【正文】 號(hào)故用 74HC4051 第 3 章 串口通信基礎(chǔ)理論 隨著微機(jī)特別是單片機(jī)的發(fā)展其應(yīng)用已從單機(jī)逐漸向多機(jī)或聯(lián)網(wǎng)而多機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵又在于微機(jī)之間的相互通訊互傳數(shù)據(jù)信息在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 CPU 與外部的基本通訊方式有兩種并行通訊數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送串行通訊數(shù)據(jù)一位一位順序傳送在并行通訊中數(shù)據(jù)有多少位就需要多少條傳送線而串行通訊只需要一對(duì)傳送線故串行通訊能節(jié)省傳送線特別是當(dāng)數(shù)據(jù)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離 數(shù)據(jù)傳送時(shí)這一優(yōu)點(diǎn)更加突出但串行數(shù)據(jù)也有缺點(diǎn)那就是速度比并行通訊要慢 1 串行通訊是指將構(gòu)成字符的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位依據(jù)一定的順序逐位進(jìn)行傳送的通訊方法在串行通訊中有二種基本的通訊方式異步通訊和同步通訊 2 串行通訊中要把數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方必須使用通訊線路數(shù)據(jù)在通訊線路兩端的工作 通訊線路或計(jì)算機(jī) 之間傳送按通訊方式可將數(shù)據(jù)傳輸線路分成三種 1 單工方式 2 半雙工方式 3 全雙工方式 31 兩種常用接口方式 并行接口 并行接口是指 8 位數(shù)據(jù)同時(shí)通過并行線進(jìn)行傳送這樣數(shù)據(jù)的傳輸率能得到極大的提高但在并 行傳輸中干擾會(huì)隨線路長度的增加而增加產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤因此并行傳輸主要應(yīng)用在近距離數(shù)據(jù)傳輸中如連接打印機(jī)端口并行接口主要使用 36針接頭和 25 針 D 形接頭目前以 25 針 D 形接頭為主 串行接口 串行口也是計(jì)算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)接口 PC 機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口 Com1 和Com2 串行口不同于并行口它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位在一根傳輸線上傳送的這樣串行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息串行口通常使用 9針 D形連接器有些老式則使用 25 針 D 形連接器 由于 CPU 與接口間按并行方式傳輸接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸因此在串行接口中要由接收移位寄 存器把串行方式轉(zhuǎn)換成并行方式由發(fā)送移位寄存器把并行方式轉(zhuǎn)換成串行方式完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路叫做通用異步收發(fā)機(jī) UART 32 RS232 串行接口標(biāo)準(zhǔn) 目前 RS232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口 RS232 被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn) [37] RS232 采用不平衡傳輸方式收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)信號(hào)地 9 針串口引腳和 25 針串口引腳定義如表 31 所示 表 31 9 針串口引腳與 25 針串口引腳定義 9 針串口 DB9 25 針串口 DB25 針號(hào) 功能說明 縮寫 針號(hào) 功能說明 縮寫 1 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD 2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 接收數(shù)據(jù) RXD 3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 5 信號(hào)地 GND 7 信號(hào)地 GND 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL 典型的 RS232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送 端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 5V15V 負(fù)電平在 5V15V 在接收數(shù)據(jù)時(shí)接收器的典型工作電平是 3V12V 和 3V12V 串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送數(shù)據(jù)針腳就能實(shí)現(xiàn)其連接方式如表 32 所示 表 32 串口通信連接方式 9 針 9 針 25 針 25 針 9 針 25 針 2 3 3 2 2 2 3 2 2 3 3 3 5 5 7 7 5 7 33 VB 編程過程中使用到的 MSComm 控件 MSComm 控件全稱為 Microsoft Communications Control 是 Microsoft 公司提供的簡化 Windows下串行通行編程的 ActiveX控件它為應(yīng)用程序提供了通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法通過對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng)編程操作就可以輕松實(shí)現(xiàn)串口通信 MSComm 控件處理通信的方式 MSComm 控件通過串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)為應(yīng)用程序提供串行通信功能MSComm 控件提供兩種處理通信的方式事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式 事件驅(qū)動(dòng)方式 事件驅(qū)動(dòng)通信是處理串行端口交互作用的一種非常有效地方法這種式下在事件發(fā)生時(shí)如在串口接收緩沖 區(qū)有字符等可以利用 MSComm控件的 OnComm事件捕獲并處理這些通信事件 OnComm 事件還可以檢查和處理通信錯(cuò)誤在編程過程中可以在 OnComm 事件處理函數(shù)中加入自己的代碼這種方法的優(yōu)點(diǎn)使程序響應(yīng)及時(shí)可靠 2 查詢方式 