單片機(jī)串行通信接口設(shè)計課程設(shè)計 2

1、課程設(shè)計說明書 第13頁單片機(jī)串行接口的設(shè)計摘 要單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機(jī)是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的,此次設(shè)計將采用通用80C51完成。單片機(jī)的串行口是一種比較重要的通信接口，單片機(jī)的串行口應(yīng)用非常廣泛，可以進(jìn)行接口擴(kuò)展、串行通

2、信等。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊，RS-232-C接口(又稱EIA RS-232-C)是目前最常用的一種串行通訊接口。單片機(jī)與PC機(jī)的通信是通信技術(shù)的基礎(chǔ)，掌握單片機(jī)與PC機(jī)的通信是通信原理對以后的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)意義。因此此次課程設(shè)計很有必要。關(guān)鍵詞：單片機(jī) ，串口通信，RS232目 錄1 單片機(jī)簡介12 硬件設(shè)計12.1 整體設(shè)計12.2 單片機(jī)選擇22.2.1 AT89C5122.2.2 AT89C51功能特性描述32.2.3 AT89C51引腳功能說明32.2.4 AT89C51的串行接口42.2.5 串行口工作方式的選擇52.3

3、RS-232簡介62.3.1 RS-232電平轉(zhuǎn)換器MAX23262.3.2 RS-232的接口信號73 軟件編程及調(diào)試73.1 單片機(jī)通訊軟件73.3 調(diào)試9總 結(jié)12致 謝13參考文獻(xiàn)141 單片機(jī)簡介如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段。第一階段（1976-1978）：單片機(jī)的控索階段。以Intel公司的MCS 48為代表。MCS 48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單機(jī)片”一詞即由此而來。第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在M

4、CS 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS 51。第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS 96系列單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS 51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路路功能，強(qiáng)化了智能控制的特征。第四階段（1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和

5、應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，以及小型廉價的專用型單片機(jī)。2硬件設(shè)計2.1 整體設(shè)計在PC系統(tǒng)中都裝有異步通信適配器，利用它可以實(shí)現(xiàn)異步串行通信。適配器的核心元件是可編程的intel8251芯片，它使PC有能力與其他具有RS-232標(biāo)準(zhǔn)的接口的計算機(jī)或設(shè)備進(jìn)行通信，而MCS-51單片機(jī)本身具有一個雙全工的串行口，因此只要配上電平轉(zhuǎn)換電路就可以和RS-232接口組成一個簡單的通信通道。簡單的PC與單片機(jī)通信只要3根線就可以了，單片機(jī)的TXD、RXD與PC的RXD、TXD分別相連，連接地線。由于51系列單片機(jī)的串行口使用的是TTL電平，因此在PC和單片

6、機(jī)間要有RS-232電平轉(zhuǎn)換電路，圖1所示為PC與單片機(jī)的通信圖。圖1 PC機(jī)與單片機(jī)的通信圖2.2 單片機(jī)選擇2.2.1 AT89C51 圖2 單片機(jī)AT89C51AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)。片內(nèi)4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可為提供許多高性價的應(yīng)用場合，可靈活的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.2.2 AT89C51功能

7、特性描述AT89C51提供以下標(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，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，竄行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。2.2.3 AT89C51引腳功能說明Vcc：電源電壓GND：地P0口：PO口是一組8位漏極開路行雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。P1口：P1口

8、是一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。RST：復(fù)位輸出。當(dāng)震蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平使機(jī)器復(fù)位。 ALE/當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，即使不訪問外部字節(jié)，ALE仍時鐘震蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘脈沖或用于定時目的。：程序存入允許（）輸出的是外部程

9、序存儲器的讀選通信號。EA/VPP：外部訪問允許。·XTAL1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘的輸入端。XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。2.2.4 AT89C51的串行接口AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個 全雙工的串行接收和發(fā)射緩沖器（SBUFF），這兩個在物理上獨(dú)立的接收發(fā)射器，即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，但接收緩沖器只可以讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，它們的地址是99H。這個通信口即可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，它

10、是一個可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)射器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向緩沖器寫入數(shù)據(jù)就可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)既可接收數(shù)據(jù)。SCON控制寄存器，它是一個可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如下：表1 SCON寄存器結(jié)構(gòu)SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H特殊功能寄存器PCON，主要是CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為87H其機(jī)構(gòu)格式如下表：

11、表2 特殊功能寄存器PCON PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位符號SMODGF1GF0PDIDL2.2.5 串行口工作方式的選擇波特率（Boud Rate）就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)。MSC-51串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計算方法。其中，模式0和模式2波特率計算很簡單；模式1和模式3的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式1為例來說明串口通信波特率的選擇。在串行端口工作于模式1，其波特率將由計時/計數(shù)器1來產(chǎn)生，通常設(shè)置定時器工作于模式2（自動再加模式）。在此模式下波特率計算公式為： 波特率=（1+SMOD）*晶振頻率/（384*（256-TH1）其中，SMOD寄存器

12、PCON的第7位，稱為波特率倍增位；TH1定時器的重載值。在選擇波特率的時候需要考慮兩點(diǎn)：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)作特點(diǎn)，確定通信的頻率范圍。然后考慮通信時鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時通信時鐘誤差會有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應(yīng)該盡量選擇時鐘誤差最小的頻率進(jìn)行通信。發(fā)送開始時，先把起始位0輸出到TXD引腳，然后發(fā)送移位寄存器的輸出位（D0）到TXD引腳。每一個移位脈沖都使輸出移位寄存器的各位右移一位，并由TXD引腳輸出。第一次移位時，停止位“1”移入輸出移位寄存器的第9位上 ，以后每次移位，左邊都移入0。當(dāng)停止位移至輸出位時，左邊其余位全為0，檢測電路檢

