【正文】 即可以實現預定的任務又可以簡化電路設計。如圖 61 為單片機與 PC 機實現串行通信的系統(tǒng)結構圖。28 圖 61　串行通信系統(tǒng)結構圖 總電路設計在一般的情況下，PC 機的電平標準是 RS232C，而單片機串行口給出的是 TTL 電平，因而在單片機和 PC 機的串行口 TxD、RxD 四端加 MAX232 以實現 TTL 電平和RS—232 電平之間的轉換。單片機通信采用端口 RxD、TxD，PC 機選用 COM1 口或COM2 口( 本設計調試大多數時候用的是 COM1 口)。本次的電路圖中增加了 D1 至 D8 這8 個發(fā)光二極管是為了在實現串口自我檢測時能直觀地從發(fā)光二極管的閃爍情況看出串口通信是否成功，如轉化為十六進制就可以就燈的閃爍情況判斷其發(fā)送的最后兩位是否正確。 圖 62　總電路設計圖 相關部分電路分析（1） 電源部分：AT89C51 單片機及芯片 MAX232 的電源都是+5V 直流電源來供電，本來按照設計思29想，輸出電壓是 5V 的 L7805CV 三端穩(wěn)壓器是一個不錯的選擇，但為了方便調試，本設計的電源供電采用外部可調變壓器將家庭用電變成 5V 進行供電。（2） 單片機引腳部分本設計用的單片機是 AT89C51，其管腳功能在以上的分析中已介紹過，這里就不再贅述，這里介紹的是與本設計相關的引腳的連接。P0 口未用，P1 口作為 LED 燈的連接控制端，P2 口的后四個（～）作為開關控制口，9 號腳(RST)接復位電路，119號腳(XTALXTAL2)分別接晶振電路的兩端，31 、40 號腳（ /Vpp、VCC）外接電源，EA而 TxD 和 RxD 則分別接 MAX232 的 T1IN 和 T1OUT，20 號腳（GND）接地，其他管腳懸空。（3） 單片機晶振部分：AT89C51 單片機內部有自帶振蕩電路。而本設計采用內部時鐘方式，在 AT89C51 芯片內部振蕩電路中，將 XTAL1 和 XTAL2 的引腳外接定時元件，內部震蕩器就能構成自激振蕩。這里的定時元件采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，晶體的頻率選擇，這是為了方便獲得標準的波特率，兩個電容均為 30pF。具體的連接方法如圖 63 所示，電路中的電容主要是起頻率微調作用。而在連接的過程中，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般情況采用瓷片電容較為適宜。 圖 63 圖 64（4） 基本按鍵設計部分：按鍵輸入是用來控制程序執(zhí)行時數據的輸入或是特殊功能的設置及操作。本設計采用的是獨立連接式鍵盤。這是一種最簡單的鍵盤，每個鍵獨立地接入一根數據輸入線，獨立連接式鍵盤連接圖如圖 64 所示。當沒有鍵按下時，所有的數據輸入線都為高電平；當有任意一個鍵被按下時，與之相連的數據輸入線將變成低電平，從而形成通路。通過軟件編程，可以判斷是否有鍵被按下。從而實現在 PC 機與單片機通信過程中起到控制通信的作用。這種鍵盤對于在鍵盤要求不多的單片機系統(tǒng)中，使用方便，硬件、軟件結構簡單，但不適合在鍵盤要求較多的系統(tǒng)中使用。（5） 電平轉換部分：單片機串行傳輸接口的輸入、輸出電平是 TTL 電平，而 PC 機配置的是 RS232 標準串行接口，要完成單片機與 PC 機的數據通信，在此就需要使用 MAX232 芯片來實現電平轉換。PC 機和單片機最簡單的連接是零 MODEM 三線經濟型。這是進行全雙工通信所30必須的最少線路。圖 65 給出電平轉換部分電路連接圖，其中 12 引腳接單片機的 RxD 端，14 腳接 DB9 的 RxD 端，11 引腳接單片機的 TxD 端， 13 腳接 DB9 的 TxD 端。所接電容均為 1uF，但要注意其極性，這樣可以提高抗干擾能力。圖 65　電平轉換圖（6） 單片機復位部分：本設計采用上電復位電路，如圖 66 所示。這種復位電路的工作原理如下：接通電源瞬間，電容兩端相當于是短路，RST 引腳上為高電平。接著電源通過電阻對電容充電，RST 端電壓慢慢降下來，降到一定程度，即為低電平時，單片機開始正常工作。另外手動 S0 開關按鍵，只要按下 S0 開關鍵便可以重新執(zhí)行程序。 圖 66　單片機復位圖 圖 67 LED 燈顯示圖（7） LED 燈顯示部分：這 8 個 LED 燈的主要功能是將發(fā)送的最后兩個數字用 2 進制顯示出來，燈亮為低電平（0） ，燈不亮為高電平（1） 。