大學設計方案單片機串行接口技術

1、* 大學本科生畢業(yè)設計單片機串行通信協(xié)議設計學院：信息工程學院專業(yè)：電子信息工程班級：電信 * 班姓名：* *指導老師： *完成日期： 2009 年 5 月 30 日摘 要本文介紹了89C51 單片機的發(fā)展歷史和簡單介紹，并展望了它們的前景。著重介紹了單片機串行接口技術，指出了它們的重要性并闡述了其實現(xiàn)原理。根據(jù)串行通訊原理結合 RS232 串口設計了串行通訊協(xié)議，利用匯編語言為基礎，編寫了一個基于RS232串口的通信程序，實現(xiàn)了單片機-PC 機的雙機通訊。在硬件上測試完好，測試表明，在基于設計的通信協(xié)議上的單片機-PC 機的通訊狀況良好。關鍵詞： 89C51 單片機，串行通訊原理，RS232

2、串口，串行通訊協(xié)議AbstractThis article describes the development and give a brief history of the 89C51 microcontroller and look forward to their future.Focused on single-chip serial interface technology, pointed out the importance of them and described the principles of its realization. Serial communication

3、in accordance with the principle of combining the design of a serial RS232 serial Communication protocol, Based on the use of assembly language, the preparation of a RS232 serial communication based on the procedures, to achieve a single-chip dual-PC machine communication. Well-tested in hardware, t

4、esting showed that the single-chip-PC communications machine based on the design of communication protocols in good condition. Key words:89C51 microcontroller, principle of serial communication, RS232 serial port, serial communication protocol目 錄 11.11.111.221.331.4 AT89C5142. 92.110 2.2 MCS-51 113.

5、133.1143.2143.3144. 154.1154.2164.3185.20 （ 21）附錄（ 22）引 言在工業(yè)監(jiān)測及自動控制系統(tǒng)種，串行通信是微機與單片機之間進行數(shù)據(jù)交換的主要方式。而在現(xiàn)代社會中，短距離的雙機通信，最常用的就是串口通信。目前存在的一些通信協(xié)議（如RS-232,RS-484 等），僅對通信線路的電氣特性進行了約定，并沒有涉及通信內(nèi)容的格式，類型等信息。針對這一現(xiàn)象，我對于RS-232 接口設計了比較規(guī)范的串行通信協(xié)議，實現(xiàn)了上位單片機與下位計算機的串行通信。通過實驗室測試表明該串行通信協(xié)議是可靠可行的。1. 單片機概述單片機也被稱作“單片微型計算機”、“微控制器”、“

6、嵌入式微控制器”。單片機一詞最初是源于“ Single Chip Microcomputer ”, 簡稱 SCM。隨著 SCM在技術上、體系結構上不斷擴展其控制功能，單片機已不能用“單片微型計算機”來表達其內(nèi)涵。國際上逐漸采用“MCU”(Micro Controller Unit)來代替，形成了單片機界公認的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國際接軌，以后應將中文“單片機”一詞和“MCU”唯一對應解釋。在國內(nèi)因為“單片機”一詞已約定俗成，故而可繼續(xù)沿用。1.1單片機的發(fā)展歷史如果將 8 位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個階段：第一階段（ 19761978）：單片機的探索階段

7、。以Intel公司的MCS-48 為代表。 MCS-48的推出是在工控領域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola 、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機”一詞即由此而來。第二階段（ 19781982）：單片機的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎上推出了完善的、典型的單片機系列 MCS-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。1. 完善的外部總線。 MCS-51設置了經(jīng)典的 8 位單片機的總線結構，包括 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線、控制總線及具有多機通信功能的串行通信接口。2.CPU外圍功能單元的集中管理模式。3. 體現(xiàn)工

8、控特性的地址空間及位操作方式。4. 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（ 19821990）： 8 位單片機的鞏固發(fā)展及16 位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96 系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。第四階段（ 1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領域全面、深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的 8 位 /16 位/32 位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。單片機的發(fā)展趨勢目前，單片機正朝著高性能和多品

