【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 地址。當(dāng)從SBUF取數(shù)據(jù)時(shí)，訪問接收緩沖器，當(dāng)寫數(shù)據(jù)時(shí)，訪問發(fā)送緩沖器。 AT89C52串口通信單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要使用串口與外部進(jìn)行通信，因此，串口通信部分是單片機(jī)功能模塊中極為重要的一部分。串口通信時(shí)通過串口來進(jìn)行的，串口不同于并口，它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。與并口相比，雖然速度慢，但是傳送距離較并口會(huì)更長(zhǎng)，因此常用于需要常距離通信而對(duì)速度又要求不高的場(chǎng)合。異步通信以幀的形式發(fā)送字符數(shù)據(jù)，每一幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位構(gòu)成。異步通信中，每傳輸一個(gè)字節(jié)就要使用起始位和停止位，因此傳輸速度有限，常用于低速場(chǎng)合。同步通信使用數(shù)據(jù)塊傳送信息，而不是字節(jié)，省去了每個(gè)字節(jié)的起始位和停止位等數(shù)據(jù)，提高了通信的速率。同步通信的每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始使用同步字符，使接受和發(fā)送同步。與異步通信相比，同步通信發(fā)送的數(shù)據(jù)量大、速度快，常用于傳輸速率要求較高的場(chǎng)合。AT89C52內(nèi)部的串口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的全雙工串口，支持四種工作方式。波特率是可變的，可由軟件設(shè)置。對(duì)89C52串口的訪問和設(shè)置是通過訪問其相關(guān)的特殊寄存器進(jìn)行的，與89C52串口相關(guān)的特殊寄存器共有3個(gè)：SCON、PCON和SBUF。串口控制寄存器SCON 串口控制寄存器SCON只要用于設(shè)置串口的工作模式和串口中斷的查詢。其格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI SM0、SM1：用于設(shè)置串口的工作方式。SM2：串口多機(jī)通信控制位。 REN：允許串行接收控制。將其置為1時(shí)允許接收。 TB8： 用于設(shè)置串口工作方式2和方式3情況下要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，有軟件置位或復(fù)位。 RB8： 用于保存串口工作方式2和方式3情況下要接收到的第9位數(shù)據(jù)。 TI： 串口中斷發(fā)送標(biāo)志。當(dāng)串口數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)置位TI，同時(shí)向CPU發(fā)送串口中斷請(qǐng)求。 RI： 串口中斷接收標(biāo)志。當(dāng)串口數(shù)據(jù)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，同時(shí)向CPU發(fā)送串口中斷請(qǐng)求。 特殊功能寄存器PCON 特殊功能寄存器PCON僅有最高位與串口有關(guān)，SMOD，波特率選擇位，SMOD的設(shè)置可以影響波特率設(shè)置的精度。 發(fā)送/接收緩沖器SBUF串口中的發(fā)送/接收緩沖器SBUF實(shí)際上共有兩個(gè)，分別為發(fā)送緩沖器和接收緩沖器，他們?cè)谖锢砩鲜峭耆?dú)立的，因此可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。兩個(gè)緩沖器公用一個(gè)內(nèi)存地址99H。 AT89C52中斷系統(tǒng)程序在執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件中斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向出來外部或內(nèi)部事件的中斷服務(wù)中去，完成中斷服務(wù)程序后，CPU繼續(xù)與原來被中斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。能產(chǎn)生中斷的外部或內(nèi)部事件叫中斷源。 80C52有6個(gè)中斷源，它們是： INT0:()=0時(shí)，低電平有效； IT0()=1時(shí)，下降沿有效。 INT1:()=0時(shí)，低電平有效； IT1()=1時(shí)，下降沿有效。 TF0:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0益處中斷。 TF1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1益處中斷。 TF3:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2益處中斷。RX,TX:串行中斷。 51單片機(jī)有兩種中斷優(yōu)先級(jí)，其中每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可以有程序設(shè)定。中斷源的中斷要求能否得到響應(yīng)，受允許中斷寄存器IE中各位的控制。它們的優(yōu)先級(jí)由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP的各位確定，同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)的各中斷源同時(shí)要求中斷時(shí)，以內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)次序。允許中斷寄存器IE的各位定義如下： MSB LSB EA —ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA 是總中斷允位。EA=0時(shí)，禁止所有中斷；EA=1時(shí)，則每個(gè)中 斷源被允許還是被禁止，由各自的允許位確定； ET2：是定時(shí)器2中斷允許位。ET2=0,禁止定時(shí)器2中斷；ES：是串行口中斷允許位。ES=0，禁止串行口中斷；ET1：是定時(shí)器1中斷允許位； EX1：是外部中斷1允許位；ET0： 是定時(shí)器0中斷允許位；EX0： 是外部中斷0允許位。 