51單片機(jī)與pc機(jī)串口通信接口設(shè)計(jì)

51單片機(jī)與pc機(jī)串口通信接口設(shè)計(jì)精品好文檔，推舉學(xué)習(xí)溝通精品好文檔，推舉學(xué)習(xí)溝通僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝僅供學(xué)習(xí)與溝通，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除感謝10一． 緒論P(yáng)C機(jī)串行通信現(xiàn)狀及進(jìn)展前景優(yōu)越的性價比和豐富的軟件資源，已成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主流機(jī)種。而單片機(jī)在工業(yè)掌握系統(tǒng)中也越來越得到廣泛的應(yīng)用，它以價格低、功能全、體積小、抗干擾力量強(qiáng)、開發(fā)應(yīng)用便利等特點(diǎn)已滲透到各個開發(fā)領(lǐng)域。特別是利用其能直接進(jìn)展全雙工通信的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集、智能儀表儀器、家用電器和過程掌握中作為智能前沿機(jī)。但由于單片機(jī)計(jì)算力量有限，難以進(jìn)展簡單的數(shù)據(jù)處理，因此應(yīng)用高性能的計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)的全部智能前沿機(jī)進(jìn)展治理和掌握，已成為一種進(jìn)展PC機(jī)為主機(jī)，單片機(jī)為從機(jī)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對裝置的掌握，而由主機(jī)完成各種簡單的數(shù)據(jù)處理和對單片機(jī)的掌握。所以計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信更加顯得重要。PC機(jī)串行通信的方式有并行通信和串行通信。降低通信本錢。串行通信是指依據(jù)逐位挨次傳遞數(shù)據(jù)的通信方式，由于僅需三根傳輸線傳送信息且通信距離相對較遠(yuǎn)，所以在掌握領(lǐng)域的現(xiàn)場監(jiān)測、分布PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和治理功能，單片機(jī)則具有快速以及簡潔掌握的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)量不大、傳輸要求不高的RS-232COM1、COM2等相PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。隨著技術(shù)的進(jìn)展和數(shù)據(jù)流量的不斷增長，傳統(tǒng)的并行接口面臨的I/O接口的數(shù)據(jù)率進(jìn)一步提高的瓶頸。在這種狀況下，過去主要用于光纖通信的串行通信技術(shù)正在取代傳統(tǒng)并行總線而成為高速接口技術(shù)的主流，由于硬件的實(shí)現(xiàn)比較簡潔，而且用戶使用上也很簡便。串行通信作為一種敏捷便利的通信方式，一種有效的通信手段，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)掌握中。是否滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求是必需設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵問題。單片機(jī)和微機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在測控領(lǐng)域的廣方向。它結(jié)合了單片機(jī)在實(shí)時數(shù)據(jù)采集和微機(jī)對圖形處理、顯示的優(yōu)點(diǎn)。windows環(huán)境下后臺微機(jī)在數(shù)據(jù)庫治理上具有明顯的優(yōu)勢。二者結(jié)形成了向以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)展的趨勢。單片機(jī)與PC機(jī)串行通信爭論目的和意義現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個突出特點(diǎn)，就是使工業(yè)掌握系統(tǒng)中的全部設(shè)備連接成網(wǎng)，從而在一個核心軟件治理下工作〔這個軟件可能是分布式的操作系統(tǒng)，也可能是嵌入式操作系統(tǒng)〕，形成一個有機(jī)的整體。這種整體網(wǎng)絡(luò)方式的現(xiàn)代工業(yè)掌握系統(tǒng)具有傳統(tǒng)獨(dú)立掌握系統(tǒng)所無法比較的先進(jìn)性，不僅能極大地提高工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)效率，還可以大大提高系統(tǒng)的安全性和牢靠性[4]。單片機(jī)自誕生以來以其性能穩(wěn)定、價格低廉、功能強(qiáng)大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)的輸入輸出掌握中，除直接接上小鍵盤和LCD顯示屏等方法外，一般都通過串口和上位機(jī)PC進(jìn)展通信。由于隨著微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，掌握過程中如虛擬設(shè)備面板、曲線記錄顯示、打印輸出等一系列更高的要求也相應(yīng)被提出，這些要求往往是面對底層掌握的單片機(jī)分立掌握系統(tǒng)所無法企及的[5]。而很多基于微機(jī)視窗操作平臺的可視化軟件開發(fā)工具如VisualBasic、Delphi〔我要用哪個軟件，那個軟件要介紹嗎？〕等能簡潔地解決此類問題很好地充當(dāng)這些要求的實(shí)現(xiàn)載體，于是產(chǎn)生了由微機(jī)與多臺單片機(jī)構(gòu)建的小型測控系統(tǒng)。后來又產(chǎn)生構(gòu)造更簡單、運(yùn)行更安全、穩(wěn)定的集散掌握系統(tǒng)〔DCS〕，但由于價格昂貴，用于小型系統(tǒng)的掌握往往過于鋪張。而后一種方法由于能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程掌握，并且能夠利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能以及友好的掌握界面，顯得尤為重要。在一般的利用PC機(jī)對單片機(jī)進(jìn)展掌握的場合，都是承受Windows作為上位機(jī)的平臺，其優(yōu)點(diǎn)是界面友好，編程和操作都比較簡潔。因此爭論P(yáng)C機(jī)與單片機(jī)串行通信具有十足的現(xiàn)實(shí)及工業(yè)意義。雖說Windows操作平臺界面友好，操作簡潔，但是缺點(diǎn)是穩(wěn)定性太差，這對于需要連續(xù)數(shù)天或數(shù)月運(yùn)行的裝置來說，尤其不適宜。在要求比較苛刻的場合，一般都承受UNIX工作站作為主控平臺，如合肥同步輻射的主控平臺承受的是SUN的Solaris工作站系統(tǒng)，然而UNIX〔這些我要不要介紹？這些可以用到嗎？〕工作站昂貴的價格又大大限制了其使用的范圍[6]。近年來，隨著Linux的迅猛進(jìn)展，使其漸漸從少數(shù)人的玩具變成了主流的操作系統(tǒng)。Linux是遵循GPL協(xié)議的免費(fèi)源代碼開放軟件，任何人都可以自由的從Internet上取得其源程序，也可在GPL的協(xié)議下修改其源代碼以適應(yīng)特定的應(yīng)用，其運(yùn)行在一般的PC上，性能穩(wěn)定，特別適于做工業(yè)掌握，因此實(shí)現(xiàn)Linux和單片機(jī)的串行通信格外UNIX工作站的一種可選的替代方法。論文內(nèi)容及構(gòu)造安排論文的第一章對單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的現(xiàn)狀、覺察趨勢和爭論此題目的目的和意義進(jìn)展了論述。