【正文】 本論文中，設計的主要內容有五個方面：一是串行通信控制系統(tǒng)方案的選擇；二是系統(tǒng)硬件電路的設計；三是系統(tǒng)軟件設計；四是系統(tǒng)軟件設計；五是系統(tǒng)仿真與調試；六是系統(tǒng)硬件PCB設計。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾和現象[3][4]。在汽車、通信、智能儀表、家用電器和軍事設備的智能化以及實時過程控制等方面，單片機都扮演著非常重要的角色[1]。Proteus軟件已有近20年的歷史，在全球已得到相當廣泛的使用。51系列單片機自身有全雙工的異步串行通信接口，實現串行通信極為方便。為了很好地在Proteus虛擬實驗平臺上展示51單片機串行通信的結果，需要自行設計方案。在實際應用中，盡管多數串行通信接口電路具有全雙工功能，單一般情況下，多工作于半雙工方式下。為了提高采樣的分辨率，準確地測定數據位的上升沿或下降沿，時鐘頻率總是高于波特率若干倍，這個倍數稱為波特率因子。根據對其寫控制字決定工作方式，從而決定波特率發(fā)生器的時鐘來自系統(tǒng)時鐘還是來自定時器T1或T2。因此，兩邊的波特率必須一致。單片機串行多機通信必須使用串口模式2和模式3。從機的地址定義在00H到FEH之間，即系統(tǒng)中最多允許連接255個從機。方案二：采用點陣式數碼管顯示，點陣式數碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示。下位機系統(tǒng)始終處于串行中斷狀態(tài)，是接收還是發(fā)送數據由上位機發(fā)送的控制命令決定。（7）一個UART串行通信口。XTAL2（18）：振蕩器放大器的輸出端。比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時，只要將41H存入顯示數據存儲器DDRAM即可，液晶自動將地址41H中的中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。本系統(tǒng)的原理圖繪制過程如下[3][12]： ISIS圖標 ,進入ISIS窗口，： ISIS 窗口ISIS主要包括：菜單欄、工具欄、對象預覽窗口、編輯區(qū)、器件選擇按鈕、對象選擇器、仿真按鈕、方位控制按鈕、狀態(tài)欄等。雙擊原理圖中的普通端 。本系統(tǒng)的串行通信工作方式選擇模式3，模式3為11位異步發(fā)送接收方式。其數據轉化函數如下：void DispTable( unsigned int t){ unsigned char a[5]。 // sbit LCD_EN=P2^2。 //LCD顯示定位到0x48處LCD_prints(R3:)。 //發(fā)命令幀02H求從機發(fā)送數據while(TI!=1)。 //LCD顯示定位到0x0b處 DispTable(rdata[1])。 RI=0。 //等待數據發(fā)送結束} TB8=1。 //取消監(jiān)聽狀態(tài)SBUF=SLAVE。 goto reback。 TI=0。 文件組快捷菜單 工程器件選擇對話框 文件添加項目由于本系統(tǒng)用到了LCD1602，所以要用到LCD1602的驅動程序和頭文件，（此程序在網上可以查到，不必自己編寫），為了便于在程序中改換接口，創(chuàng)建一個“”文件。點擊“Program File”后面的文件夾按鈕,彈出文件列表，從中選擇目標代碼文件“”，點擊“OK”，即將十六進制單片機可執(zhí)行成加載到單片機中，同樣的方法分別將從機的目標代碼文件加載到相應的單片機中，以備仿真。 AT89C51外圍電路設計AT89C51的工作電壓為+5V，即單片機最小系統(tǒng)的電源Vcc=5V。RS232接口是一種串行通信標準，是由美國EIA（電子工業(yè)協(xié)會）和Bell公司一起開發(fā)的通信協(xié)議，它對信號線的功能、電氣特性、連接器等都作了明確的規(guī)定[7]。 ISP的屬性對話框 元器件選擇框調整好所有元件的封裝后，到菜單“Tools /Netlist Compiler”，接著打開Netlist Compiler設置對話框，上面的設置保持默認就行了，單擊OK 生成網表文件。1. 元器件的封裝在ISIS中添加元件時，大部分元件都已經配置了一個封裝（有部分元件要手動添加封裝）。