【《PC機與單片機通過串口通信的設(shè)計與仿真驗證研究》9600字】

PC機與單片機通過串口通信的設(shè)計與仿真驗證研究 1 1.2本課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 32.1串口通信的理論基礎(chǔ) 32.2RS-232串行通信接口標準 2.3MSCOMM串行通信控件 42.3.1串行通信控件的屬性 5 63.2硬件與軟件的設(shè)計與分析 6 7 84.1單片機的選型及其簡介 84.2串行接口的基本結(jié)構(gòu)的認識 84.3電路原理圖 9 5.1PC機的串行通信程序 5.2單片機的串行通訊程序 1結(jié)語 參考文獻 摘要；在本次畢業(yè)設(shè)計論文中主要目的為實現(xiàn)單片機和電腦能夠?qū)?shù)據(jù)一位一位的依次傳輸?shù)能浖捌溆布娐吩O(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計在單片機與PC機之間主要運用了主從機操作結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中，通過USB轉(zhuǎn)TTL轉(zhuǎn)換模塊將單片機與PC計算機連接起來，PC機把數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)絾纹瑱C中，單片機將收到的數(shù)據(jù)傳輸信號顯示出來放置在LCD1602(液晶顯示屏)上，單片機接收數(shù)據(jù)后，在通過分析，對PC機進行數(shù)據(jù)反饋，如果輸入的是錯誤信息，則同樣會在經(jīng)過檢測后在LCD屏上顯示出來報錯。在本文中，PC機的串行通訊控件程序的開發(fā)和編寫通過Keil4中編寫加串口調(diào)試助手跟虛擬串口軟件進行。然后再通過Proteus8.0跟串口調(diào)試助手跟虛擬串口軟件仿真檢驗，證明我們設(shè)計的電路能夠?qū)崿F(xiàn)單片機和電腦的將數(shù)據(jù)一位一位，跟隨傳輸?shù)年P(guān)鍵詞：單片機；串行通信；轉(zhuǎn)換模塊；Proteus8.0;接口電路第一章緒論當今社會是一個工業(yè)產(chǎn)值在國民生產(chǎn)總值中的比重不斷攀升，信息技術(shù)不斷發(fā)展的社會，如今，萬物互聯(lián)的時代已經(jīng)到來，在生產(chǎn)生活中，信息的發(fā)展傳遞越來越重要。而當今工業(yè)體系的一大特點就是，將生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個工業(yè)設(shè)備相互連接，形成一個整體，并在中央軟件的管理下，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個部分，各司其職，相互分工，又能互通有無，傳遞信息。這極大的提高了生產(chǎn)的效率，也讓生產(chǎn)體系更加安全、可靠。在大部分的自動化生產(chǎn)中，需要用電腦監(jiān)控端對產(chǎn)品的產(chǎn)出過程的情況進行隨時隨地有最真實的情報掌握，對下面的信息采集端采集來的數(shù)據(jù)快速的進行處理，以及掌握命令的發(fā)出跟傳遞等，于此特定環(huán)境不難看出其端倪在這種情況下，為了能夠掌握最直接真實的情況，就要求計算機能夠隨時隨地的暢通無阻的對端口2一次傳輸?shù)募夹g(shù)對于社會的發(fā)展和工業(yè)水平的進步具有深遠的實際意義和經(jīng)濟價樣的大潮趨勢下，研究串口通信技術(shù)就是在為這些電子產(chǎn)品的研發(fā)打下基礎(chǔ)(康子淵，盛明澤，2022)。如今，人們的生存活動跟工作已經(jīng)離不開這類電子產(chǎn)品。