【正文】 件PCB設(shè)計(jì)。通過以上六個(gè)方面的闡述說明，將會對單片機(jī)串行通信控制系統(tǒng)基于Proteus的設(shè)計(jì)、開發(fā)與仿真過程以及電路板制作有一個(gè)清晰全面的認(rèn)識。通信速度快，但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少位,就相應(yīng)地有多少根傳輸線，傳輸信號線多，傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)線路復(fù)雜，成本高，較適合于短距離的數(shù)據(jù)通信。通信雙方通過兩條傳輸線進(jìn)行互連,兩者之間的數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收，這樣的通信方式稱為全雙工方式。這樣組合而成的一組數(shù)據(jù)被稱為一幀。在異步串行通信中，波特率一般為509600bps。 51系列單片機(jī)串行口的功能51單片機(jī)的串口是一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，通過軟件編程，它可以作為通用異步接收和發(fā)送UART使用，可以同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。 51系列單片機(jī)的串行結(jié)構(gòu)51系列的單片機(jī)串行口主要由發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收數(shù)據(jù)寄存器、接收控制器和輸入移位寄存器等組成，： 51單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu)圖 串行通信數(shù)據(jù)寄存器SBUF,字節(jié)地址為99H，實(shí)際對應(yīng)兩個(gè)寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、接收數(shù)據(jù)寄存器。對于發(fā)送器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動的，不會產(chǎn)生寫重疊的問題，一般不需要雙緩沖器結(jié)構(gòu)，為了保持最大的傳送速率，僅用了SBUF一個(gè)緩沖器。（對于方式2和方式3，當(dāng)發(fā)送完數(shù)據(jù)位后，要把串行口控制寄存器SCON中的TB8位發(fā)送出去后才能發(fā)送停止位）。如果接收是起始位的值不是“0”，則起始位無效，復(fù)位接收電路；如果起始位為“0”，則開始接受其它數(shù)據(jù)。上級主機(jī)則根據(jù)接收的下級子系統(tǒng)的信息，進(jìn)行判斷，產(chǎn)生相應(yīng)的處理命令傳送給下級子系統(tǒng)。當(dāng)從機(jī)的SM2=1時(shí)，該從機(jī)只接受地址幀，對數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行處理，即只有接收的RB8位等于1數(shù)據(jù)時(shí)，接收才有效，RI才置1，對接收的RB8位等于0的數(shù)據(jù)不進(jìn)行處理。多機(jī)通信協(xié)議約定：主機(jī)為了正確地和指定的從機(jī)正確的通信，雙方需要對各種數(shù)據(jù)、地址、指令和狀態(tài)等進(jìn)行明確的約定。為了能夠?qū)崿F(xiàn)多單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，本系統(tǒng)采用多機(jī)通信模式[8][9][10]。采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS51系列單片機(jī)完全兼容，可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[12]。但是匯編語言可讀性差，而且不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，也不易移植。三個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成完全相同主要有AT89C51單片機(jī)串行通信最小系統(tǒng)、LCD1602顯示器和中斷數(shù)據(jù)加1按鈕組成。根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案框圖，總系統(tǒng)由4個(gè)分系統(tǒng)組成，1個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)，3個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)。（4）程序計(jì)數(shù)器PC，是獨(dú)立的16位專用寄存器，內(nèi)容為將要執(zhí)行的指令地址。GND（20）：接地端。P3口：是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。(29)：外部ROM讀選通信號。1602液晶模塊帶標(biāo)準(zhǔn)字庫，內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個(gè)57點(diǎn)陣字符圖形，32個(gè)510點(diǎn)陣字符圖形。 1602引腳圖 表3 1602引腳使用說明編號符號引腳說明使用方法1VSS電源地2VDD電源3V0對比度信號調(diào)整端外接分壓電阻，調(diào)節(jié)屏幕亮度4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端RS=1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS=0時(shí)選擇指令寄存器5RW讀/寫選擇端RW=1時(shí)執(zhí)行讀操作，RW=0時(shí)執(zhí)行寫操作6E使能信號端高電平使能714D0D7數(shù)據(jù)I/O雙向數(shù)據(jù)輸入與輸出15BLA背景光源正極接到或通過10Ω左右電阻接到VDD16BLK背景光源負(fù)極接到VSS對1602顯示字符控制，通過訪問1602內(nèi)部RAM地址實(shí)現(xiàn)，1602內(nèi)部控制具有80 字節(jié)RAM。