單片機串口通信及液晶顯示

1、1、CDIO 設(shè)計目的通過虛擬串口實現(xiàn)下位機與上位機之間的相互通信。通過設(shè)計將串口通信的各種方式進行進一步的了解。將接收的數(shù)字與發(fā)送的數(shù)字在 LCD 上進行顯示，從而熟悉液晶顯示屏 LCD1602 的具體操 作。熟練掌握 C 語言在單片機上的編程應(yīng)用。 將各學(xué)科之間的的知識進行綜合運用，并能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能設(shè)計。2、CDIO 設(shè)計正文2.1 串口通信原理串行通信是 CPU 與外界交換信息的一種基本通信方式。 通信時僅需一到兩根傳輸線， 且每次只 能傳送一位，適用于長距離傳輸，但速度較慢。 MCS 51 串行口是一個可編程的全雙工串行通信接 口，其對應(yīng)的引腳為 P3.0(10 腳)和 P3.1(

2、11 腳)，分別為 RXD 和 TXD ，通過軟件編程它可以作 通用異步收發(fā)器用，也可以做同步移位寄存器使用，其幀格式有 8位、 10位和 11位 3種，并能設(shè) 置各種波特率。 MCS 51 串行口有兩個獨立的緩沖器，即發(fā)送緩沖器和接收緩沖器，且共用一個地 址99H ( SBUF )。同時，MSC 51串行口可以用軟件設(shè)置成 4種不同的工作方式。串行口的工作原理通過對特殊功能寄存器一串行口控制寄存器中 SMo、SMi兩位的操作，MCS 51單片機串口通 信工作方式有4種，與串行口有關(guān)的特殊功能寄存器有串行口控制寄存器SCON、電源控制寄存器PCON和定時器Ti,主要確定了串口通信的工作方式和波

3、特率的計算方法。( 1 )串行口數(shù)據(jù)緩沖器 SBUFSBUF 是兩個在物理上相互獨立的接收,發(fā)送緩沖器,可同時發(fā)送,接收數(shù)據(jù),兩個緩沖器共用一個字節(jié)地址，為 99H，可字節(jié)尋址，不可位尋址，復(fù)位值為 00H?？赏ㄟ^編程對 SBUF的讀寫 來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作。CPU寫SBUF，就是修改發(fā)送緩沖器； CPU讀SBUF，就是讀接收緩沖器，在硬件結(jié)構(gòu)上，串行口對外有兩條獨立的收發(fā)信號線RXD和TXD，因此可以同時發(fā)送,接收數(shù)據(jù),實現(xiàn)全雙工傳送。(2)串行口控制寄存器 SCONSCON 寄存器用于確定串行通信的工作方式、接收和發(fā)送控制、串行口的中斷狀態(tài)標志,它既可以是字節(jié)尋

4、址，也可以是位尋址，字地址為98H，其復(fù)位值為00H。SMo， SMi工作方式控制位，可構(gòu)成 4種通信工作方式，分別為：方式0-同步移位寄存器；方式 1-10位異步收發(fā)；方式 2-11 位異步收發(fā)；方式 3-11 位異步收發(fā)。SM2多機通信控制位，用于主一從式多機通信控制，因多機通信是在方式2和方式3下進行，因此 SM 2位主要用于方式 2 和方式 3。若 SM 2=1，則允許多機通信。若 SM 2=0，則不屬于多機通信 情況，接收到一幀數(shù)據(jù)后，無論第9位（ D 8）是 0 還是 1，都置中斷標志 RI=1 ，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收 /發(fā)送緩沖器（ SBUF ）中。在工作方式 1 時，若 SM

5、2=1，則只有接收到有效停止位時中斷標志RI 才置 1，以便接收下一幀數(shù)據(jù)；在工作方式 0時，SM2必須為0。REN 允許接收控制位，用軟件置 1或清零，REN=1，允許接收；REN=0，禁止接收。TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8,在方式2和方式3時，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，以TB8 位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=0為數(shù)據(jù)，TB8=1為地址，該位由軟件置位或清零，此外，該位還可以作為數(shù)據(jù)的奇偶檢驗位。RB 8接收數(shù)據(jù)位 8，在工作方式 2 和工作方式 3 種，它是接收到的第 9 位數(shù)據(jù)位，既可以作為 約定好的奇偶檢驗位，也可以作為多機通信時的地址幀或數(shù)據(jù)幀標志。在工作方式1

6、 中若 SM2=0，則RB8是接收到的停止位，在工作方式 0種不使用RB8。TI 發(fā)送中斷標志位，在工作方式0中，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置 1，向CPU申請接收中斷， CPU 響應(yīng)中斷后，必須用軟件清零；在其他方式下，在發(fā)送停止位前，由硬件置位。RI 接收中斷標志位。在工作方式 0種，接收完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置1，向CPU申請發(fā)送中 斷， CPU 響應(yīng)中斷后，必須用軟件清零；在其他方式下，在接收到停止位的中間時刻由硬件置1，中斷響應(yīng)后也必須用軟件清零。串行發(fā)送中斷標志位 TI 和接受中斷標志位 RI 是同一個中斷源，在全雙工通信中，必須用軟件 來判別是發(fā)送中斷請求還是接收中斷請求。（ 3）電