所政策跟人才培養(yǎng)計劃的出臺使整個電子通信行業(yè)跟其他的相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)走上了快在本文的研究框架下考慮了這一情形而在人們印象中所謂國外科技的發(fā)達其實就1.3此次設(shè)計的工作內(nèi)容3索、采集、加工的處理能力和信息化管理功能以及基于單片機的收集信息和信息化設(shè)備實時監(jiān)測并且直接控制等優(yōu)點，使整個系統(tǒng)更加的健康和完善，極大的改善了工通過以上可得，可以清楚的明白本次設(shè)計的重點工作內(nèi)含為設(shè)計主機與從機之間能夠?qū)?shù)據(jù)一位一位，依次傳輸?shù)慕涌陔娐吩O(shè)計，然后是相應(yīng)的串口通信程序設(shè)計跟軟件設(shè)計，最后通過PROTUES仿真軟件對于設(shè)計的完整的電路進行仿真調(diào)試，做出成品實物，通過LCD顯示出來通信過程。得出實驗結(jié)論。第二章串行通信基礎(chǔ)直接進行海量數(shù)據(jù)實時傳送和信息溝通的一個重要途徑。足以說明串行數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)是它是一種通常泛指的在電子通信工程學(xué)中所指利用各種數(shù)據(jù)信號將在串口通信的過程中有一個不得不說的串口標準就是“RS-232”,它的英文縮寫是"recommendationstandard",它的數(shù)據(jù)串口標識號是232,RS-232具有一個獨立的通信主通道和一個作為輔助的主通道，RS-232(又稱EIARS-232)是常用的串行通信接口標準之一(陶景行，辛睿哲，2021)。它具有信號線少、靈活的波特率選擇、采用負邏輯傳送和傳送距離較遠等特點。在無線數(shù)據(jù)通訊的發(fā)展過程中，RS-232標準所提出要求的單端數(shù)據(jù)通訊傳輸速率僅僅只是局限于20000比特/秒，RS-232采用了不平衡的數(shù)據(jù)傳輸速率模型，也許這就是我們所說的無線單端數(shù)據(jù)通訊，建立這個單端標準的主要初衷就是為了在它的DTE(無線數(shù)據(jù)終端接口設(shè)備)與它的DCE(無線數(shù)據(jù)通訊接口設(shè)備)之間直接搭建一個通信接口標準(伍博遠，宋靖，2024)。從上述分析可以看出，該方案相比于其他方案具有更好的性價比，同時在用戶體驗和交互性方面表現(xiàn)出色。該方案注重用戶需求的挖掘和滿足，通過優(yōu)化界面設(shè)計和交互流程，提供了更加直觀、便捷的操作體驗。用戶在使用過程中能夠快速上手，減少學(xué)習(xí)成本，同時也能獲得更好的反4饋和響應(yīng)速度。此外，該方案還支持個性化定制，能夠根據(jù)不同用戶的需求提供定制化的解決方案，極大地提升了用戶滿意度和忠誠度。這種以用戶為中心的設(shè)計理念使其在市場競爭中更具優(yōu)勢。由上可知，RS-232的輸出方式分別為輸入和電壓的正、負，TTL表示邏輯狀態(tài)的輸出方式分別為輸入和電平的高低，由于所有規(guī)定輸出方式的差異。但是，由于時代的變化，現(xiàn)在的電腦上已經(jīng)沒有了UART□,現(xiàn)在電腦上更多使用的是USB接口，依據(jù)這些表現(xiàn)可以判斷出然而現(xiàn)在通用的USB接口的協(xié)議與單片機的串口電平并不相同，所以需要采用USB轉(zhuǎn)TTL轉(zhuǎn)換模塊從而使電腦與單片機的電平達到一致，這樣才能是電腦與實物有了通信的前提，讓我們所需要的信息能夠建立通道，達到我們想要的目的(崔明杰，駱景云，2018)。在連接實物的過程中，有了這個轉(zhuǎn)換的模塊，就能讓一般的電腦可以與單片機進行數(shù)據(jù)一位一位的依次傳輸。只需在連接上實物時點擊桌面里的com4端口，將端口匹配上就可以用串口助手來開始操作。我所選用的用來進行實驗設(shè)計的串行控件是MSComm,它的“母親”是美國知名公司微軟公司，通過使用該控件可以對我們編程的系統(tǒng)進行非常成功的簡化，該控件能夠為用戶提供了許多便利，我們可以通過使用它來建立一個高效率的能夠?qū)崿F(xiàn)實驗?zāi)康牡某绦?，它是一種能夠為將數(shù)據(jù)一位一位，依次傳遞的接口功能的應(yīng)用程序提供發(fā)送和接收信息的常用的沒有門檻的可以理解的技術(shù)方法，使得該應(yīng)用可以更好地實現(xiàn)了將數(shù)據(jù)依次傳遞的功能.因此，由此可以推知其意通過使用這個控件的運用編程運算，簡直是“張飛吃豆芽-小菜一碟”一般可以很直接的實現(xiàn)串行通信。該控件的處理方式的運行主要有兩種，分別為事件驅(qū)動和可以操作的查詢模式(閻天佐，齊嘉言，2019)。