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP的各位定義如下：MSBLSB — —PT2PSPT1PX1PT0PX0 PT2： 是定時(shí)器2中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS：是串行口中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1：是定時(shí)器1中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1：是外部中斷1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0：是定時(shí)器0中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX0：是外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。 單片機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)的所用的單片機(jī)系統(tǒng)其實(shí)就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，所謂最小系統(tǒng)就是能是單片機(jī)正常工作的最少配置。本此設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)由AT89C52單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源電路組成，如圖42所示。 圖42 單片機(jī)最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，是單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RET出現(xiàn)5ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。復(fù)位操作通常有2中基本形式：上電復(fù)位、開關(guān)復(fù)位。常用的上電且開關(guān)復(fù)位電路如圖42中所示。上電后，由于電容充電，使RET持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RET持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。 時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器，振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，所以在本設(shè)計(jì)中就是采用內(nèi)部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式如圖42中所示。 電源電路電源設(shè)計(jì)部分如圖43所示。因?yàn)閱纹瑱C(jī)需要的是5V的電源，而輸入的是912V的電源，所以需要這個(gè)穩(wěn)壓電路把912V穩(wěn)壓到5V，電源電路設(shè)計(jì)為采用7805線性穩(wěn)壓，圖中電容是起到濾波的作用，一個(gè)發(fā)光二極管作電源指示燈。 圖43 電源原理圖 ULN2003A驅(qū)動(dòng)電路該器件為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)使用兩臺(tái)相同的步進(jìn)電機(jī)，所以其驅(qū)動(dòng)電路也完全一樣。驅(qū)動(dòng)電路如圖44所示。ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列集成電路，內(nèi)部由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成， 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003A采用DIP16或SOP16塑料封裝，如圖45所示。 圖44 ULN2003A驅(qū)動(dòng)電路圖45 ULN2003A方框圖 ULN2003A內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。ULN2003是一個(gè)非門電路，包含7個(gè)單元，但獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA，9腳可以懸空。比如1腳輸入，16腳輸出，你的負(fù)載接在VCC與16腳之間，不用9腳。ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下: ,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路 直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。ULN2003A 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使用于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 RS485總線設(shè)計(jì)PC機(jī)使用RS485總線控制單片機(jī)串口通信。它與傳統(tǒng)的RS232接口標(biāo)準(zhǔn)相比，其在通信速率、傳輸距離、抗干擾能力有了很大的提高，本設(shè)計(jì)考慮到遠(yuǎn)距離控制，所以采用RS485總線。該部分的設(shè)計(jì)有兩部分：PC機(jī)RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換電路和RS485通信接口電路。 RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換電路PC機(jī)只配備了標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口，因此還必須加上RS232和RS485轉(zhuǎn)換電路，才能實(shí)現(xiàn)通信。RS232C與RS485 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)選用SN75LBC184芯片。圖46所示為SN75LBC184芯片邏輯功能圖。 圖46 SN75LBC184邏輯功能圖SN75LBC184 是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一種RS485接口芯片,可在總線上連接64 個(gè)收發(fā)器。其工作原理如圖1所示。發(fā)送使能端DE為高電平,SN75LBC184作為發(fā)送器,數(shù)據(jù)從第4腳輸入,第7腳輸出,其中7腳輸出信號(hào)的非。