單片機(jī)與PC通訊

1、Structure and function of the MCS-51 series單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計單片機(jī)與PC機(jī)通訊及動態(tài)顯示1、摘要：在單片機(jī)的應(yīng)用中，單片機(jī)的通訊是不可缺少的一部分。單片機(jī)的通訊分為 并行通信和串行通信。并行通信時，數(shù)據(jù)的個位同時傳送。具優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快； 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有多少位就需要多少根數(shù)據(jù)線，在長距離傳輸中，傳輸線過多是不經(jīng) 濟(jì)的，并使系統(tǒng)的抗干擾能力降低。串行通信時，數(shù)據(jù)的個位按照一定的順序逐 位分時傳送。它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需要一對數(shù)據(jù)線， 大大的降低了網(wǎng)絡(luò)成本，特別 適用于遠(yuǎn)距離通信。其缺點(diǎn)就是通信速度較低。相比之下，并行通信雖然傳輸效 率高，但是所需要設(shè)備

2、復(fù)雜，遠(yuǎn)距離通信成本太高，所以其只適用于實時性較強(qiáng)， 傳輸速率要求較高的設(shè)備中。而串行通信則相對需要設(shè)備簡單， 成本低廉，適合 遠(yuǎn)距離傳輸通信，所以已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)控制系統(tǒng)中。在此系統(tǒng)設(shè)計報告 中，硬件方面包括單片機(jī)供電穩(wěn)壓系統(tǒng)、單片機(jī)基礎(chǔ)介紹、MAX232芯片介紹、數(shù)碼管的動態(tài)顯示介紹、硬件的連線等。軟件方面包括了程序框圖、程序流程圖、 C語言的最后程序。關(guān)鍵詞：串行通信動態(tài)顯示中斷2、簡介系統(tǒng)功能：在PC機(jī)上輸入00FF的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過用行口發(fā)送 至單片機(jī)，單片機(jī)接收之后用中斷系統(tǒng)控制兩個八位數(shù)碼管動態(tài)顯示出來。且將數(shù)據(jù)回發(fā)至PC機(jī)，以確定單片機(jī)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)是否正確。本系統(tǒng)基于A

3、T89S52單片機(jī)開發(fā)，其中數(shù)碼管的片選信號由P2 口控制，各段的顯示由P0 口控制。所 有器件集中在銳志開發(fā)板上，有串行總線經(jīng) US璉接至PC機(jī)上。3、系統(tǒng)硬件說明3.1單片機(jī)各引腳分布及其簡要介紹(1) P0 口：是八位雙向三態(tài)I/O 口。在訪問外部存儲器時可 以做低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線。沒有接上拉電阻。(2) P1 口：內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O 口。能接 收低八位地址，(3) P2 口：內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O 口。訪問 外部存儲器的時候可以送出高八位地址。(4) P3 口：內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O 口。有第 二功能。P3.0 RXD用行輸入口P3.

4、1 TXD用行輸出口.0123 45.6.7p p p p p p p pRST/VPD RXD P3 0 TXD P3 JP3.2 P33r P34 P3 5P3 6 P37INTI TOIL WR 'RDXTAL2 - XTALIvssJ3736353332 3J3029282726252423222hAy VrynP3.2 /INTOP3.3 /INT1P3.4 T0P3.5 T1P3.6 /WRP3.7 /RD外部中斷0外部中斷1定時計數(shù)器0定時計數(shù)1外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(5) Vcc和Vss分別是+5V電源和地(6) XTAL1和XTAL2外接晶振引腳(7

5、) RESET復(fù)位引腳(8) EA內(nèi)部外部存儲器選通信號(9) ALE實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址的分離(10) /PSEN外部程序存儲器讀選通信號3.2 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從下圖可知，它主要由8個部件通過片內(nèi)總線連接而成。部件有中央處理器(CPU、數(shù)據(jù)存儲器(RAM、程序存儲器(ROM/EPRQM并行輸入/輸出口、用行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。程序存功能寄存器(SFR中斷系統(tǒng)3.3 本設(shè)計中所用特殊功能寄存器介紹3.3.1 TMODGATAC/TM1M0GATAC/TM1M0(1) GATA門空位。是定時控制器的開啟與外部中斷和單片機(jī)內(nèi)部開啟結(jié)合起來。(2) C/T:為0時，是定時器。為1