9、種方向發(fā)展，今后單片機的發(fā)展趨勢將是進一步向著 CMOS化、低功耗化、低電壓化、低噪聲與高可靠性、大容量化、高性能化、小容量、低價格化、外圍電路內(nèi)裝化和串行擴展技術。隨著半導體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小和功能將更強。1.2單片機的特點單片機主要有如下特點：1. 有優(yōu)異的性能價格比。2. 集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。3. 制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有

10、極豐富的轉移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。4. 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。5.外部總線增加了2Circuit ） 及 SPI(SerialI C （ Inter-IntegratedPeripheral Interface)等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結構。6. 單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。1. 3 單片機的應用由于單片機具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應用遍及各個領域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1. 單片機在智能儀表中的應用2. 單

11、片機在機電一體化中的應用3. 單片機在實時控制中的應用4. 單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應用5. 單片機在人類生活中的應用單片機已成為計算機發(fā)展和應用的一個重要方面，另一方面，單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能通過單片機來實現(xiàn)了。這種用軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是對傳統(tǒng)控制技術的一次革命。A：由單片機組成控制器的結構和特點：單片微型計算機是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，是把構成一臺微型計算機的主要部件如中央處理器(CPU)、存儲器 (RAM/ROM)和各種功能 I/O 接口集成在一塊

12、芯片上的單芯片微型計算機(Single Chip Micro Computer),簡稱單片機 . 由于它的結構與指令功能都是按工業(yè)控制要求設計的, 且近年來單片機著力擴展了各種控制功能如A/D、PWM等, 因此我們更多時候稱其為一個單片形態(tài)的微控制器 (Single Chip Micro Controller), 或直接稱其為微控制器 (Micro Controller) 。B：用單片機組成的微機控制系統(tǒng)具有以下特點:1. 受集成度限制 , 片內(nèi)存儲器容量較小 , 一般片內(nèi) ROM小于 4 8K 字節(jié) , 片內(nèi) RAM小于 256 字節(jié)。但可在外部進行擴展 , 如 MCS51 系列單片機的片外

13、可擦可編程只讀存儲器 (EPROM)、靜態(tài)隨機存儲器 (SRAM)可分別擴展至 64K 字節(jié)。2. 可靠性高。單片機芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設計的 , 其抗工業(yè)噪聲的能力優(yōu)于一般通用 CPU。程序指令及其常數(shù)、表格固化在 ROM中不易破壞。常用信號通道均在一個芯片內(nèi) , 故可靠性高。3. 易擴展。片內(nèi)具有計算機正常運行所必須的部件 , 芯片外部有許多供擴展用的總線及并行、串行輸入 / 輸出端口 , 很容易構成各種規(guī)模的微機控制系統(tǒng)。4. 控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求 , 單片機的指令系統(tǒng)中有極豐富的條件分支轉移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。一般來說 , 單片機的邏輯控制功

14、能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。5. 一般的單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)管理軟件 , 軟件開發(fā)工作量大。但近年來已開始出現(xiàn)了片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序及 FROTH操作系統(tǒng)的單片機 , 使單片機系統(tǒng)的開發(fā)提高了一個新水平。此外 , 單片機成本低、集成度高、控制功能多, 可靈活地組裝成各種智能控制裝置,并能有針對性設計成專用系統(tǒng), 解決從簡單到復雜的各種需要, 實現(xiàn)最佳的性價比。特別是單片機與傳統(tǒng)機械產(chǎn)品相結合, 使原有機械產(chǎn)品的結構簡化、控制智能化。如數(shù)控機床就是典型實例。近年來, 單片機發(fā)展極快 , 其產(chǎn)量占微機產(chǎn)量的70%以上。目前，至少有 50 個系列 400 余種機型，性能和結