查詢方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)在有些情況下這種方式顯得更為便捷在程序的關(guān)鍵功能后可以通過檢查 CommEvent 屬性的值來查詢事件和錯(cuò)誤編寫自己的程序代碼 ． MSComm 控件的主要屬性 MSComm 控件很多重要的屬性常用屬性的功能如下 CommPort 屬性設(shè)置并返回通信端口號(hào) Input 屬性返 回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流 Output 屬性往傳輸緩沖區(qū)中寫數(shù)據(jù)流 PortOpen 屬性設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)開或關(guān) Settings 屬性設(shè)置并返回波特率奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)位和停止位參數(shù) InputLen屬性確定被 Input屬性讀取的字符數(shù)設(shè)置 InputLen為 0時(shí)則 Input屬性讀取緩沖區(qū)中的全部數(shù)據(jù) InputMode 屬性確定用 Input 屬性讀取的數(shù)據(jù)類型設(shè)置 InputMode 為InputModeText 時(shí) Input 屬性通過一個(gè) Variant 返回文本數(shù)據(jù)設(shè)置為InputModeBinary 時(shí) Input 屬性通過一個(gè) Variant 返回一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)數(shù)組 第 4 章 總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的總體框圖如下圖 41 液晶顯示器 STC89C52 獨(dú)立按鍵 時(shí)鐘晶振 復(fù)位電路 PC 機(jī)頁面顯示 RS232 聲光報(bào)警 甲烷氣體傳感器 乙醇?xì)怏w傳感器 其他氣敏傳感器 圖 41 總體框圖 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的收發(fā)緩沖器 SBUF 這兩個(gè)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)它們地址 99H 在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器就可以方便的設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn) 的 RS232接口在設(shè)計(jì)中以 PC機(jī)為主機(jī)單片機(jī)為從機(jī)通過串行接口構(gòu)成主從系統(tǒng)設(shè)計(jì)其串行通信的基本功能 Visual Basic 簡稱 VB 是 Windows 操作系統(tǒng)下簡單易學(xué)高效的應(yīng)用軟件開發(fā)工具因其具有面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法友好的用戶界面編程高效數(shù)據(jù)處理及驅(qū)動(dòng)底層硬件功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) PC機(jī)的通信程序使用 Visual Basic 編寫單片機(jī)的程序用 C 語言編寫 以下介紹本次設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊中使用到的具體器件 41 STC89C52 MCU STC89C52 是的低電壓高性能 CMOS 8 位單片機(jī)片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 PEROM 和 256K bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器器件采用高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 8051產(chǎn)品引腳兼容片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲(chǔ)單元功能強(qiáng)大 STC89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合 它的主要性能參數(shù)如下 8K 字節(jié)可重擦寫 FLASH 閃存存儲(chǔ)器 1000 次寫擦循環(huán) 時(shí)鐘頻率 0Hz24MHz 三級(jí)加密存儲(chǔ)器 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個(gè)可編程 IO 口線 3 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗的空閑和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 42 ADC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換 ADC0832 為 8 位分辨率 AD 轉(zhuǎn)換芯片其最高分辨可達(dá) 256 級(jí)可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用使得芯片的模擬電壓輸入在05V 之間芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 32μ S 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)以減少數(shù)據(jù)誤差轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)獨(dú)立的芯片使能輸入使多器件掛接和處理器控制變的更加方便通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 43 LCD1602 液晶顯示 LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母數(shù)字符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD目前常用 16179。 4 行 16179。 11點(diǎn)陣字符 顯示方式 STN 半透正顯 驅(qū)動(dòng)方式 116 并口 15 串口 背光方式底部 LED 通訊方式 4 位或 8 位并口可選 標(biāo)準(zhǔn)的接口特征適配 MC51 和 M6800 系統(tǒng) MPU 的操作時(shí)序 LCD1602 液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示表 23 表 23 LCD1602 液晶主要參數(shù) 顯示容量 16179。 