單片機串行通信接口設(shè)計課程設(shè)計 2(共15頁)

1、課程設(shè)計說明書 第 PAGE 16頁課程設(shè)計說明書 第 PAGE I頁單片機串行接口的設(shè)計(shj)摘 要單片機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，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的,此次(c c)設(shè)計將采用通用80C51完成。單片機的串行口是一種比較重

2、要的通信接口，單片機的串行口應(yīng)用非常廣泛，可以(ky)進行接口擴展、串行通信等。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通訊，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。單片機與PC機的通信是通信技術(shù)的基礎(chǔ)，掌握單片機與PC機的通信是通信原理對以后的學(xué)習(xí)具有深遠意義。因此此次課程設(shè)計很有必要。關(guān)鍵詞：單片機 ，串口通信，RS232目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc327818544 1 單片機簡介(jin ji) PAGEREF _Toc327818544 h 1 HYPERL

3、INK l _Toc327818545 2 硬件(yn jin)設(shè)計 PAGEREF _Toc327818545 h 1 HYPERLINK l _Toc327818546 2.1 整體(zhngt)設(shè)計 PAGEREF _Toc327818546 h 1 HYPERLINK l _Toc327818547 2.2 單片機選擇 PAGEREF _Toc327818547 h 2 HYPERLINK l _Toc327818548 2.2.1 AT89C51 PAGEREF _Toc327818548 h 2 HYPERLINK l _Toc327818549 2.2.2 AT89C51功能特性

4、描述 PAGEREF _Toc327818549 h 3 HYPERLINK l _Toc327818550 2.2.3 AT89C51引腳功能說明 PAGEREF _Toc327818550 h 3 HYPERLINK l _Toc327818551 2.2.4 AT89C51的串行接口 PAGEREF _Toc327818551 h 4 HYPERLINK l _Toc327818552 2.2.5 串行口工作方式的選擇 PAGEREF _Toc327818552 h 5 HYPERLINK l _Toc327818553 2.3 RS-232簡介 PAGEREF _Toc32781855

5、3 h 6 HYPERLINK l _Toc327818554 2.3.1 RS-232電平轉(zhuǎn)換器MAX232 PAGEREF _Toc327818554 h 6 HYPERLINK l _Toc327818555 2.3.2 RS-232的接口信號 PAGEREF _Toc327818555 h 7 HYPERLINK l _Toc327818556 3 軟件編程及調(diào)試 PAGEREF _Toc327818556 h 7 HYPERLINK l _Toc327818557 3.1 單片機通訊軟件 PAGEREF _Toc327818557 h 7 HYPERLINK l _Toc327818

6、558 3.3 調(diào)試 PAGEREF _Toc327818558 h 9 HYPERLINK l _Toc327818559 總 結(jié) PAGEREF _Toc327818559 h 12 HYPERLINK l _Toc327818560 致 謝 PAGEREF _Toc327818560 h 13 HYPERLINK l _Toc327818561 參考文獻 PAGEREF _Toc327818561 h 14課程設(shè)計說明書 第 PAGE 0頁1 單片機簡介(jin ji)如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展(fzhn)歷史大致可分為以下幾個階段。第一階段（1976-1978）：

7、單片機的控索階段。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(cny)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，“單機片”一詞即由此而來。第二階段（1978-1982）單片機的完善階段。Intel公司在MCS 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機系列MCS 51。第三階段（1982-1990）：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(zhuǎn)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

8、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)用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強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。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)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。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標準的接口的計算機或設(shè)備進

9、行通信，而MCS-51單片機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與單片機通信只要3根線就可以了，單片機的TXD、RXD與PC的RXD、TXD分別相連，連接地線。由于51系列單片機的串行口使用的是TTL電平，因此在PC和單片機間要有RS-232電平轉(zhuǎn)換電路，圖1所示為PC與單片機的通信圖。圖1 PC機與單片機的通信(tng xn)圖2.2 單片機選擇(xunz)2.2.1 AT89C51 圖2 單片機AT89C51AT89C51是美國ATMEL公司(n s)生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機。片內(nèi)4Kbytes的可反

10、復(fù)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(shù)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

11、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(gngnng)說明Vcc：電源(dinyun)電壓GND：地P0口：PO口是一組8位漏極開路(kil)行雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。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(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

12、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(fù)位。 ALE/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。：程序存入允許（）輸出的是外部程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單片機內(nèi)部有一個 全雙工的串行接收和發(fā)

13、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(luò)通信，亦可以實現(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)成標準的RS-232接口。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)。SCON控制寄存

14、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(tsh)功能寄存器PCON，主要是CHMOS型單片機的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為87H其機構(gòu)(jgu)格式如下表：表2 特殊(tsh)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)。MS

15、C-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：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運作特點，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

16、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。當停止位移至輸出位時，左邊其余位全為0，檢測電路檢測到這一條件時，使控制電路進行最后一次移位，并置TI=1，向CPU請求中斷。2.3 RS-232簡介(jin ji)2.3.1 RS-232電平(din pn)轉(zhuǎn)換器MAX232圖3 RS-232電路(di

17、nl)RS-232規(guī)定了自己的電氣標準，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

18、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)標準接口有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(chn yn)的只有9根，它們是：2個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送(f sn)TXD；接收(jishu)RXD。1個信號地線：SG。6個控制信號：DSR;數(shù)傳機（即modem）準備好，Data Set Ready.DTR;數(shù)據(jù)終端（DTE，即微機接口電路，如Intel8250/8251,16550）準備好，Data Terminal Ready。RTS;DTE請求DCE發(fā)送(Request To Send)。CTS;DCE允許DTE發(fā)

19、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DCE收到交換機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)位，一個停止位，無奇偶校驗位。3.1 單片機通訊軟件單片機通過中斷方式接收PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并回送。根據(jù)信息格式，可以設(shè)

20、定單片機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(chngx)流程圖程序設(shè)計(chn x sh j)如下： #include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar flag,a;void main()flag=0;TMOD=0X20;TH1=0XFD;TL1=0XFD;TR1=1;REN=1;SM0=0;SM1=1;EA=1;E

21、S=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(dio sh)程序調(diào)試如下(rxi),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(rxi)，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(dio sh)總 結(jié)通過這次單片機串行接口通信的課程設(shè)計讓我學(xué)到了許多知識，首先，我對單片機有了新的認識，同時又開闊了思路，對通信的原理有了進一步的認識，理

22、解了PC機與單片機通信的整個過程。此外(cwi)，還讓我認識到了自己對以前所學(xué)過知識的不足。在這次課程設(shè)計當中我碰到了許多問題，我曾經(jīng)接觸過這方面的書籍和實物，也對其有一些簡單的了解。但是卻不知道(zh do)具體的工作原理，當我拿到課程設(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)和工作當中要不斷地完善自我、努力上進、刻苦鉆研(k k zun yn)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(zj)在大學(xué)(dxu)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(qjin)遇到了諸多的問題和困難。但在王老師的細心指導(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)計進行了指導(dǎo)。他首先細致地為我解題；當我迷茫于眾多的資料時，又為我提綱挈領(lǐng)、梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。感謝老師對我的課程設(shè)計不厭其煩的悉心指導(dǎo)。在課程設(shè)計寫作