15、構各不相同,INTEL 、MOTOROLA、ZILCG等公司都有系列單片微型計算機。國內(nèi)普及的幾乎都是INTEL 公司的產(chǎn)品。14 AT89C51 單片機簡介AT89C51 是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機片內(nèi)4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存儲器（ RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術生產(chǎn)，兼容標準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，功能強大。 AT89C51單片機可為你提供許多高性價的應用場合，可靈活的應用于各種控制領域。圖 1.1 單片機 AT

16、89C51主要性能參數(shù)：·與 MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容· 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器· 1000 次可擦寫周期·全靜態(tài)操作： 0Hz-24MHz·三級加密程序存儲器·128×8字節(jié)內(nèi)部 RAM·32 個可編程 I/O 口線·2個 16 位定時 / 計數(shù)器·6個中斷源·可編程串行UART通道·低功耗空閑和掉電模式功能特性描述：AT89C51提供以下標準功能： 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

17、 位定時 / 計數(shù)器，一個 5 向量中斷結構，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位。（ 1） 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)總線復用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r，每位可吸收電流的方式驅動8 個 TTL

18、邏輯電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時， PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求接上拉電阻。·P1 口： P1 口是一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸入緩沖級可驅動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流（ I ）。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 口接

19、收 8 位地址。·P2 口： P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P2 的輸入緩沖極可以驅動（輸入或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時和作為輸出口，作輸出口時，因為存在內(nèi)部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部存儲器或1 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時， P2 口線的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編

20、程或校驗時， P2亦接收高地址和其他控制信號。·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 的輸入緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除可作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表1.2 所示：P3口還接收一些用于Flas閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號圖 1.2 AT89C51 方框圖·RST：復位輸出。當震蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平使機器復位。&#

21、183;ALE/ PROG當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。要注意的是：每次訪問外部存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖（ PROG ）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的8EH單元的 D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX和 MOVC指令可激活。此外，此引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應該置ALE無效。· PSEN

22、：程序存入允許（PSEN ）輸出的是外部程序存儲器的讀選通信號，當表 1.3 AT89C51 端口AT89C51由外部程序取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，既輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN 信號不出現(xiàn)。·EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V 的編程電壓 Vpp。·

23、;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。·時鐘震蕩器： AT89C51 中有一個構成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英或陶瓷震蕩器一起構成自激震蕩器震蕩電路如圖。外接石英晶體（或陶瓷震蕩器）及電容 C1、C2 接在放大器的震蕩回路中構成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有非常嚴格的要求，但電容的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pF±10pF，而如果

24、使用陶瓷諧振器建議選擇40pF±10pF。用戶還可以采用外部時鐘，采用外部時鐘如圖所示。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，既內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2懸空。圖 1.4內(nèi)部震蕩電路圖 1.5外部震蕩電路由于外部時鐘信號是通過一個2 分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的所以外部寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HACC00HTCOM00HB00HTH000HPSW00HTLO00HSP07HTH100H0DPTR0000HTH100HP1 P30FFHSCON00HIPxxx00000SBUF不定IE0xxx00000PCON0xxx00000表 1.6 AT

25、89C51 寄存器時鐘的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時間和最大低電平持續(xù)的時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。· Flash 閃速存儲器的編程：AT89C51單片機內(nèi)部有 4K 字節(jié)的 Flash PEROM，這個 Flash 存儲存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)（既所有存儲單元的內(nèi)容均為 FFH），用戶隨時可對其進行編程。程序接收高電壓（ +12V）或低電壓（ Vcc）的允許編程信號。低電壓編程模式，適用與用戶在線編程系統(tǒng)。而高電平模式可與通用EPROM編程程序兼容。·編程方法：編程前需設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址就、加在P1口和P2口的P2.0 P2.3