7、源控制寄存器 PCONPCON 主要是為 CHMOS 型單片機上實現(xiàn)電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為87H 其中只有一位 SMOD 與串行口工作有關(guān)。 SMOD 稱為波特率選擇位。 在工作方式 1， 2， 3中若 SMOD=1 ， 則波特率提高一倍；若 SMOD=0 ，則波特率不加倍。除了以上3種特殊功能寄存器以外，串口的工作還與定時器 Ti和中斷允許寄存器IE有關(guān)，定 時器Ti主要在工作方式1, 工作方式2中用于計算波特率，而 IE主要用于接收/發(fā)送中斷的允許控 制，ES=0，禁止串行中斷，ES=1，允許串行中斷。串行通信的波特率在使用串口做通訊時,一個很重要的參數(shù)就是波特率,只有上下

8、位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。51 芯片的串口工作模式 0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M的晶振來計算，那么它的波特率可以達到 1M。模式2的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決于PCOt寄存器中的 SMOD位，女口 SMO場0，波特率為 focs/64,SMOD 為 1，波特率為 focs/32 。模式 1 和模式 3 的波特率是可變的，取決于定時器 1 或 2( 52 芯片)的溢出速率。計算這兩個模式的波特率可以用以下的公式去計算。波特率=(2SMO32)X定時器1溢出速率(1)上式中如設(shè)置了

9、PCON寄存器中的SMOD位為1時就可以把波特率提升 2倍。通常會使用定時器1工作在定時器工作模式 2下，這時定時值中的 TL1做為計數(shù)，TH1做為自動重裝值，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1的值會自動裝載到 TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定 時更準確。在這個定時模式 2 下定時器 1 溢出速率的計算公式如下：溢出速率=(計數(shù)速率)/(256 TH1)(2)上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51 芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器 TH的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一

10、個12M的晶振用在51芯片上，那么51的計數(shù)速率就為1M。通常用 11.0592M 晶體是為了得到標準的無誤差的波特率。如我們要得到 9600的波特率，晶振為 11.0592M和12M,定時器1為模式2, SMO毆為1,分別看看那所要求的 TH1為何值。代入公式：11.0592M9600 = (2 - 32) X (11.0592M/12)/(256-TH1)TH1= 25012M9600 = (2 - 32) X (12M/12)/(256-TH1)TH仁 249.49上面的計算可以看出使用12M晶體的時候計算出來的TH1不為整數(shù)，而 TH1的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生

11、精確的 9600 波特率。本次設(shè)計中為了得到精確地波特率，采用的晶振頻率為11.0592MHz,此外定時器工作在方式 2,即八位自動重裝載，串口工作在方式 1.2.2接收與發(fā)送數(shù)據(jù)顯示示。下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)與上位機接受的數(shù)據(jù)都是通過LCD1602 來進行顯示的，其引腳圖如圖 1 所圖1LCD1602引腳圖下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)與上位機接受的數(shù)據(jù)都是通過LCD1602來進行顯示的。1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表1所示：表1:引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4

12、RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度 過高時會產(chǎn)生 鬼影”使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當 RS為

13、 高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。2.2.1 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊部的控制器共有 11條控制指令，如表 2所示：表2 :控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生

14、存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM 或DDRAM ）10要寫的數(shù)據(jù)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1 :清顯示，指令碼 01H,光標復(fù)位到地址 00H位置。指令2 :光標復(fù)位，光標返回到地址00H。指令3 :光標和顯示模式設(shè)置I/D :光標移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4 :顯示開關(guān)控制。 D :控制整體顯示的開與關(guān)， 高電平表示

15、開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C : 控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標B:控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5 :光標或顯示移位 S/C :高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6 :功能設(shè)置命令 DL :高電平時為4位總線，低電平時為 8位總線N :低電平時為單行 顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示 5x10的點陣字符。指令7 :字符發(fā)生器 RAM地址設(shè)置。指令8: DDRAM地址設(shè)置。指令9 :讀忙信號和光標地址 BF :為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù) 據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10 :寫數(shù)據(jù)

16、。指令11 :讀數(shù)據(jù)。表3:基本操作時序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0 D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L, R/W=L，D0 D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0 D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0 D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無對LCD進行些操作時的時序圖如圖2所示圖2寫操作時序2.2.2 1602LCD 的RAM地址映射液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字 符，圖3是1602的部顯示地址。例如

17、第二行第一個字符的地址是40H ,那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B (40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前 都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。LCD16字)(2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F027404142434445464748494A4B4D4E4F5067圖31602LCD部顯示