VVREF 電源輸入及 參考電壓輸入復(fù)用 圖 22 ADC0809是采樣分辨率為 8位的以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件其內(nèi)部有一個(gè) 8通道多路開關(guān)它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)只選通 8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換 主要特點(diǎn) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 AD 轉(zhuǎn)換器 它由 8 路模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼器比較器位開關(guān)樹型 AD 轉(zhuǎn)換器逐次逼近寄存器邏輯控制和定時(shí)電路組成 圖 23 下面說明各引腳功能 IN0～ IN78 路模擬量輸入端 8 位數(shù)字量輸出端 ADDAADDBADDC3 位地址輸入線用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE 地址鎖存允許信號(hào)輸入高電平有效 START AD 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端輸入一個(gè)正脈沖至少 100ns 寬使其啟動(dòng)脈沖上升沿使 0809 復(fù)位下降沿啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換 EOC AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出當(dāng) AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)此端輸出一個(gè)高電平轉(zhuǎn)換期間一直為低電平 OE數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)輸入高電平有效當(dāng) AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)此端輸入一個(gè)高電平才能打開輸出三態(tài)門輸出數(shù)字量 CLK 時(shí)鐘脈沖輸入端要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ REFREF基準(zhǔn)電壓 VCC 電源單一＋ 5V GND 地 23 液 晶顯示器的簡介 LCD1602 字符型液晶顯示器的特點(diǎn)及其用法 單 5V 電源電壓低功耗長壽命高可靠性 內(nèi)置 192 種字符 160 個(gè) 5179。 GND 芯片參考 0 電位地 178。 C 芯片接口說明 178。 商用級(jí)芯片溫寬為 0176。 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 05V 之間 178。 10－ 6 硫化氫低功耗氣體傳感器美國IST提供了壽命達(dá) 10年以上的氣體傳感器美國 FirstAlert公司推出了生物模擬型光化反應(yīng)型低功耗 CO 氣體傳感器等二是增強(qiáng)可靠性實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化多功能化發(fā)展 MEMS 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器如美國GeneralMonitors 公司在傳感器中嵌入微處理器使氣體傳感器具有控制校 準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能實(shí)現(xiàn)了智能化還有前已涉及的美國 IST 公司的具有微處理器的 MegaGas 傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化多功能化 氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下國內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)其現(xiàn)狀是 1 燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流占總量 90％以上接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品 2 在工藝方面引入了表面摻雜表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)在氣敏材料 方面 SnO2 和 Fe2O3 材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件新研究開發(fā)的 Al2O3 氣敏材料石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料 3 低功耗氣敏元件如一氧化碳甲烷等氣敏元件已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試 4 國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過九五初期的 400 萬支產(chǎn)量超過 20 萬支的主要廠家有 5 家黑龍江敏感集團(tuán)太原電子廠云南春光器材廠天津費(fèi)加羅公司合資北京電子管廠特種電器廠其中前四家都超過 100 萬支據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì) 1998 年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過 600 萬支 總的看來我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差 距主要是產(chǎn)品制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距與日本比較仍要落后 10 年 12 國內(nèi)外氣體濃度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 分析法 1 超聲波技術(shù) 超聲原理測(cè)量氣體濃度是近 10 年來隨著電子技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新技術(shù)同時(shí)具有測(cè)量范圍寬精度高無節(jié)流適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)超聲波技術(shù)是利用超聲波在某種氣體中的傳播速度與當(dāng)前氣體溫度和氣體性質(zhì)的關(guān)系通過測(cè)量超聲波在氣體中的傳播速度以及氣體溫度進(jìn)而推算出氣體的大概濃度超聲波技術(shù)測(cè)量氣體濃度克服了傳統(tǒng)氣體檢測(cè)方法的缺點(diǎn)在大流量大管徑的氣體濃度檢測(cè)方面完全可以適應(yīng)未來工業(yè)生產(chǎn)中的高 精度測(cè)量目前影響該技術(shù)測(cè)量精度的因素主要是工作環(huán)境的差異極易受到周圍壓力溫度濕度等因素的影響在進(jìn)行測(cè)量時(shí)必須采用補(bǔ)償措施盡量減小誤差以此來保證測(cè)量精度 2 氣敏法 在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)通過將被測(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出根據(jù)被測(cè)氣