【文章內(nèi)容簡介】 機串口調(diào)試軟件的接收緩沖區(qū)內(nèi)將顯示“display OK！ ”等字樣。 串口通信原理 所謂 串行通信 是指外設(shè)和計算機間使用一根數(shù)據(jù)信號線 ,數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號線上按位進行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。這種通信方式西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，當然，其傳輸速度比并行傳輸慢。相比之下，由于高速率的要求，處于計算機內(nèi)部的 CPU 與串口之間的通訊仍然采用并行的通訊方式，所以串行口的本質(zhì)就是實現(xiàn) CPU 與外圍數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（或者稱為串并轉(zhuǎn)換器），即當數(shù)據(jù)從外圍設(shè)備輸入計算機時，數(shù)據(jù)格式由位 (bit)轉(zhuǎn)化為字節(jié)數(shù)據(jù)； 反之，當計算機發(fā)送下行數(shù)據(jù)到外圍設(shè)備時，串口又將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為位數(shù)據(jù)。 串行端口的本質(zhì)功能是作為 CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當數(shù)據(jù)從 CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 在 Windows 環(huán)境（ Windows NT、 Win9 Windows2020）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。 應(yīng)用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。 串口通信的概念非常簡 單，串口按位（ bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（ byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。比如 IEEE488 定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總常不得超過 20 米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2 米；而對于串口而言，長度可達 1200 米。 典型的串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。通信使用 3 根線完成：（ 1）地線，（ 2）發(fā)送，（ 3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是 必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配： a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的 bit 的個數(shù)。例如 300 波特表示每秒鐘發(fā)送 300 個 bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要 4800 波特率，那么時鐘是 4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為 4800Hz。通常電話線的波特率為 14400， 28800 和 36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的 通信，典型的例子就是 GPIB 設(shè)備的通信。 b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當計算機發(fā)送一個信息包，西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 實際的數(shù)據(jù)不會是 8 位的，標準的值是 7 和 8 位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標準的 ASCII 碼是 0～ 127（ 7 位）。擴展的 ASCII 碼是 0～ 255（ 8 位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標準 ASCII 碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用 7 位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始 /停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語 “包 ”指任何通信的情況。 c，停止位：用 于表示單個包的最后一位。典型的值為 1， 和 2 位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。 d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設(shè)置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇 個邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是 011，那么對于偶校驗，校驗位為 0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位 1，這樣就有 3 個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 第二章 系統(tǒng)設(shè)計 硬件方案選擇 單片機的選擇 本設(shè)計采用的是 AT89S52 單片機， AT89S52 是一種帶 8K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機。它是一種高效微控制器，因為它更經(jīng)濟實惠，用起來靈活方便，而且習慣了用這種型號的單片機，所以選擇 AT89S52 單片機。 電平轉(zhuǎn)換 本設(shè)計采用 MAX232 芯片進行電平轉(zhuǎn)換， MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標準串口設(shè)計的接口電路 ,使用 +5V 單電源供電，它的作用就是 完成 TTL 電平與 RS232 電平的轉(zhuǎn)換。 PC 機的串行口采用的是標準的 RS 232 接口，單片機的串行口電平是 TTL 電 平，而 TTL 電平特性與 RS 232 的電氣特性不匹配，因此為了使單片機的串行口能與 RS 232 接口通信，必須將串行口的輸入 /輸出電平進行轉(zhuǎn)換。通常用 MAX232 芯片來完成電平轉(zhuǎn) 換。 單片機與 pc 機通信原理 MCS51 單片機有一個全雙工的串行通訊口 UART。利用其 RXD 和 TXD 與外界進行通信，其內(nèi)部有 2 個物理上完全獨立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。