13、測到這一條件時，使控制電路進(jìn)行最后一次移位，并置TI=1，向CPU請求中斷。2.3 RS-232簡介2.3.1 RS-232電平轉(zhuǎn)換器MAX232圖3 RS-232電路RS-232規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在TTL電路之前研制的，因此它的電平不是+5V和地，而是采用負(fù)邏輯，即邏輯“0”：+5V5V，邏輯“1”：5V15V。因此RS-232不能和TTL電平直接相連，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計選用MAX232。管腳說明如下C0+、C0-、C1+、C1-是外接電容端；R1IN、R2IN是2路RS-232C電平信號接收輸入端；RlOUT、R2OUT是2路轉(zhuǎn)換后的TTL電平接收信號輸出端，送8051的

14、RXD接收端；TlIN、T2IN是2路TTL電平發(fā)送輸入端，接8051的TxD發(fā)送端；TlOUT、T2OUT是2路轉(zhuǎn)換后的發(fā)送RS-232C電平信號輸出端，接傳輸線；V+經(jīng)電容接電源+5V；V-經(jīng)電容接地。2.3.2 RS-232的接口信號RS-232規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時線、7條備用和未定義線。常用的只有9根，它們是：2個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送TXD；接收RXD。1個信號地線：SG。6個控制信號：DSR;數(shù)傳機(jī)（即modem）準(zhǔn)備好，Data Set Ready.DTR;數(shù)據(jù)終端（DTE，即微機(jī)接口電路，如Intel8250/8251,16550）準(zhǔn)備好，Data

15、Terminal Ready。RTS;DTE請求DCE發(fā)送(Request To Send)。CTS;DCE允許DTE發(fā)送（Clear To Send）,該信號是對RTS信號的回答。DCD;數(shù)據(jù)載波檢出，Data Carrier Detection當(dāng)本地DCE設(shè)備（Modem）收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收， 并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號， 經(jīng)RXD線送給DTE。RI;振鈴信號 Ringing當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。3 軟件編程及調(diào)試雙方約定：波特率為9600bit/s，通信格式為8個數(shù)據(jù)

16、位，一個停止位，無奇偶校驗位。3.1 單片機(jī)通訊軟件單片機(jī)通過中斷方式接收PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并回送。根據(jù)信息格式，可以設(shè)定單片機(jī)的串行口工作在方式1。在串行口方式1中，波特率是由定時器T1產(chǎn)生的。如晶振為12MHZ，波特率為9600bit/s，這時T1工作在方式2（自動重新裝入初值）。經(jīng)計算，T1的初始值應(yīng)為F3H，SMOD=1。 程序框圖如圖所示：圖4 程序流程圖程序設(shè)計如下： #include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar flag,a;void main()flag=0;TM

17、OD=0X20;TH1=0XFD;TL1=0XFD;TR1=1;REN=1;SM0=0;SM1=1;EA=1;ES=1;while(1)if(flag=1)ES=0;flag=0;SBUF=a;while(!TI);TI=0;ES=1;void chuan_kou() interrupt 4RI=0;a=SBUF;P0=SBUF;flag=1;3.3 調(diào)試程序調(diào)試如下,如有錯誤反復(fù)修改,直至沒有錯誤沒有警告。圖5 程序調(diào)試通信過程調(diào)試如下，發(fā)送數(shù)據(jù)，波特率選擇9600bit/s.并發(fā)送15字節(jié)數(shù)據(jù)。圖6 串口調(diào)試總 結(jié)通過這次單片機(jī)串行接口通信的課程設(shè)計讓我學(xué)到了許多知識，首先，我對單片機(jī)有了

18、新的認(rèn)識，同時又開闊了思路，對通信的原理有了進(jìn)一步的認(rèn)識，理解了PC機(jī)與單片機(jī)通信的整個過程。此外，還讓我認(rèn)識到了自己對以前所學(xué)過知識的不足。在這次課程設(shè)計當(dāng)中我碰到了許多問題，我曾經(jīng)接觸過這方面的書籍和實(shí)物，也對其有一些簡單的了解。但是卻不知道具體的工作原理，當(dāng)我拿到課程設(shè)計的題名后完全不知道該怎么辦好，在指導(dǎo)老師王二平的悉心指導(dǎo)下，我明白了其中的道理，于此同時我通過大量地閱讀和查閱相關(guān)的資料，和同學(xué)們交流后，學(xué)會了很多知識，最終此次課程設(shè)計才得以完成。通過這次課程設(shè)計讓我懂得了在以后的學(xué)習(xí)和工作當(dāng)中要不斷地完善自我、努力上進(jìn)、刻苦鉆研力爭在電子信息行業(yè)有一個好的發(fā)展和結(jié)果。致 謝課程設(shè)計是自己在大學(xué)中的一段經(jīng)歷，從設(shè)計之初的無從下手到設(shè)計工作的圓滿完成，期間遇到了諸多的問題和困難。但在王老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助下，通過自己的努力，最終這些問題與困難都得到了圓滿解決。使我可以按時課程設(shè)計并使自己的專業(yè)知識與綜合能力都得到了相應(yīng)的提高。在課程設(shè)計過程中，王老師在百忙中對我的設(shè)計進(jìn)行了指導(dǎo)。他首先細(xì)致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