6、時，是計數(shù)器(3) M0ffi M1:用來選擇工作方式。3.3.2 TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0(1) TF1和TF0:定時計數(shù)器0和1的溢出標(biāo)志位。 TR1和TRQ 定時計數(shù)器0和1的開啟位。(3) 其中低四位與中斷系統(tǒng)的外部中斷有關(guān)。本設(shè)計中不涉及3.3.3 SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI(1) SM0ffi SM1:用來確定串行都得工作模式。(2) SM2:用于多機(jī)通信，本設(shè)計中不涉及。(3) TB8和RB8 本設(shè)計中不涉及；(4) TI:發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志位。表示發(fā)送緩沖器以空(5) RI:接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位。表示接收緩沖器已滿3.3.4 PCO

7、N該寄存器的SMO曲是波特率倍增位。3.4 MAX232B片介紹3.4.1 MAX232引腳介紹（1）第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功 能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。（2）第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩 個數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（R1IN）、12 腳（R1OU T、11 腳（T1IN）、14 腳（T1OUT 為 第一數(shù)據(jù)通道。（3）8 腳（R2IN）、9腳（R2OUT、10 腳（T2IN）、7 腳（T2OUT 為第二數(shù) 據(jù)通道。（4）TTL/CMO漱據(jù)從 T1IN、T2IN

8、輸入轉(zhuǎn)換成 RS-232數(shù)據(jù)從 T1OUT T2OUT 送到電腦DB所頭；DB9f頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從R1OUT R2OUT俞出。m匚v+ rrci- 3Jg Vcc國NDMAX應(yīng)£MAX232E13 RI IN12 用 OUTV叵P2OJ1 pj-r TUN10 RIN14 T1CAJT頁腳內(nèi)容10WIN 9g R2OUJ(5)第三部分是供電。15腳GND 16腳VCC(+5v)。3.4.2 主要特點(diǎn):(1)符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(2)只需要單一 +5V電源供電(3)片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+1

9、0V和-10V電壓V+、V-(4)功耗低，典型供電電流5mA(5)內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器(6)高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。3.4.3 RX232簡單應(yīng)用電路用y INPUT1641CVTO -KVC2- HOLT垢E IMmRIERi-SyJ口I jSkHL'CMiJS0 INPUTSRS-232INPUTSTOV :C4 1 ；CU明兀+5¥ TOC1- VOLTAGE MUELERC2S400k T2|h+5VTliN1TTLLMOSINPUTSGNU15'L OUTPUTST2Q5WIN（電容器應(yīng)選擇1仙F的電解電容。在使用過程中本人曾用過

10、10仙F的代替。）注意，由于RS232電平較高，在接通時產(chǎn)生的瞬時電涌非常高，很有 可能擊毀max232所以在使用中應(yīng)盡量避免熱插拔。3.5八段數(shù)碼管介紹3.5.1 LED 的分類八段LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）勺數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COMS到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時， 相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。（COM為數(shù)共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極碼管，共陰數(shù)碼管在

11、應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COMg到地線GNDt,當(dāng)某一字段發(fā)光二 極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng) 字段就不亮。3.5.2 LED的封裝led數(shù)碼管(LED Segment Displays )是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管各段定義如圖3.5.3 LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式(1)靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一 個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCM二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū) 動。靜態(tài)

12、驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多，如驅(qū)動 5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5X 8=40根I/O端口來驅(qū)動，而一個89S52單片機(jī)可 用的I/O端口才32個呢，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬 件電路的復(fù)雜性。(2)動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一， 動態(tài)驅(qū) 動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp” 的同名端連在一起，另外 為每個數(shù)碼管的公共極COM曾加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控 制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼， 但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形

13、，取決于單片機(jī)對位選通 CO閶電路的控制，所以我們只要 將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開， 該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就 不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COMS,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯 示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12m6由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)， 盡管實際上各位數(shù)碼管并非同 時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)， 不會 有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的， 能夠節(jié)省大量的I/O端口，而 且功耗更低。4模塊設(shè)計4.1 電源模塊系統(tǒng)供電電源模塊電網(wǎng)電壓為220V交流電，我們自制了直流穩(wěn)壓電源