接收使能RE為高電平, SN75LBC184作為接收器,信號(hào)從6腳或7腳輸入, 1腳輸出 。利用SN75LBC184設(shè)計(jì)的RS232C與RS485轉(zhuǎn)換電路如圖47所示。選用PC 機(jī)的COM2 接口,但COM2的9個(gè)端口只使用其中的RTS、RXD、TXD與GND四個(gè)端口, 以構(gòu)成簡(jiǎn)易的四線通信線路。該電路使用了三片光電耦合器TLP5211進(jìn)行隔離, 這使PC機(jī)與SN75LBC184之間完全沒有了電的聯(lián)系,從而提高了工作的可靠性。當(dāng) 圖47 RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換電路RS232的RTS端為邏輯電平1(12V)時(shí),光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光,光敏三極管不導(dǎo)通,輸出端為TTL邏輯電平1(+5V),此時(shí)選中RS485的DE端允許RS485接收, 這樣, RS232的TXD端就可以發(fā)送數(shù)據(jù)(工作邏輯與RTS端相似)。當(dāng)RS232的RTS端為邏輯電平0(+12V)時(shí),光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導(dǎo)通,輸出端為TTL邏輯電平0(0V) ,此時(shí)選中RS485的RE端允許RS485發(fā)送。當(dāng)RS485的R端的輸出為邏輯電平1時(shí),光電耦合器發(fā)光二極管不發(fā)光,光敏三極管不導(dǎo)通,這樣,在RS232輸出停止時(shí),其TXD電平為12V,電容被充電到12V以使其輸出也變成12V,即邏輯電平1。當(dāng)其輸出為邏輯電平0時(shí),光電耦合器發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導(dǎo)通,這時(shí),其輸出為+ 5 V,也在RS232邏輯電平0的范圍之內(nèi),即為邏輯電平0。 RS485終端單片機(jī)接口電路 由于單片機(jī)的邏輯電平一般規(guī)定為TTL電平，所以單片機(jī)與SN75LBC184的連接電路就較簡(jiǎn)單一些，如圖48所示。、D引腳相連，這樣，當(dāng)單片機(jī)有關(guān)串行數(shù)據(jù)的操作包括數(shù)據(jù)輸入和輸出都能可以由這三個(gè)引腳完成。當(dāng)然在上位機(jī)向下發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于分布式系統(tǒng)當(dāng)中的每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的接受，應(yīng)該遵從一定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以便上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)能有效地被分布，單片機(jī)系統(tǒng)能可靠的接受，同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)同樣也可以應(yīng)該可靠的被上位機(jī)接收到。 圖48 RS485通信接口電路 鍵盤鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的，是向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的狀態(tài)，以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)時(shí)，鍵盤是不可缺少的輸入設(shè)備，它是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。 鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種方式。編碼鍵盤通過硬件的方法產(chǎn)生鍵碼，它具有接口簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。非編碼鍵盤是通過軟件的方法產(chǎn)生鍵碼，它不需專用的硬件電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但響應(yīng)速度不如編碼鍵盤。在本設(shè)計(jì)中，由于按鍵的數(shù)目少，單片機(jī)I/O口資源充裕，所以采用編碼鍵盤。鍵盤是由按鍵構(gòu)成的，鍵的閉合與否通常用高、低電平來進(jìn)行檢測(cè)。鍵閉合時(shí)，該鍵為高電平；鍵斷開時(shí)，該鍵為低電平。鍵的閉合與斷開都是利用其機(jī)械彈性，由于機(jī)械彈性的作用，鍵在閉合與斷開的瞬間均有抖動(dòng)過程，抖動(dòng)的時(shí)間一般是5~10ms。為了使CPU對(duì)鍵的一次閉合僅做一次鍵處理，必須去抖動(dòng)。去抖動(dòng)有硬件的方法和軟件的方法兩種。軟件去抖動(dòng)就是檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10~20ms的延時(shí)子程序后，再確認(rèn)鍵是否仍然保持閉合狀態(tài)。如仍閉合，則確認(rèn)為此鍵按下，消除了抖動(dòng)影響?？紤]該系統(tǒng)的復(fù)雜程度，決定選用獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤直接用I/口線連接。每個(gè)按鍵接一根輸入線，占用一根I/O口線，各鍵的工作狀態(tài)互不影響。獨(dú)立式鍵盤的工作方式有查詢式和中斷式，本設(shè)計(jì)采用查詢式，如圖49所示。 圖49 獨(dú)立式鍵盤第5章 軟件基礎(chǔ) C語言簡(jiǎn)介用于單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的常用編程語言是匯編語言和C語言，在本設(shè)計(jì)中使用C語言編程。C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，能產(chǎn)生高效率的緊湊代碼。C語言含有許多本應(yīng)由匯編語言實(shí)現(xiàn)的機(jī)器級(jí)函數(shù)，同時(shí)與匯編語言相比，它又具有如下優(yōu)點(diǎn)：不需要了解單片機(jī)的指令系統(tǒng)，僅僅要求對(duì)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步的了解；寄存器分配、存儲(chǔ)器尋址以及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，使得程序結(jié)構(gòu)化；程序更具可讀性；高的編程及