原理圖中所有器件及其標(biāo)稱值、數(shù)量和代號如表5所示。單擊“System/Set Sheet Size”,，選擇“User（自定義）”復(fù)選框，定義長為16in，寬位8in，點(diǎn)擊“OK”。單擊自動布線圖標(biāo) ，自動布線有效，根據(jù)原理圖中器件的接線，單擊要連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，系統(tǒng)便會自動以直角走線，成連線。 電氣檢測結(jié)果對于串行通信原理圖中的每一個(gè)元器件，都有對應(yīng)的編號。本系統(tǒng)的程序采用C51模塊化程序編寫，主要包括串行通信初始化、LCD液晶顯示部分，硬件接口部分、主機(jī)程序和從機(jī)程序等幾部分組成。 void init_serial() { TMOD=0x20。 //選擇負(fù)跳變來觸發(fā)外中斷 EA=1。 //取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成BCD后的百位到數(shù)組a[2] a[3]=(t/10)%10。 //將BCD碼按字符串的方式輸出到LCD } 硬件接口定義模塊編程為了能夠集中管理硬件接口，在硬件接口有沖突時(shí)，方便改換接口，將用到的接口定義在“”頭文件[8]中，“”頭文件如下： ifndef __HARDWAR_H__ define __HARDWAR_H__ include define LCD_DATA P1 //LCD的數(shù)據(jù)接到AT89C51的P1口 sbit LCD_BUSY=LCD_DATA^7。 //定義兩個(gè)4維數(shù)組用于存放接收的數(shù)據(jù)void DispTable( unsigned int t)；//聲明顯示數(shù)據(jù)的函數(shù)void error(void) //錯(cuò)誤標(biāo)志函數(shù){ SBUF=0xff。 //輸出一個(gè)字符串“R1:”到LCDLCD_set_position(0x40)。 //輸出send_data到LCDif(send_data==1) goto Lable1。 //等待從機(jī)回發(fā)地址if(SBUF!=SLAVE) error()。 //接收從機(jī)返回的命令if((statusamp。 //TB8賦值1，準(zhǔn)備接收下一幀地址}LCD_set_position(0x03)。} } 。 TI=0。TI=0。0x01)==0x01) //如果接收的數(shù)據(jù)是01H{ SBUF=PL_data[SLAVE]。 //地址賦值0，準(zhǔn)備下一次循環(huán)}系統(tǒng)從機(jī)有3個(gè)，其編程基本完全相同，只是地址定義不同。 //關(guān)串口中斷if(SBUF!=SLAVE) //非本機(jī)地址繼續(xù)監(jiān)聽{ES=1。 //等待從機(jī)回發(fā)地址if(RB8==1) //如果RB8為1，是地址幀{SM2=1。 RI=0。 ES=1。 //SM2置1，只接收地址幀ES=1。系統(tǒng)從機(jī)外部中斷INT0中斷服務(wù)程序: void ISR0(void) interrupt 0{ tdata++。 Keil uVision 3集成開發(fā)環(huán)境生成工程文件，單擊“Project/New uVision Project”，在彈出的對話框中，鍵入工程名為“串行通信主機(jī)程序”，單擊保存。Targer 39。 編譯并生成HEX文件 利用同樣的方法編譯0、1和2機(jī)的并生成“”、“”和“”三個(gè)單片機(jī)可執(zhí)行文件。單擊菜單欄“Debug”“8051CPU/RegistersU1”打開單片機(jī)寄存器窗口，可以看到R0RSFR、SP、PC、PSW等寄存器中的值，以及將要執(zhí)行的指令等[16][17]。PCB經(jīng)加工成板，焊接元器件之后將串行通信最小系統(tǒng)人為規(guī)定為上位機(jī)或下位機(jī)，然后給進(jìn)行下位機(jī)編號即可完成本系統(tǒng)的工作。外接電容CC2沒有十分嚴(yán)格的要求，單電容值的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶振，推薦電容使用，如果使用陶瓷諧振器建議選擇[13][15]。 LCD1602外圍電路 RS 232模塊電路設(shè)計(jì)串行通信的距離和傳輸率與電氣特性有關(guān)，傳輸距離隨傳輸速度的增加而縮短。通過RS232使用MODEM還可以通過電話線遠(yuǎn)距離傳送。但這個(gè)封裝并不一定適合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此需要重新添加適合的封裝。我們用2D G。雙擊ISP元器件， Package后面的問號，在Keywords輸入TRANS 10 DIL，點(diǎn)擊“OK”即可。 RS232模塊電路圖 系統(tǒng)硬件PCB總原理圖根據(jù)AT89C51單片機(jī)串行通信最小系統(tǒng)模塊化電路設(shè)計(jì)，以及通用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板設(shè)計(jì)思想，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的器件如表6。如要增加傳輸距離，則通信信號需要驅(qū)動或調(diào)制。