26、（ 11位地址范圍為0000H0FFFH），數(shù)據(jù)從P0口輸入，引腳P2.6、P2.7 和 P3.6 、P3.7 的電平設置見表。 PSEN為低電平， RST保持高電平， EA/Vp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓， ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖）編程時可采用 420MHz的時鐘震蕩器 AT89C51的編程方法如下： 1.0 在地址線上加上要編程單元的地址信號。1. 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。2. 激活相應的控制信號。3. 在高電壓編程時，將 EA/Vpp 端加上 +1V編程電壓。4. 每對 Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)，加上一個 ALE/PROG編程脈沖。（

27、2） AT89C51 控制信號RST/VPD（ 9 腳）復位信號時鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部進行初始復位，復位后片內(nèi)存儲器的狀態(tài)如表所示，P1P3 口輸出高電平，初始值 07H 寫入堆棧指針 SP、清 0 程序計數(shù)器 PC和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內(nèi) RAM狀態(tài)，只要該引腳保持高電平， 89C51 將循環(huán)復位， RAT/VPD 從高電平到低電平單片機將從 0 號單元開始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復用功能，只要將 VPD接+5V 備用電源，一旦 Vcc 電位突然降低或斷電，能保護片內(nèi) RAM中的信息不丟失，恢復電后能正常工作。AT89C81通常采用上電自動

28、復位和開關手動復位，我們采用的是手動復位開關如圖所示：圖 1.7手動開關手動開關未按下之前，電容正極處于家電狀態(tài)，當按鍵按下去后，VCC與 GND導通，電容放電，從而實現(xiàn)放電。2 單片機的串行接口MCS-51 單片機內(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)絡通信，亦可以實現(xiàn)串行異步通信，還可以構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換器，就可以方便的構成標準的RS-232 接口。下面我們分別介紹。

29、2.1基本概念數(shù)據(jù)通信的傳輸方式：常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和工方式。單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個固定的方向傳送。因為這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。雙工方式：數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)雙向傳送，但不能同時進行，實際的應用采用某種協(xié)議實現(xiàn)收發(fā)開關轉換。全雙工方式：允許雙方同時進行數(shù)據(jù)雙向傳送，但一般全雙工電路的線路和設備比較復雜。多工方式：以上三種傳輸方式都是同一線路傳輸一種頻率信號，為了充分的利用線路資源，可通過使用多路復用器或多路集線器，采用頻分、時分、或碼分復用技術，即可實現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們稱之為多工傳輸方式。串行通信的兩種通信形式

30、A. 異步通信在這種通信方式中，接收器和發(fā)射器有各自的時鐘，他們的工作是非同步的，異步通信用一幀來表示一個字符，其內(nèi)容如下：一個起始位，緊接著是若干個數(shù)據(jù)位，圖 是傳輸 45H 的數(shù)據(jù)格式。B. 同步通信同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個時鐘源控制，為了克服在異步傳輸中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時間，在要求傳送的數(shù)據(jù)量較大的C. 串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率：串行數(shù)據(jù)傳輸率有兩個概念，既美秒傳送的位數(shù)bps(Bit per second)和美秒符號數(shù) - 波特率（ Band rate ）, 在具有調(diào)治解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)治速率有關。2.2MCS-51的串行和控制寄

31、存器串行口和控制寄存器MCS-51單片機串行口專用寄存器結構如圖所示。SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，它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)。此外，接收緩沖器前還加上一級輸入移位寄存器， MCS-51 這種結構的目的在于接收數(shù)據(jù)時避免發(fā)生重疊現(xiàn)象，文獻稱這種結構為雙緩沖結構。而發(fā)送數(shù)據(jù)就不需要這樣設計，因為發(fā)送時，CPU是主動的，不可能出現(xiàn)這種情況。A：串行通信寄存器在上一節(jié)我們已經(jīng)分析了 SCON控制寄存器，