其次章從最根本的方面介紹了此次設(shè)計(jì)所必需的根本學(xué)問。其次章分為兩部分，第一局部包括了單片機(jī)的簡介以及本次設(shè)計(jì)中所用單片機(jī)的選擇。其次局部介紹了串行通信的根本概念、串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232的概念和遠(yuǎn)程串行通信RS-485的概念，以及兩者的比較。第三章首先爭論了單片機(jī)幾個特別存放器的格式，以便在后面的軟件設(shè)計(jì)中對單片機(jī)進(jìn)展正確的初始化。其次爭論了單片機(jī)與PC機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)串行通信的軟硬件實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)與多單片機(jī)通信的軟硬件實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)對點(diǎn)通信中，硬件設(shè)計(jì)主要是解決PC機(jī)的RS-232電平到單片機(jī)的TTL電平的轉(zhuǎn)換，給出了具體的電路圖。軟件設(shè)計(jì)中，單片機(jī)作為下位機(jī)不主動向PC機(jī)發(fā)出懇求，所以設(shè)計(jì)了一種比較簡潔的PC機(jī)向單片機(jī)讀寫數(shù)據(jù)的協(xié)議，基于這種協(xié)議給出了單片機(jī)和PC機(jī)的程序。多機(jī)通信是基于點(diǎn)對點(diǎn)通信的。多機(jī)通信主要需要解決的就是單片機(jī)的尋址問題。一旦確定選擇的是哪個單片機(jī)時，剩下的問題就是點(diǎn)對點(diǎn)通信了。本文中所爭論的多機(jī)通信是基于RS-485總線的，為下面一章應(yīng)用做鋪墊。用RS-485的問題在于它的電平與PC機(jī)和單片機(jī)又不同，所以又要進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換。所以文中給出了怎樣進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換的具體爭論以及具體電路設(shè)計(jì)。多機(jī)通信的軟件方面只給出了單片機(jī)尋址局部，因其余局部與點(diǎn)對點(diǎn)通信一樣。第四章為串行通信的應(yīng)用舉例〔要改的〕二． 單片機(jī)AT89S51概述〔要不要介紹mcs-51單片機(jī)串行接口？〕單片機(jī)的選型在測控系統(tǒng)和工程應(yīng)用中，常遇到多項(xiàng)任務(wù)需同時執(zhí)行的狀況，因而主從式多機(jī)分布式系統(tǒng)成為現(xiàn)代工業(yè)廣泛應(yīng)用的模式。它們大多由PC機(jī)和MCS-51單片機(jī)組成。MCS-51系列單片機(jī)在國際市場中占有率居世界之首，主要是由于它有如下優(yōu)點(diǎn)：性能價格比大大超過Z80等單板微型機(jī)；開發(fā)用的仿真機(jī)爭論較早并日趨完善；生產(chǎn)廠家較多；支持芯片種類多；適合不同應(yīng)用場合的機(jī)種不斷涌現(xiàn)。PC機(jī)作為主機(jī)，單片機(jī)作為從機(jī)完成各自的功能需要不斷的進(jìn)展信息溝通，因此通信成為分布式測控系統(tǒng)重要而根本的功能。AT89C51是最常用的51芯片。AT89C51是ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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和閃耀存儲器組合在單個芯片中，ATMEL公司的AT89C51是一種高效微掌握器，為很多嵌入式掌握系統(tǒng)供給了一種敏捷性高且價廉的方案。它的片內(nèi)Flash存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性的存儲器編程器來編程，同時已經(jīng)具有三級存儲器保密的性能。在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)最有用。片內(nèi)4K程序存儲器是承受Flash工藝的，這種工藝下的存儲器用戶可以用電方式瞬間擦除、改寫。所以說這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機(jī)的程序還可以加密，這又很好的保護(hù)了全部勞動者的成果[9]。所以本文中所用的單片機(jī)將承受AT89C51。AT89C51供給以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)FLASH閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，2個16位定時/計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷構(gòu)造，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器準(zhǔn)時鐘電路。同時，AT89C51降至0Hz的靜態(tài)規(guī)律操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式制止CPU的工作，但允許RAM，定時/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)連續(xù)工作。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個功能較強(qiáng)的全雙工串行異步通信接口，它可以作UART〔通用異步接收和發(fā)送器〕用，構(gòu)成雙機(jī)或多機(jī)通信系統(tǒng)，也可以外接移位存放器后擴(kuò)展為并行I/O口。AT89C51單片機(jī)通過引腳RXD〔P3.0〕和引腳TXD〔P3.1〕與外界進(jìn)展通信。AT89C51的串行口是可編程接口，通過對兩個特別功能存放器SCON和PCON進(jìn)行編程可掌握串行口的工作方式和波特率。SCON用于掌握串行口的工作方式，同時還包含要發(fā)送或接收到的第9位數(shù)據(jù)位以及串行口中斷標(biāo)志位。該存放器的字節(jié)地址為98H，可進(jìn)展位尋址。PCON中只有最高位SMOD與串行口工作有關(guān)，該位用于掌握串行口工作于方式1、2、3時的波特率。PCON的字節(jié)地址為87H，沒有位尋址功能。單片機(jī)復(fù)位時，SMOD=0。MCS-51串行口有方式0、方式1、方式2和方式3四種工作方式，每種工作方式下的波特率設(shè)置方法也不一樣，用戶應(yīng)依據(jù)實(shí)際需要正確選用[10]。方式0主要用于擴(kuò)展并行輸入輸出口，方式1、方式2和方式3主要用于串行通3可用于多機(jī)通信。AT89S51單片機(jī)具有的特點(diǎn)AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable) 的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件承受ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳構(gòu)造，芯片內(nèi)集成了通用 8位中心處理器和ISPFlash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51可為很多嵌入式掌握應(yīng)用系統(tǒng)供給高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個引腳，4kBytesFlash 片內(nèi)程序存儲器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，32個外部雙向輸入/輸出〔I/O〕5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗〔WDT〕電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51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。