對于復(fù)位電路，選用了電容與電阻串聯(lián)的形式，另將一按鍵與電容并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位，電容為電解電容C=100uF，電阻為R=10KΩ。對于一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)串行通信的最小系統(tǒng)的單片機(jī)還應(yīng)有ISP下載端口、串行接口RS23MAX232電路、開關(guān)、按鍵、指示燈、顯示器、報(bào)警喇叭等部分組成。該界面是主機(jī)調(diào)試環(huán)境，圖中Keil環(huán)境和Proteus環(huán)境調(diào)試窗口中顯示“r0r8”的值依次為“0B、000、00、00、0030”，從機(jī)0、1和2機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)“0008”依次在數(shù)組rdata中，在數(shù)據(jù)存儲器中還顯示了主機(jī)處理后的數(shù)據(jù)排列“0002”。打開在Proteus ISIS已經(jīng)繪制好的仿真原理圖。在左側(cè)“Projece Workspace”欄中右擊“Taget1”，選擇“Optitions for Target 39。返回集成開發(fā)環(huán)境界面，單擊“Feil/New”,然后單擊“Feil/Save”，在彈出的對話框中輸入文件名“ ”(后綴名一定要有，本系統(tǒng)程序用C51語言編寫，),單擊“保存”將文件存儲到“串行通信主機(jī)程序”所在的文件夾中。 //如果數(shù)據(jù)大于8,清零} 外部中斷服務(wù)程序流程圖本章主要完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，通過對功能的分析，軟件流程圖的繪制，編寫了系統(tǒng)的模塊化子程序，多機(jī)串行通信的主機(jī)和從機(jī)程序。 //命令非法，發(fā)狀態(tài)while(TI!=1)。 //回發(fā)命令幀0X02，從機(jī)準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)while(TI!=1)。ES=1。goto reback。 //開串行中斷，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號reback}SM2=0。系統(tǒng)從機(jī)主程序與主機(jī)主程序相關(guān)部分基本相同，在此不再敘述。 TI=0。RI=0。 //如果地址大于2while(RI!=1)。 //保護(hù)現(xiàn)場TB8=1。 //顯示0機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù) LCD_set_position(0x0b)。 //TB8賦值1，發(fā)復(fù)位信號給從機(jī)error()。 //清地址標(biāo)志位，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)SBUF=0X02。SLAVE3。 //輸出一個(gè)字符串“R2:”到LCDLCD_set_position(0x48)。 TI=0。 // sbit LCD_RS=P2^1。 //取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成BCD后的萬位到數(shù)組a[4] for(k=0。本系統(tǒng)中主機(jī)和從機(jī)的顯示部分主要用到了一下功能函數(shù)[7][14]：void LCD_initial(void) //初始化LCDvoid LCD_set_position(unsigned char x) //LCD顯示定位到x處void LCD_printc(unsigned char lcd_data) //輸出一個(gè)字符到LCDvoid LCD_prints(unsigned char *lcd_string) //輸出一個(gè)字符串到LCD在進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示時(shí)，要將單片機(jī)處理的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成BCD碼，BCD碼各位再轉(zhuǎn)化成ASCⅡ碼，LCD才能進(jìn)顯示。 //計(jì)數(shù)初值243 TH1=0xf3。其結(jié)構(gòu)是按功能劃分為若干個(gè)基本模塊；各模塊之間的關(guān)系盡可能簡單，在功能上相對獨(dú)立；每一模塊內(nèi)部均是由順序、選擇和循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)組成；其模塊化實(shí)現(xiàn)的具體方法是使用子程序。設(shè)置電容的值為22Pf，PCB封裝信息為CAP10。 整體編號結(jié)果 整體編號對話框8. 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號由于串行通信原理圖中器件較多，都進(jìn)行直接連線比較麻煩，而且容易造成連線錯(cuò)誤，因此采用網(wǎng)絡(luò)表號的方法，將部分要連接的端口，使其具有電氣聯(lián)系。在“Keyword”欄中輸入元器件“AT89C51”,則可元器件列表。ISIS原理圖輸出流程包括設(shè)置編輯環(huán)境、原理圖連線、建立網(wǎng)絡(luò)表、報(bào)表輸出等過程。表 4 控制指令表指令名稱指令功能D7D6D5D4D3D2D1D0模式設(shè)置設(shè)置為162,57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口00111000開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置D=1開顯示；D=0關(guān)顯示000