LCD1602的工作電壓為+5V，S1為液晶顯示器的電源開關，亮度通過1K的可變電阻RV1進行硬件調節(jié)。因此在考慮實際應用之后，只需做一個通用的串行通信最小系統(tǒng)的PCB。結果顯示程序沒有錯誤，有一個警告，可以忽略，并產生一個“”文件。 生成單片機可執(zhí)行文件要進行仿真和調試，.hex文件時是在Keil集成開發(fā)環(huán)境中生成的，生成過程[7][11]如下：雙擊Keil uViosion3圖標 ，進入Keil uViosion3集成開發(fā)環(huán)境。 //等待數據發(fā)送完成SM2=1。 //等待命令發(fā)送結束while(RI!=1)。 //接收中斷標志清零ES=0。} if((statusamp。 //發(fā)呼叫地址while(TI!=1)。 //主機接收定點從機發(fā)送來的數據} TB8=1。 RI=0。 //LCD顯示定位到0x08處LCD_prints(R1:)。a)。 //允許使用外中斷 IT0=1。最后，著重介紹在具智能性、人性化和過程簡明高效的Proteus ISIS編輯環(huán)境中進行本系統(tǒng)電路原理圖的繪制過程。 放置AT89C51 對象選擇器 、地、和輸入輸出終端單擊繪圖工具中的終端按鈕 ，在對象選擇器中單擊終端符號POWER,放置電源，單擊GROUND放置地，單擊DEFAULT放置普通端子。上位機系統(tǒng)接收/。 LCD1602液晶顯示器模塊1602是一款常用的字符型液晶，可顯示2行16個字符。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。（3）21個特殊功能寄存器，離散分布于地址80HFFH中。本系統(tǒng)是由一個上位機系統(tǒng)和三個下位機系統(tǒng)構成，上位機系統(tǒng)是由AT89C51單片機串行通信最小系統(tǒng)、LCD1602顯示器、中斷發(fā)送信號按鈕和接收/發(fā)送選擇開關組成。AT89C51是AT89系列的標準型單片機，是低功耗高性能的8位單片機，使用的最高晶振頻率為24MHz。6. 主機繼續(xù)發(fā)送其它地址幀，與其它從機進行通信。這時整個系統(tǒng)分成了多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)是一個單片機系統(tǒng)，用于完成本系統(tǒng)的工作，即從上級主機接收信息，并發(fā)送信息給上級主機。一個字符發(fā)送完畢，串行口控制寄存器中的發(fā)送中斷標志位T1置位。不同的工作方式，其波特率不一樣，方式0和方式2的波特率直接由系統(tǒng)時鐘產生，方式1和方式3的波特率由定時器/計數器T1或T2的溢出頻率決定[7]。例如：每秒鐘傳輸120個字符,每個字符由10個二進制位（其中1個起始位、8個數據位和一個停止位）,其波特率為120字符/秒10位/字符=1200位/秒。（b）所示，通信方甲機和通信方乙機都可以作為發(fā)送方或接收方,但在任一時刻,不能同時作為發(fā)送方和接收方，通軟件或硬件設定。 系統(tǒng)硬件PCB設計 完成串行通信單片機最小系統(tǒng)原理圖設計與PCB繪制。他們一致認為該軟件在教學中的應用有很大的幫助，其靈活自主的設計方式使學生更能體驗到電子設計的魅力，學生對單片機以及電子設計的興趣大大提升，知識的掌握和應用當然也有了很大的提高。EDA設計思路是：從元器件的選取到連接、直至電路的調試、分析和軟件的編譯，都是在計算機中完成，所用的工作都是虛擬的。然而單片機是一門綜合性、實踐性都很強的學科，其學習涉及的實驗環(huán)節(jié)比較多，硬件設備投入比較大，對于大多數人而言很難投入大筆資金去購買實驗器件。它集成了文件編譯處理、編譯連接、項目管理，窗口、工具引用和軟件仿真調試等多種功能，是相當強大的的開發(fā)工具[5]。 系統(tǒng)硬件設計 根據控制系統(tǒng)方案在Proteus ISIS原理圖編輯環(huán)境中繪制系統(tǒng)硬件電路，主要包括原理圖文件的創(chuàng)建、圖紙大小的設置、原理圖中元器件的選取、元器件的放置、電源、地、和輸入輸出終端的放置、原理圖連線、器件統(tǒng)一編號、電氣檢測以及元器件屬性設置等內容。在串行通信中，通信雙方在任一時刻,只能單方向的傳送數據，這樣的傳送方法稱為單工方式。因此本系統(tǒng)采用異步串行通信。