2.3.1串口通信助手的屬性移動通信串行控件含有許多的重要屬性，以下為其中經(jīng)常使用的功能介紹：(1)通信端□:設(shè)置一個通信端口號并且將該信號返回；(2)輸入端口：用于返回并自動強制刪除一個在數(shù)據(jù)接收器看到的數(shù)據(jù)緩沖5(3)輸出端□:寫入數(shù)據(jù)流；(4)開關(guān)控制端口：設(shè)置反饋一個可運行的狀態(tài)(開或關(guān));(5)環(huán)境設(shè)置：設(shè)置并返回將傳輸?shù)膫€數(shù)進行檢驗，有效的數(shù)據(jù)信號的調(diào)制載波的速率，質(zhì)量控制參數(shù)(舒俊熙，秦正陽，2020);(6)輸入環(huán)境：識別被輸入端口屬性讀取的字符個數(shù)，設(shè)定輸入數(shù)字為0時，經(jīng)由一個變化來返回一個數(shù)字進制量為2的數(shù)據(jù)組。6第三章總體設(shè)計3.2硬件與軟件的設(shè)計與分析在單片進行相關(guān)硬件控制電路設(shè)計以及工作處理過程中，經(jīng)過3線程控制式的片的主機和串□PC使用計算機的三個單片串□3腳(TXD,RXD,GND)相互建立聯(lián)系 需要采用轉(zhuǎn)換模塊來讓兩種電平邏輯達到吻合，從而完成我的設(shè)計(袁浩淼，唐啟航，2022)。上述的優(yōu)化成果建立在對當前情況的深刻剖析及對既有資源與技術(shù)的而言更加的簡單，易學(xué)，容易上手(孟睿德，姜子淳，2023)。7在我一段時間如同在黑夜中前行的摸索中，我終于把我的課題通訊控制程序和其在數(shù)據(jù)處理器上的通訊控制程序則主要是能夠?qū)懗鲞m合與整個第四章硬件設(shè)計特點。其內(nèi)置4KBPEROM和128bytesRAM,片上分別裝有內(nèi)置8位元和CPU(隨機集成器的一個中心部分)(廖明軒，杜景瀾，2018)。有內(nèi)部的一個可重新進行擦寫的的Flash的閃速中斷存儲器(4kB)和內(nèi)部的的作模式(章澤霖，許睿哲，2019)。4.2串行接口的認識AT89C51單片機由CPU(中央處理器),定時器，計數(shù)器，ROM(程序存儲器),串行接口，數(shù)據(jù)總線，RAM(數(shù)據(jù)存儲器),地址總線，控制總線和中斷系統(tǒng)構(gòu)成，如圖4.1所示，通過引腳TXD(P3.1串行口數(shù)據(jù)發(fā)送端)和引腳RXD(P3.08串行口數(shù)據(jù)接收端),電腦通信，其引腳配置如圖4.2所示。時鐘時鐘程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器定時計數(shù)器總線控制總線串行通信口中斷系統(tǒng)儀/m0)p31目儀/m0)p31目四1d(ol因網(wǎng)囹國使得我們同時能夠?qū)⑵渲械囊恍?shù)據(jù)發(fā)送到終端出去，片機的串行數(shù)據(jù)傳輸原理還是較為簡單的(胡啟銘，賀博遠，2020)。在本設(shè)計的9優(yōu)化流程中，本文著重權(quán)衡了經(jīng)濟效率與方案的普及潛力，相較于原始構(gòu)想，在諸多層面實施了調(diào)整與優(yōu)化。首要之舉是在成本管控上，通過剔除冗余步驟、選用成本效益更佳的方案，顯著削減了總體執(zhí)行費用，提升了方案的性價比。此外，為了拓寬方案的適用范圍，本文在設(shè)計階段深入考量了地域與環(huán)境的差異性，保證其在多樣情境下均能穩(wěn)定運作，便于其他實體輕松采納與實施。這次主要內(nèi)容是選擇設(shè)計電路要用的元器件，選擇要連接的端口，設(shè)計程序，設(shè)計連線的方案，規(guī)劃模擬電路，仿真等。我使用的仿真軟件是PROTUES8.6工具軟件，是當今廣泛應(yīng)用于直接模擬各種類型單片機的仿真工具，不論是小型電路還是大型仿真或者代碼的驗證都可以使用該軟件進行仿真(溫子墨，龐啟航，2021)。本研究在此采納了既有的策略來構(gòu)建計算框架，并對其進行了適度簡化，旨在增強其實際應(yīng)用價值和易操作性。通過詳盡剖析與評估現(xiàn)有策略，本文識別并剔除了繁瑣且非必要的環(huán)節(jié)，優(yōu)化了整個流程，最終打造出一個更加精簡高效的計算模型。