18、地址例如第二行第一個字符的地址是 40H ,那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一 個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（ 40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。2.2.3 1602LCD的一般初始化過程延時15mS寫指令38H （不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H （不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H （不檢測忙信號）以后每次

19、寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令38H :顯示模式設(shè)置寫指令08H :顯示關(guān)閉寫指令01H :顯示清屏寫指令06H :顯示光標移動設(shè)置寫指令0CH :顯示開及光標設(shè)置2.3軟件設(shè)計本次設(shè)計過程中當接收到數(shù)據(jù)后CPU響應(yīng)中斷，對接接收到得數(shù)據(jù)進行顯示后退出中斷，主函數(shù)以及中斷函數(shù)的流程圖如圖4與圖5所示。開始進入中斷將TI置0將RI清0退出中斷圖5中斷流程圖圖4主函數(shù)流程圖2.4硬件仿真及調(diào)試lend datug : 03 rsee i ue data! 1 1li bXTJMJXa XTiU=asf11-fJ-l RI4 U*P? 1/jiS P7 ?i"Air>

20、p Ji'JL11 中鼻幅衛(wèi)-P?.JA14 ! aJ / /A ! IPg 心 r iP3.ll/DtpPl hCTIff1 ! i FS HEP3 r-=gF I'J -'IJL-圖6硬件設(shè)計總體仿真電路圖由于本次設(shè)計只是仿真，并沒有進行硬件電路的搭建，因此仿真時采用的是虛擬串口，通過軟件增加了一對虛擬串口 COM1，COM4，其設(shè)置界面如圖 7所示。圖7虛擬串口調(diào)試設(shè)置界面8所示。圖8串口調(diào)試助手仿真界面當仿真開始后下位機發(fā)送的數(shù)進過虛擬串口發(fā)送上位機通過串口調(diào)試助手進行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，其，仿真時下位機與上位機的波特率均設(shè)置為9600,串口調(diào)試助手工作時界面如圖

21、3、CDIO設(shè)計總結(jié)本次設(shè)計住實現(xiàn)了上位機與下位機之間簡單的通信，上位機通過串口調(diào)試助手發(fā)送一個十六進制的數(shù)經(jīng)過虛擬串口，可以被下位機接收，并在LCD進行顯示。在老師講述單片機課程的時候，對單片機的串口通信知識進行了原理上的簡單了解，對實際應(yīng)用過程中應(yīng)考慮的一些問題并沒有過多 的了解，通過本次設(shè)計，對單片機串口通信這部分的容進行了更深層次的學(xué)習，知道了很多可是跟 你學(xué)不到的東西。另外本次設(shè)計中，對收發(fā)的數(shù)據(jù)進行顯示時用到了LCD液晶1602，剛開始學(xué)習是覺得液晶顯示很神奇，再設(shè)計過程中，通過自己看教學(xué)視頻進行學(xué)習，對液晶的原理，以及操作 命令等有了比較詳細的了解。一開始進行操作時由于對液晶顯示

22、的時序不是很清楚，知識把液晶顯示的代碼簡單的堆在了一起，結(jié)果運行時，液晶不能顯示。后來，自己仔細對1602的時序圖進行學(xué)習后，才發(fā)現(xiàn)液晶初始化時，每條命令都是有先后順序的。總之，通過本次設(shè)計鍛煉了我查找錯誤時的耐力，也是我對與C語言在單片機上的編程變得更加熟練，為以后進一步學(xué)習打下了堅實的基礎(chǔ)。4、參考文獻1 康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M:高等教育,2000.62 自美主編,電子線路設(shè)計/實驗/測試M:華中科技大學(xué)，2000.73 胡漢才單片機原理與其接口技術(shù)（第二版）M.:清華大學(xué)，2004.4 偉，單片機C語言程序設(shè)計實例100例.電子工業(yè).2009 , 06CDIO設(shè)計評語課程

23、設(shè)計成績指導(dǎo)教師（簽字）年月日代碼：#in clude<reg51.h>#defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int uchar table10="se nd data:" uchar table113="receive data:" sbit Icde n=P2A2;sbit Icdrs=P2A0;sbit lcdrw=P2A1;uchar num,flag;uchar c;void delay(uint z) uint x,y;for(x=z;x>0;x-)

24、for(y=110;y>0;y-);/ 寫命令子函數(shù)void write_cmd(uchar cmd)lcdrs=0;lcden=0;P0=cmd;lcdrw=0;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;delay(5);/寫數(shù)據(jù)子函數(shù)void write_data(uchar dataa) lcdrs=1;P0=dataa;/lcdrw=0;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;/液晶初始化void init()8 位數(shù)據(jù)口lcden=0;write_cmd(0x38);/ 設(shè)置 16*2 顯示， 5*7 的點陣，write_cmd(0x0c);/ 開顯示，不顯示光標write_cmd(0x06);write_cmd(0x01);/ 清屏write_cmd(0x80);/ 初始化數(shù)據(jù)指針for(num=0;num<10;num+)write_data(tablenum);delay(5);write_cmd(0x80