所以單片機和 PC 機之間可以方便地進行串口通訊。單片機串口有 3 條引線： TXD(發(fā)送數(shù)據(jù) )、 RXD(接收數(shù)據(jù) )和 GND(信號地 )。因此在通信距離較短時可采用零 MO DEM 方式，簡單三連線結(jié)構(gòu)。 PC 機有兩個標準的 RS． 232 串行口，其電平采用的是 EIA 電平，而 MCS51 單片機的串行通信是由 TXD(發(fā)送數(shù)據(jù) )和西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 RXD(接收數(shù)據(jù) )來進行全雙工通信的，它們的電平是 TTL 電平；為了 Pc 機與MCS51 機之間能可靠地進行串行通信，需要用電平轉(zhuǎn)換芯片，我們采用了MAXIM 公司生產(chǎn)的專用芯片 MAX232 進行轉(zhuǎn)換。電路如圖所示。 圖 MAX232工作原理圖 軟件方案選擇 PC 機編程方案選擇 本設(shè)計采用 ++來實現(xiàn) 編程，上位機與單片機進行通信的程序編寫可用VB、 VC等軟件。由于 VB作為面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ卟粔蛲耆?，效率?VC低，提供的命令語言環(huán)境較弱，通過串口設(shè)備一次最多只能交換 16B的數(shù)據(jù)，對較大數(shù)據(jù)量的傳輸存在很大的局限性，很難實現(xiàn)較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理， ++是一種功能強大的面向?qū)ο蟮?Windows編程開發(fā)平臺。 ，占用資源少，操作方便。所以本設(shè)計采用 VC作為串口編程工具。 單片機編程方案選擇 本設(shè)計單片機的編程選擇 C 語言編寫，因為它 簡潔緊湊、靈活方便、運算符豐富、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 豐富、 C 是結(jié)構(gòu)式語言、 C 語法限制不太嚴格，程序設(shè)計自由度大、 C 語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進行操作、 C 語言程序生成代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高，一般只比匯編程序生成的目標代碼效率低 10へ 20%、 C 語言適用范圍大，可移植性好 C 語言有一個突出的優(yōu)點就是適合于西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 多種操作系統(tǒng) , 如 DOS、 UNIX,也適用于多種機型。 C 語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫它是數(shù)值計算的高級語言。所以我選用 C 語言來編寫此程序。 總體方案選擇 溫度傳感器測量出 來的溫度值由單片機采集出來，然后單片機再將采集出的溫度數(shù)據(jù)處理后，通過串行口發(fā)送給上位機。 圖 系統(tǒng) 總體 設(shè)計思路 本文要求設(shè)計一個 51 單片機與 PC 串口間通訊系統(tǒng) 的字符終端顯示 ，實現(xiàn)單片機與 PC 機之間的遠程通信。設(shè)計分發(fā)送和接收兩大模塊，發(fā)送部分通過硬件電路的引用。其中包括 RS232 接口電路、 MAX232 接口電路，引用相應(yīng)的管腳相連，并將相應(yīng)的軟件程序轉(zhuǎn)入電路中，即可運行。當電路是相對獨立時，可直接調(diào)速電路參數(shù)值，其影響和干擾就小。在滿足發(fā)射和接收模塊的要 求后可單獨對控制進行調(diào)整，程序的編入，接收部分相應(yīng)的結(jié)果即以實現(xiàn)，因此實現(xiàn)了PC 機對遠端單片機的控制。 利用 vc++編寫上位機數(shù)據(jù)發(fā)送接收軟件，作為給單片機發(fā)送數(shù)據(jù)或接收單片機發(fā)送數(shù)據(jù)的軟件。用單片機設(shè)計好硬件電路，給單片機進行編程，從而是單片機能夠接收 pc 機傳送來的數(shù)據(jù)，并通過 lcd1602 液晶 顯示出來從而達到設(shè)計要求。 AT89C5111 MAX232 PC機 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 第三章 單元硬件電路設(shè)計 硬件實現(xiàn)的過程 在實現(xiàn)單片機與 PC 機之間通信或單片機與單片機之間遠程距離通信時通常采用標準串行總線通訊接口。比如 RS232C、 RS42 RS485 等。在這些串行總線接口標準中，是在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標準總線，它實用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。下面以 RS232 標準串行總線接口為例，簡單介紹單片機與 PC 機之間串行通信的硬件實現(xiàn)過程。 單片機主要特性 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O線 兩個 16位定時器 /計數(shù) 器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 單片機 AT89C51的引腳說明： 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 圖 AT89C51 的引腳排列 引腳描述： VCC：電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動 8 個 TTL 電路。當 “1”被寫入 P0 口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。 P0 口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉(zhuǎn)換地址和 數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。 P0 口在閃爍編程時， P0 口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。 P1 口： P1 口一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 電路。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時， P1 口接收低 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 電路。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電 平，此時，可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口線上的內(nèi)容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時， P2 口接收高位地址和其它控制信號。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口輸出緩沖故可