此舉不僅縮減了資源消耗，還加快了處理速度，使得本方案在維持原有效能的基礎(chǔ)上，更便于執(zhí)行與普及。同時，本文還實施了一系列驗證流程與質(zhì)量控制手段。首先進行元器件的選擇，依據(jù)該理論框架研究可推導(dǎo)出然后通過設(shè)計思路進行電路的規(guī)劃，我的設(shè)計思路主要是電路串口發(fā)送內(nèi)容到單片機，單片機串口中斷接收信息，然后將接收到的信息在LCD屏上顯示出來，并返回。設(shè)計好電路之后，就按配置連接引腳，最后匯成通路(何景云，嚴俊馳，2022)。P2.1/A8鐵z歲85886886中王口ERROR口如圖4.4中各組成部分以及其他元器件分別是：單片機AT89C51;復(fù)位電路BUTTON,對單片機有著使單片機復(fù)位的作用；電子顯示屏LCD1602;對電路起到保護作用的電容CAP跟電阻RES;PC機的串□1-COM3,USB轉(zhuǎn)TTL轉(zhuǎn)換模塊。理基本框圖由一個小型單片硅電機組成AT89C51,電腦串口端—COM4,LCD1電容等)連接在一起構(gòu)成。于此特定環(huán)境不難看出其端倪單片機的10引腳(RXD)接模擬開關(guān)的2引腳(RXD),11引腳(TXD)連接開關(guān)的3引腳(TXD),單片機的21、22、23、24、25、26、27、28引腳分別與LCD1602(液晶顯示屏)上的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7引腳相連接，單片機的15引腳(T1) (液晶顯示屏)上的4引腳(RS)相連，16引腳(WR)跟LCD1602(液晶顯示屏)上的5引腳(RW),17引腳(RD)跟LCD1602(液晶顯示屏)上的6引腳(E)相連接。而單片機的左邊則分別通過18引腳(XTAL1)和19引腳(XTAL2)和9引腳(RST)分別連接電容，電阻和復(fù)位電路。單片機旁邊的復(fù)位電路其主要作用就是在在工作時引導(dǎo)單片機復(fù)位。在單片機啟動時，它的9引腳(RST)是在高電平的狀態(tài)(蘇明杰，吳啟銘，2023)。而保護電路中的電容(C1)開始充電，降低RST接模擬開關(guān)的com4接口設(shè)置好波特率為19200,然后進行數(shù)據(jù)傳輸，在串口助手軟件中，打開串口，設(shè)置并且定義好com3串口，選中19200波特率，在輸入窗口 (液晶顯示屏)中顯示出相應(yīng)的字符(林浩淼，鄭嘉言，2024)。第五章程序設(shè)計要讓單片機系統(tǒng)整體可以運行，就不止要有硬件，還要有軟件。匯編語言經(jīng)常被用于單片機系統(tǒng)的軟件設(shè)計，PC機的軟件則用keil4來編寫。電腦的串行通訊程序設(shè)計包括創(chuàng)建項目文件，編寫程序，加入串口通信控件，設(shè)計電路，選擇元器件，仿真驗證(薛睿哲，尹啟航，2018)。在此背景下，本文針對原始數(shù)據(jù)的處理方式相較于以往的研究顯得更為簡潔且高效。本文采納了一種更為簡捷的預(yù)處理手段，這一手段削減了多余的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，優(yōu)化了數(shù)據(jù)清洗與標準化流程，進而顯著提升了信息處理的速率與效能。采用此法，本文得以迅速籌備好分析所需的信息集合，同時減少了復(fù)雜處理流程可能帶來的誤差風(fēng)險。此外，經(jīng)過對不同渠道和種類的信息實施全面測試，本文進一步確認了本方案的穩(wěn)固性與可信首先運行一個keil4軟件，然后點擊project---NewuVisionProject,新建一個工程。口saesfu0.1E百度驗百度經(jīng)驗演示uproy9Eea515開發(fā)極配套科212內(nèi)含視下數(shù)地址ass開發(fā)權(quán)配塞資v23n、配宴程序a1v2sd語言程李4小花JU2一7然后選擇一個保存的目錄，把這個工程保存下來。在彈出對話框中，在CPU類型下我們找到并選中Atmel下的AT89C51,并點擊OK。點擊菜單欄中的file,選擇new,創(chuàng)建好一個新的文本如圖5.3所示。