14、為系 統(tǒng)供電。采取三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 LM系列作穩(wěn)壓部分制作普通的正壓穩(wěn)壓直流電 源，對電路的數(shù)字部分和模擬部分共同供電。+Uo220v 50Hz)4.2 控制模塊選用AT89S52單片機(jī)，它是八位微處理器，集成度高，可靠性高?？捎脜R編 語言和C語言編程。Structure and function of the MCS-51 seriesP1.0 1P1.1 2P1.2 3P1.3 4VCC S1R1C3 10uR310KP1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8101112131415161720Y2M| C1-30PC2 30P1819P10VCCP11P00P12P01P13P02

15、P14P03P15P04,P16P05P17P06P07RESETEAP30/RXD, P31/TXDale/PP32P33PSENP34P35P27P36P26P37P25P24X2P23X1P22P21 VssP20U1363130AT89C5135343332VCC40347K*4 P0.11 P0.2一P0.3P0.4VCCT28P2.727P2.626P2.525P2.42423P2.222P2.121P2.029S2S3S4（上圖為單片機(jī)最小系統(tǒng)）該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位RESETS路、晶體振蕩電路以及I/O接口電路組成 復(fù)位的實現(xiàn)通常用2種方式：開機(jī)上電復(fù)位和外部手動復(fù)位，本設(shè)計 用

16、的是外部手動復(fù)位。電路圖2.5如下：Vet.11 n V（xi 10uFt-千二一=> R£TIl S.2K4系統(tǒng)設(shè)計數(shù)碼管的顯示模塊框圖說明：主程序模塊循環(huán)檢測用行口接收標(biāo)志位是否為1,即是否有新的數(shù)據(jù)輸入。檢測到有新的數(shù)據(jù)輸入之后，將數(shù)據(jù)送至中斷模塊，由中斷控制，分別取數(shù) 據(jù)的高位和低位在兩個八段數(shù)碼管上顯示。在單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)的同時，將所接收的數(shù)據(jù)回發(fā)至PC機(jī)上，使數(shù)據(jù)發(fā) 送者確定單片機(jī)接收數(shù)據(jù)的正確性。4.2程序流程圖主程序開始頁腳內(nèi)容16定時務(wù)程器0中斷服序定時器0中斷入口4.4 C語言程序及其解釋#include<reg52.h>#define ucha

17、r unsigned char#define uint unsigned int/以上是52系列單片機(jī)的頭文件和預(yù)定義字符uchar i,j,t,txd,flag;ucharcodes816=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0 xc6,0xa1,0x86,0x8e;void send_char(uchar txd);void time0();/變量的定義、數(shù)碼管段碼表的輸入、函數(shù)的聲明void main() TMOD=0x21;TH1=TL1=0xfd;TH0=(65536-1000)/256;TL0=(6

18、5536-1000)%256;/定時計數(shù)器的初始化和其初值的設(shè)定SCON=0x50;PCON=0x00;/串行口的初始化EA=1;ET0=1;TR1=TR0=1;/中斷的開啟flag=0x00;while(1)if(RI=1)RI=0;/驗證是否有數(shù)據(jù)自PC輸入t=SBUF;send_char/將數(shù)據(jù)發(fā)送回PC機(jī)的函數(shù)void send_char(uchar txd)SBUF=txd;while(!TI);TI=0;void time0() interrupt 1/使數(shù)據(jù)在兩位數(shù)碼管上動態(tài)顯示的中斷函數(shù)TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;i=t%16;j=t/16;switch(flag) case 0x00:P0=s8j; P2=0xfe;flag+;break;case 0x01:P0=s8i; P2=0xfd;flag=0;break;該程序用Keil uVision3軟件編譯成功，且借助用口大師軟件成功運(yùn)行，并 且能達(dá)到預(yù)期效果，即輸入 00FF之間的十六位進(jìn)制數(shù)可以在數(shù)碼管上得到 顯示，并且PC機(jī)上可以接受單片機(jī)接受的數(shù)據(jù)。y4 設(shè)計總結(jié)在系統(tǒng)設(shè)計的全過程中我們遵循了以下設(shè)計原則， 使我們的方案系統(tǒng)化、清 晰易懂、可靠性高、可維護(hù)性好?？偨Y(jié)如下：(1)正確性和完備性原則：我們在每“級”的設(shè)計完成后，都進(jìn)行反復(fù)的 過細(xì)檢查，