51單片機的串口有4種工作方式，分別是方式0、方式方式方式3。串行通信中，甲機CPU向SBUF寫入數據（MOV SBUF,A),就啟動發(fā)送過程。無論是單片機之間，還是單片機和PC機之間，串行通信雙方的波特率必須相同，才能完成數據的正確傳送[7]。 多機通信線路圖單片機多機通信的過程如下：1. 所有從機復位，置SM2=1，使其處于準備接收一幀地址數據的狀態(tài)；2. 主機設置第9位TB8=1,發(fā)送一幀地址信息，與所需要的從機進行聯系；3. 各從機接收到地址信息后，分別于自己的地址進行比較，對于地址相符的從機，置SM2=0，以便于接收主機隨后發(fā)送的所有信息；對于地址不相符的從機，仍保持SM2=1，對主機隨后發(fā)送的數據不進行處理。但是，MCS51系列單片機在實際應用中使用較少。 用C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。功能強大AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。當保持高電平時，先訪問片內ROM，當PC的值超過4KB時，自動轉向執(zhí)行片外ROM中的程序。具體的電路模塊設計說明將在本文第六部分AT89C51最小系統(tǒng)的外圍電路中詳細介紹，在此不再累述。同樣的方法把原理圖中的其他器件放入對象選擇器中，以備畫原理圖時調用。至此完成了仿真原理圖的繪制工作，完整的原理圖見附件一。 //SMOD=1,波特率加倍 TR1=1。 k++) a[k]=a[k]+39。 //LCD初始化 LCD_set_position(0)。 //發(fā)呼叫地址while(TI!=1)。0x02)==0x02) //若命令幀為02H，接收發(fā)送數據 {while(RI!=1)。 //如果發(fā)送/接收標志位為0......//將接收來的數據從小到大的順序排列......for(SLAVE=0。 //接收從機返回的命令if((statusamp。 if(a==0x01) //從機接收主機的數據{SBUF=0X01。 //等待命令發(fā)送完成SBUF=tdata。 Proteus 軟件包括匯編語言編譯系統(tǒng)，可以在軟件平臺上對單片機進行可視化調試?！?，點擊“Output”,在“Create Executable”下面的復選對話框中，單擊Create HEX File前面的復選框，進行選中。本章對串行通信系統(tǒng)控制進行了仿真與調試，以Proteus為平臺的實驗系統(tǒng)取代常規(guī)的單片機實驗平臺，其便捷的設計方式、靈活的設計手段都是硬件平臺無法比擬的。另外，由于單片機的P0口的輸出電路時漏極開路電路，若想輸出高電平需要外接上拉電阻，所以在P0口處增加一個阻值為10KΩ的8引腳排阻。這些接口可供不同的串行通信作控制、指示和硬件調試備用。ARES 。其供電電壓為5V電源，片內有升壓電路。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激震蕩器。 在單片機應用產品開發(fā)過程中，有時需要調試程序、修改電路以滿足產品要求；有時需要觀察程序運行情況，如觀察過程中單片機內外RAM的情況、工作寄存器的情況、特殊功能寄存器SFR的情況等；PROTEUS提供了方便的仿真調試功能。*.inc)”添加“”和“”文件。 //開串行中斷} }reback:。 RI=0。 //等待地址發(fā)送結束while(RI!=1)。EX0=1。 //清地址標志位，準備接收數據SBUF=0X01。 //顯示2機發(fā)送的數據 } Lable1:。RI=0。 //發(fā)送/接收標志位LCD_set_position(0x4b)。 系統(tǒng)主機主程序流程圖系統(tǒng)主機主程序程序[7][8]如下:include //51單片機寄存器頭文件include //LCD1602頭文件include //硬件定義頭文件 define uchar unsigned charuchar SLAVE，status，send_data。 //取數據轉化成BCD后的個位到數組a[0]a[1]=(t/1000)%10。根據系統(tǒng)設定的波特率求定時器T1的計數初值，串行通信工作方式模式3的波特率計算公式[8]如下：波特率=4800bps其中為定時器的計數初值。采用同樣的方法完成