀器”的說法，這也體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)計(jì)算的深層次結(jié)合。虛擬儀器系統(tǒng)已成為儀器領(lǐng)域的一個(gè)基本方案，是技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn)，十分符合國(guó)際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢(shì)，被人們廣泛的稱為“軟件儀器”。由于虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，隨著計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，虛擬儀器可以方便的向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)使得其應(yīng)用廣泛，尤其是在科研、開發(fā)、測(cè)量、檢測(cè)、測(cè)控等領(lǐng)域更是不可多得的好工具，必將對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)生巨大的影響。虛擬儀器軟件開發(fā)工具labwindows/cvi是ni公司開發(fā)的measurement studio軟件組中的一員。它是32位的面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，可以在多操作系統(tǒng)下運(yùn)行。labwindows/cvi是以ansi c為核心的交互式虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，它將功能強(qiáng)大的c語言與測(cè)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有靈活的交互式編程方法、豐富的庫(kù)函數(shù)，為開發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程檢測(cè)系統(tǒng)等提高了理想的軟件開發(fā)環(huán)境，是實(shí)驗(yàn)虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化儀器的快速途徑。labwindows/cvi只要應(yīng)用于各種測(cè)試、控制、故障分析及信息處理軟件的開發(fā)中，與ni公司開發(fā)的另一個(gè)虛擬儀器開發(fā)工具labview相比，其更適合中、大型復(fù)雜測(cè)試軟件的開發(fā)?；趌abwindows/cvi設(shè)計(jì)的虛擬儀器在無損檢測(cè)、電力儀表系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、凌晨控制系統(tǒng)、故障診斷和醫(yī)療等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。labwindows/cvi已經(jīng)成為測(cè)控領(lǐng)域最受歡迎的開發(fā)平臺(tái)之一，并且已得到廣泛的應(yīng)用。5.2.2 proteus仿真 利用proteus進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖5-3所示圖5-3 仿真電路圖5.2.3 cvi在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 在本設(shè)計(jì)中，cvi作為上位機(jī)與下位機(jī)的連接軟件，起著至關(guān)重要的作用。 在pc機(jī)上打開串口調(diào)試軟件，設(shè)置串口號(hào)、波特率、校驗(yàn)位等參數(shù)，在字符輸入框內(nèi)要發(fā)送的ascii碼，點(diǎn)擊發(fā)送，此時(shí)在lcd1602上顯示出當(dāng)前收到的ascii碼。同時(shí)在串口調(diào)試軟件的接收窗口可以看到當(dāng)前的回傳ascii碼。串口與pc機(jī)通信系統(tǒng)調(diào)試過程如圖5-4與5-5所示。 本界面程序直接將發(fā)送的16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為ascii碼把接收到的ascii碼轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)。圖5-4 調(diào)試軟件界面圖圖5-5 調(diào)試結(jié)果顯示5.3 調(diào)試界面制作通過cvi程序的編譯，運(yùn)用c語言，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)調(diào)試界面然后利用cvi軟件作出的界面如圖5-6圖5-6 利用cvi軟件作出的界面圖調(diào)試界面軟件程序見附錄三程序2結(jié)論本文主要詳述了at89c52單片機(jī)與pc機(jī)的串行通信的實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)和內(nèi)容，at89s52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89s52是一種高效微控制器，所以它的使用前景會(huì)是相當(dāng)廣泛與受歡迎。因此我們有必要來學(xué)習(xí)它與pc機(jī)的通信。主要論述內(nèi)容總結(jié)如下：介紹了單片機(jī)的在現(xiàn)實(shí)生活中的使用情況與應(yīng)用環(huán)境領(lǐng)域，市場(chǎng)前景與未來應(yīng)用，并對(duì)總體設(shè)計(jì)做了概括性的描述。詳述了單片機(jī)的發(fā)展概況、特點(diǎn)、應(yīng)用，各個(gè)部件的原理，串行口的通信方式，數(shù)碼顯示管的工作原理，使各個(gè)部件都能被讀者所了解，從而方便人們來認(rèn)識(shí)at89c52與pc機(jī)串行通信的原理。介紹了軟件設(shè)計(jì)，流程，通信協(xié)議，初始化，波特率計(jì)算等軟件上的準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)，從而為整個(gè)設(shè)計(jì)的匯編階段做好準(zhǔn)備。最后采用運(yùn)用匯編語言將整個(gè)圖紙上的設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)際的應(yīng)用。當(dāng)然本設(shè)計(jì)也存在著很大的問題，比如說功能上相對(duì)簡(jiǎn)單容易出錯(cuò)等，這些問題可以在以后的工作中繼續(xù)完善。經(jīng)過幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，因?yàn)闀r(shí)間和任務(wù)的性質(zhì)的關(guān)系，沒有完全按照上述的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，但經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的步驟的測(cè)試，證明本設(shè)計(jì)的串行通信的穩(wěn)定性與實(shí)用性。參考文獻(xiàn)1 鄭人杰. 計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試技術(shù). 北京: 清華大學(xué)出版社, 1992 2 wolf w, 孫玉芳等譯. 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周杰英、張萍、陳曼娜、郭雪梅、黃方軍，微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200645致謝經(jīng)過幾個(gè)月的努力，終于完成了單片機(jī)與pc間通信電路設(shè)計(jì)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師王勇老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，他給予了我悉心的指導(dǎo)和無私的幫助,同時(shí)還要感謝同班的許多同學(xué)，我們?cè)谙嗷W(xué)習(xí)和交流中，解決問題共同進(jìn)步。有了這么多的支持和無私幫助，才使我得以順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。衷心感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師！感謝信息電信科的所有老師，感謝您們?yōu)槲覀兊膶W(xué)習(xí)與成才創(chuàng)造的各種條件和付出的辛勤勞動(dòng)。感謝同室室友、師兄、師姐和朋友們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)、生活中給予了我很大的支持，在此表示衷心的感謝!附錄 附錄一： 英文文獻(xiàn)及翻譯serial communicationcomputer serial port is a very general equipment communication protocol (not with universal serial bus universal serial bus or usb mix ). most computer contains two based on the rs232 serial port. the serial also instrumentation equipment universal communication protocol; many gpib devices with rs-232 port. at the same time, serial communication protocol can be used to access remote data collection devices.serial communication of the concept is simple, serial by bit ( bit ) to send and receive byte. although than byte ( byte ) parallel communication is slow, but the serial port can be used in a line to send data at the same time with the other thread to receive data. it is very simple and can realize remote communication. for example, ieee488defines parallel traffic state, required equipment line often must not exceed 20 meters, and arbitrary between two devices must not be longer than 2meters; and for the serial, up to 1200 meters in length.typically, the serial port for ascii code character transmission. communication using3 wires: (1) the ground, (2) (3) sending, receiving. due to the asynchronous serial communication port, to send data in a line at the same time another line to receive data. other lines for the handshake, but not a must. serial communication is the most important parameter baud rate, data bits, stop bits and parity. for the two access port, these parameters must match:a, baud rate: this is a measure of communication speed parameters. it says every second transmission of bit numbers. for example, in 300potter said packets per second received300 bit. when we mentioned clock cycle, we refers to the baud rate for example if the protocol requires 4800baud rate, so the clock is4800hz. this means that the serial communication in data line sampling rate is 4800hz. usually the telephone line for1440028800 and36600baud rate. baud rate can be much larger than these values, but the baud rate and inversely proportional to the distance. higher baud