32、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，其結構格式如下：1 寄存器 SCON結構SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H表 2.1 SCON 寄存器結構下面我們對個控制位功能介紹如下：（1）SM0、SM1：串行口工作方式控制位SMOSM1工作方式功能說明00方式 0移位寄存器方式（用于 I/O 擴展）01方式 18位 UART，波特率可變（ T1 溢出率 / n ）10方式 29位 UART，波特率為 fosc/64 或 fosc/3211方式 39位 UART，波

33、特率可變（ T1 溢出率 / n ）（2）SM2：多機通信控制位多機通信是工作方式2 和方式 3，SM2位主要用于方式2 和方式 3。接收狀態(tài)，當串行口工作方式2 或 3，以及 SM2=1時，只有當接收到第9 位數(shù)據(jù)（ RB8）為 1 時，才把接收的前 8 位數(shù)據(jù)送入 SBUF，且置位 RI 發(fā)出中斷申請，否則會將收到的數(shù)據(jù)放棄。當 SM2=0時，只有在接收到有效停止位時才啟動 RI，若沒接收到有效停止位，則 RI 清“ 0”。在方式 0 中 SM2應該為“ 0”。REN：允許接收控制位。由軟件置“1”時，允許接收；軟件置“0”時，不許接收。TB8：在方式 3 和方式 3 中要發(fā)送的第 9 位

34、數(shù)據(jù)，需要時用軟件置位和清零。TB8：在方式 2 和方式 3 中是接收到的第9 位數(shù)據(jù)。在方式1 時，如 SM2=0， RB8接收到的停止位。在方式0 中，不使用 RB8。TI ：發(fā)送中斷標志。由硬件在方式 0 發(fā)送完第 8 位時置“ 1”，或在其它方式中串行發(fā)送停止位的開始時置“ 1”。必須由軟件清“ 0”。RI：接收中斷標志。由硬件在方式0 串行發(fā)射第 8 位結束時置“ 1”B: 特殊功能寄存器 PCONPCON：主要是是CHMOS型單片機的電源控制而設置的專用寄存器，單元地址為87H其機構格式如下表：PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位符號SMODGF1GF0PDIDL表 1.2

35、特殊功能寄存器 PCON在 CHMOS型單片機中，除 SMOD位外其它位均為虛設的， SMOD是串行波特率倍增位，當 SMOD=1時串行口波特率加倍，系統(tǒng)復位默認為 SMOD=0。C：中斷允許寄存器IE中斷允許寄存器這里重述一下對串行口有影響的位ES。ES 為串行中斷允許控制位， ES=1允許串行中斷， ES=0，禁止串行中斷。串行口工作方式串行口具有 4 種工作方式，我從應用和畢業(yè)設計的角度，重點討論方式1 發(fā)送。串行口定義為方式1 時傳送 1 幀數(shù)據(jù)為 10 位，其中 1 位起始地址、 SMOD出率 )8 位數(shù)據(jù)位(T1 的溢符號EAESET1EX1ETOEX0位地址AFHAEHADHAC

36、HABHAAHA8HA8H表2.3中斷允許寄存器3. 串行通訊技術及硬件基本組成通常情況下，人們是通過外部設備使用計算機的，但是由于種種原因，外設往往不能與 CPU直接相連，它們之間的信息交換需要一個中間環(huán)節(jié)（或界面），我們稱之為接口電路。接口是 CPU與外界的連接部件（電路）。串行接口是計算機的一種接口標準。在實驗和工業(yè)應用中，串口是常用的計算機與外部串行設備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，同時，串行接口也可以用來實現(xiàn)短距離的雙機通信。串行通信具有連接簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點。3.1 硬件的基本組成 ：單片機 89C52、 11.059M 晶震、 30pF 電容、 22uf/10V 電容、