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可連續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停頓芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S51單片機(jī)的管腳圖〔太少了，就一個圖，不知還添加什么內(nèi)容？〕AT89S51單片機(jī)各引腳功能簡要介紹主要特性：8031CPU與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(1000寫/擦循環(huán))全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz三級程序存儲器保密鎖定128*8位內(nèi)部RAM32條可編程I/O線兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器6個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式2．管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸取8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASHP0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)展校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必需被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部供給上拉電阻的 8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電尋常，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的原因。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的原因。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)展存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)展讀寫時， P2口輸出其特別功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和掌握信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉的原因。P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2/INT0〔外部中斷0〕P3.3/INT1〔外部中斷1〕P3.4T0〔記時器0外部輸入〕P3.5T1〔記時器1外部輸入〕P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕P3口同時為閃耀編程和編程校驗(yàn)接收一些掌握信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU將依據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操勞1然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯為什么看上面的圖假設(shè)不對端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q端為0Q^為1加到場效應(yīng)管柵極的信號為1該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗,此時即使引腳上輸入的信號為1也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1信號讀入后不肯定是1假設(shè)先執(zhí)行置1操作則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時還必需附加一個預(yù)備動作所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口89C51的P0/P1/P2/P3 時都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差異除了P1口外P0P2P3口都還有其他的功能RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的高電尋常間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在尋常，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要留意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想制止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。假設(shè)微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE制止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不消滅。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電尋常，則在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。留意加密方式 1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電尋常，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。AT89S51與AT89C51的比較MCS-51單片機(jī)是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有8031〔內(nèi)部沒有程序存儲器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰〕、8051〔芯片承受HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰〕和8751等通用產(chǎn)品，始終到現(xiàn)在，MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品〔比方目前流行的89S51、已經(jīng)停產(chǎn)的89C51等〕，各高校及專業(yè)學(xué)校MCS-51單片機(jī)作為代表進(jìn)展理論根底學(xué)習(xí)。有些文獻(xiàn)甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機(jī)，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機(jī)影響極深遠(yuǎn)，很多公司都推出了兼容系列單片MCS-518位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。其他的公司的51單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一ATMEL的89C51〔已經(jīng)停產(chǎn)〕、89S51，PHILIPS〔菲利浦〕，和WINBOND〔華邦〕等，我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89C51指的是ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)，同時是在原根底上增加了很多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash〔程序存儲器的1000次〕ROM〔一次性寫入〕，AT89C51的性能相對于8051已經(jīng)算是格外優(yōu)越的了。不過在市場化方面，89C51PIC單片機(jī)陣營的挑