在此課題設(shè)計中，使用PROTEUS8.0進行仿真開發(fā)，然后通過串口調(diào)試助手，跟虛擬串口軟件在連接PROTEUS8.0進行仿真調(diào)試(高啟銘，陳景云，2019)。最后程序具備的功能是：單片機接收數(shù)據(jù)并顯示于數(shù)碼管和LCD屏上，在本文的研究框架下考慮了這一情形在接收數(shù)據(jù)的同時，進行反饋。如果信息發(fā)送錯誤則會顯示出來，出現(xiàn)亂碼報錯。主要程序見附錄。等設(shè)備整合成為一個仿真系統(tǒng)軟件，在人們進行代碼編譯時，它也被人們認為更像是一個可以兼容各種不同代碼類型的的編譯器(李文博，王志遠，2018)。為削弱外用和時效性。在仿真過程中，我們需要用串口軟件來模擬串口才能讓仿真順裝。在安裝后打開軟件，設(shè)置好com3,com4端口。定義好端口后進行在打開串口助手軟件。受端口號(COMx)的限制但是.請確保你添加端口狀態(tài)。田漫田COM4所以在助手中選定的端口號為com3,然后選擇波特率為19200,這樣的波特率是適合信息傳輸?shù)?，之后點擊打開串口號，然后在信息輸入框中輸入想要的輸合信息傳輸?shù)模簏c擊打開串口號，然后在信息輸入框中輸入想要的輸入的字符，并以#字符作為終止符，然后點擊發(fā)送按鈕(張子凡，劉一鳴，2019)。依據(jù)這些表現(xiàn)可以判斷出過一段時間后會在仿真中的LCD1602(液晶顯示屏)顯示出輸入的字符，過一段時間之后還會的到單片機中返回的received。通訊滿口串口設(shè)置顯示發(fā)送多字符串小工具幫助聯(lián)系作者清除窗口打開文件廠□HEX顯示保存數(shù)據(jù)□接收數(shù)據(jù)到文件□Mex發(fā)送口定時發(fā)送1000ms/次廠加回車換行廠波特車：115200口?加時間戳和分包顯示，超時時間20ms第1字節(jié)至末尾▼加校驗NoneCOM3已關(guān)閉115200bps,8,1,None,None先在電腦上進行串行電路的仿真和數(shù)據(jù)分析，首先用PROTEUS8..0打開仿真程序，然后打開虛擬串口軟件進行端口設(shè)定，添加對應(yīng)串□com3,com4,在定義串口com3,com4。然后在打開串口調(diào)試助手在串口選項中選定com3然后點擊“打開串□”,在仿真中設(shè)定串□com4,設(shè)定值為“19200”。然后開始仿真。在串口調(diào)試助手中輸出一串數(shù)字并用“#”結(jié)尾(陳思遠，趙天磊，2020)。隨后就會在LCD屏上顯示出來所輸入的數(shù)字。在整個過程中串口調(diào)試助手相當于是一臺PC機，而機。:發(fā)送軟軟當片圖5.4電腦的運行結(jié)果成.Hex文件，經(jīng)過一段時間后，前后分別得到圖5.5和圖5.6的仿真結(jié)果(周靖宇，徐嘉誠，2021)。最后測試反饋，發(fā)送完信息一段時間后，主機收到了來自單片機為后續(xù)研究提供了重要參考。從最終在LCD(液晶顯示屏)上得到的表現(xiàn)來看，單片機上的LCD屏可以成功的顯示接收到的數(shù)據(jù)，與電腦進行的數(shù)據(jù)交流反饋。證明是了這次設(shè)計的成功(吳明杰，孫浩淼，2022)。FF結(jié)論我的畢業(yè)論文通過設(shè)計成果直截了當?shù)貙υO(shè)計結(jié)果跟過程進行詳細論述與舉例介紹如何通過設(shè)計了一個單片機和電腦之間的信息傳遞反饋。我們主要研究設(shè)計的內(nèi)容總結(jié)有：1.將51單片機的主要工作的方法，主板功能，板子型號跟區(qū)別以及各個部件引腳的具體分配通過文字詳細的介紹出來，我盡量使文字通俗易懂，講解全面，使讀者能夠全面的理解。2.描述了仿真軟件，程序編寫，系統(tǒng)仿真的具體流程。3.單片機的實際使用狀態(tài)和具體的應(yīng)用，以及適用于各種環(huán)境的使用狀態(tài)。在例如航天行業(yè)，自動化工業(yè)中的應(yīng)用，還有單片機整體的設(shè)計分析。不過，這個設(shè)計并不完美，受限于我的知識的寬度，這個系統(tǒng)的功能還比較簡單并且不夠全面，這個問題將會隨著我今后知識跟閱歷的加深變得不再是問題。參考文獻[1]康子淵，盛明澤單片機原理及接口技術(shù)(本科):C51編程.人民郵電出版社，202