37、 1K 電阻、 MAX232轉換器， DB9接口，按鍵。3.2 串行通信原理所謂“串行通信”是指外設和計算機間或者兩臺計算機之間使用了數(shù)據(jù)線、控制線和地線進行連接，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上一位一位地進行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。在計算機系統(tǒng)中，每個字符一般使用一個 8 位二進制代碼表示。在數(shù)據(jù)通信中，通常將待傳送的每個字符的二進制代碼按照由低位到高位的順序依次發(fā)送的方式成為串行通信。圖 3.1串行通信的示意圖3.3 雙機通信連接方法對于 DB-9 串口， 3 線連接法只使用電纜中的3 條線，一條作為信號地線，一條作為發(fā)送線，一條作為接收線。在連接這種電纜時需要注意，電纜中的發(fā)送線和接收線

38、需要交叉，也就是說，一臺計算機的RS-232 發(fā)送引腳需要和另一臺計算機的RS-232 發(fā)送引腳相連，連接方法見圖3.2 所示。圖 3.2 硬件連接圖4. 軟件的設計和調(diào)整過程4.1程序流程圖程序流程圖是編寫軟件的重要前提，它是在圖表上直觀的體現(xiàn)擬設計的目的及過程。也是編譯的重要依據(jù)，按照流程圖一步一步編寫程序，下面是我的流程圖。圖 4.1串口程序設計流程圖 4.2 程序設計流程4.2通信協(xié)議通信協(xié)議是單片機和PC 機之間通信不可缺少的部分，也是我此次畢業(yè)設計最重要的部分，包括下面幾方面的設置。串行口控制寄存器SCON的設置串行口控制寄存器的基本情況在前面已經(jīng)介紹，這里不再重復。根據(jù)我們所做的

39、內(nèi)容，我們采用了串行工作方式1，REN設置為“ 1”（允許接收），綜上所述我們設SCON的初始值為 50H，如下表所示：SM0SM1SM2RENTB8TB8TIRI01010000表 4.1串行口控制寄存器定時器的初始化設置在定時器為方式1 時，方式字為：CATEC/TM1MOT10010T0表 4.2定時計數(shù)器的初始化GATE：表示 INT 1不參與控制C/ T ：選擇計數(shù) / 時鐘方式M1MO：選定定時器 1 工作方式 2所以定時器 TMOD初始值為 20H波特率計算方式 l 和方式方式 1 和方式3 的波特率3 的移位時鐘脈沖由定時器T1 的溢出率決定，故波特宰由定時器T1 的溢出率與S

40、MOD值同時決定，即：方式 1 和方式 3 的波特率 2SMOD/32·T1 溢出率其中，溢出率取決于計數(shù)速率和定時器的預置值。計數(shù)速率與TMOD寄存器中C T 的狀態(tài)有關。當CT0 時，計數(shù)速率 fosc 2；當 CT1 時，計數(shù)速率取決于外部輸入時鐘頻率。當定時器Tl作波特率發(fā)生器使用時，通常選用可自動裝入初值模式( 工作方式2) ，在工作方式2 中， TLl作為計數(shù)用，而自動裝入的初值放在THl中，設計數(shù)初值為 x，則每過“ 256 一 x”個機器周期，定時器T1 就會產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而引起中斷，此時應禁止T1 中斷。這時溢出周期為：12/ fosc*(256-X)

41、溢出率為溢出周期的倒數(shù)，所以，有：波特率 =2SMOD/12 * fosc/ 12*（256-X）此時，定時器 T1 在工作方式 2 時的初值為：X=256-fosc*(SMOD+1)/384* 波特率系統(tǒng)晶振頻率選為11 0592MHZ就是為了使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率。如果串行通信選用很低的波特率，可將定時器 Tl 置于工作方式 0 或工作方式 1，但在這種情況下， T1 溢出時，需用中斷服務程序重裝初值。中斷響應時間和執(zhí)行指令時間會使波特率產(chǎn)生一定的誤差，可用改變初值的辦法加以調(diào)整。已知 89C52單片機時鐘振蕩頻率為 11.059MHz,選用定時器 T1 工作方式 2 為波特率

42、發(fā)生器，波特率為 9600 波特，初值 X 就很好計算。設波特率控制位 SMOD=0，則有：X=256-11.059*1000000* （0+1） /384*9600=253=FDH所以，（ TH1） =(TL1)=FDH4.3 程序演示本設計主要是通過89C52 單片機的串行通信端口TX（ RC7）發(fā)送引腳， RX（RC6）接收引腳，手法信息，把下位機（單片機）的信息通過RS232 總線傳輸給上位機（PC機），上位機借助串口調(diào)試軟件接手或發(fā)送信息給下位機。為了能夠在計算機端看到單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)，我們必須借助一個WINDOWS軟件進行觀察，這里我們主要使用串口調(diào)試軟件做演示工具，所謂串口調(diào)試軟

43、件是指：1. 用于串口調(diào)試，支持常用的110-25600波特率，能設置端口參數(shù)；2 能以字符或十六進制收發(fā)數(shù)據(jù)，真正支持中文字符的收發(fā)；3. 支持文件數(shù)據(jù)的發(fā)送；4. 允許設置發(fā)送周期，自動發(fā)送數(shù)據(jù)；5. 綠色軟件，不需安裝。在串口調(diào)試軟件上選擇COM1接口，并確保單片機上的RS232接口與 PC機的 COM1接口連接無誤。波特率選擇9600 波特檔，手動發(fā)送檔和16 進制發(fā)送檔。在發(fā)送數(shù)據(jù)欄輸入DD開頭，后接 8 位數(shù)據(jù)位任意數(shù)字后，按發(fā)送鍵。觀察串口調(diào)試軟件的接收數(shù)據(jù)欄的回饋信息。因為程序屏蔽了高電位，仔細查看幾首數(shù)據(jù)欄的回饋信息與發(fā)送數(shù)據(jù)欄的地電位數(shù)據(jù)是否一致。如一致則表明演示成功。總結

44、我所做的是單片機通信協(xié)議設計，從開學初我就開始準備。畢業(yè)設計完成了，達到了預期的目的。一開始拿到這個題目的時候，真不知道從哪下手，在老師的指導下，自己找資料、看書，總算完成了。通過這次的畢業(yè)設計，使我對單片機有了更深的認識，從理論和實踐上都得到了很大的提高，所以這次任務的完成是我學到了很多東西。首先，豐富了自己的知識面，學到了以前沒能學通的東西，具體了解了怎樣去完成一個電路的設計：從流程圖、電路圖、焊接電路板、檢查電路板、仿真到燒片一整套東西。從畢業(yè)設計中，學到了單片機 AT89C51的內(nèi)部結構及其工作原理，了解了時鐘電路和控制電路的工作原理，鞏固了匯編語言的使用能力，提高了自己動手的能力，學

45、到了很多經(jīng)驗，并且提高了自己分析問題的能力和創(chuàng)新能力，得到了理論聯(lián)系實際的機會，做出了成果。使自己在硬件設計方面樹立了信心，為以后從事這方面的工作打好了基礎，這也是這次畢業(yè)設計的最大收獲。在一開始接觸這個題目的時候，真的很茫然，不知道從哪開始下手，不知道單片機串行通信協(xié)議是干什么的？怎么才能做出來？用什么做？這些問題一個都不知道。后來在蔡老師的指導下，才知道我要怎么開始做。自己就開始找資料，了解單片機89C51、通信傳輸?shù)挠嘘P知識，學習時鐘電路、控制電路的設計原理，看不懂的時候就去問老師、同學。在這些都搞得比較明白后就開始畫設計流程圖和電路圖，最后用了很長時間才完成自己的通信程序設計，給老師看后，在老師的幫助下，改正了幾處有問題的地方，完成后就開始仿真。但是仿真的時候卻又遇到了麻煩，先是匯編語言的程序錯誤， Topice52 仿真軟件提示我的程序有問題，程序自身沒有通過檢驗。接著仔細根據(jù)提示檢查程序上的錯