由 AT89C51 單片機的 P1 口連接，加上 8 個上拉電阻主要是為其提供足夠點亮 LED 燈的電壓。其圖如 67。317 相關程序設計和通信測試 監(jiān)測控制系統(tǒng)流程本設計的研究的串行通信在工業(yè)監(jiān)測中的應用，但由于時間、資源、工作量等因素，在主要設計內容中，對監(jiān)測控制系統(tǒng)闡述并不太多，這里就簡單介紹下在數據進入系統(tǒng)機之前的一些流程。一般的控制系統(tǒng)都是由微機、接口電路、外部通用設備、工業(yè)生產對象等組成，其一般的工作流程如下：在生產對象中，被測參數如溫度、流量、壓力、速度等一些連續(xù)變化的模擬量，經傳感器、變換器，轉換成統(tǒng)一的標準信號，再經多路開關分時送到 A/D 轉換器進行模擬/數字轉換；轉換后的數字量通過接口（本論文用的是串行接口）送入計算機。在計算機內部，用軟件或程序對采集的數據進行處理和計算，然后經模擬量輸出通道輸出，輸出的數字量經 D/A 轉換器轉換成模擬量，再經反多路開關與相應的執(zhí)行機構相連，以達到對被測參數控制的目的 [14]。下圖是其數據在進入系統(tǒng)機之前的流程圖。 圖 71　數據輸入 PC 機之前流程圖 單片機程序流程本設計研究的是單片機的串行數據傳輸技術，要把單片機和其他系統(tǒng)機構成一個可通信的系統(tǒng)來演示和實現單片機的這種功能。本設計采用的系統(tǒng)機是 PC 機，將設計制作32好的單片機與 PC 機用串口連接線連接起來，就可達到一個串行調試的效果，在單片機端的流程就是首先在設計好的硬件上對程序進行初始化，將既定的有關數據通過軟件寫進單片機；然后才是針對各種功能將有關程序設計出來編寫進單片機，包括發(fā)送接收子程序、按鍵通信程序、LED 燈點亮程序、延時去抖動程序等。下圖就是 AT89C51 單片機程序設計總流程圖。 圖 72 總流程圖（1） 單片機發(fā)送字符流程本設計中的單片機的發(fā)送程序流程如圖 73，這里主要介紹的是將單片機中的程序發(fā)送到 PC 機上的流程。單片機試驗板上有四個鍵，每個按鍵對應著不同的程序，按鍵時將已設定好，編寫進單片機的數據表發(fā)送到 PC 機，這就是單片機的發(fā)送過程。并且在編寫程序的過程中，將 DPTR 的初始地址編寫進去，這樣讀取數據的時候就有了初始的入口地址，并能根據入口地址有效地查找到相應的數據表，將其送出。（2） 單片機接收字符流程在本設計中，數據從 PC 機上發(fā)送過來，必須設計相應的接收程序將字符接收下來，并要驗證其接收的字符是否正確。這里用 LED 燈的亮滅來判斷是否正確（由于只有 8 個燈，故只能驗證字符的最后兩位） 。這就是整個單片機接收字符的過程。其流程圖如 7334。 圖 73 發(fā)送流程圖 圖 74 接收流程圖 串行口初始化串行口初始化就是將一些事先約定的東西編寫進單片機，初始化串行傳輸端口主要有以下 4 個方面的設定：傳輸率，傳送位數，奇偶校驗位和停止位。這里設置傳輸率為9600bps ，傳送位數為 8 位；沒有奇偶校驗位；停止位為 1 位。 （以上的設定是整個調試過程所采用的固定設定）（1）設置定時器 1 工作模式，即設定 TMOD 寄存器，使用定時器 1，工作在模式2，8 位自動重新加載計數值，由其格式則可以得出 TMOD 寄存器值為 20H（0010 0000） ，程序為：MOV TMOD，20H。（2）設定波特率，本設計所用的實驗板上的石英振蕩器工作頻率是 ，傳輸的波特率為 9600bps，由波特率＝ ，也即：)256(13XfoscSMOD??9600＝ 。)256(1093X??從而解得：X=253，也即 TH1=FDH，因此設置定時器 1 為重新加載 FDH，對 TH1寫入計數值，相應的 TL1 也要有相同的數值（FDH ） ，程序為：MOV TH1，0FDH。（3）設置串行口控制寄存器 SCON，以串行口的工作方式為方式 1 進行數據傳送，并將接收設為允許，由其格式可知 SCON 寄存器值為 50H（0101 0000） ，程序為：MOV 34SCON，50H 。（4）激活定時器 1，將控制寄存器 TCON 的位 6（ TR1）置 1，則表示打開 T1 定時器，就能正確地產生波特率時鐘，程序為：SETB TR1。（5）關中斷，本設計用的是查詢方式，所以在初始化時要先關中斷，也即將中斷允許控制寄存器中的 ES 置零，程序為：CLR ES。 由上可知， AT89C51 單片機串行通信用匯編語言表示的初始化程序為：SERIAL_INIT: 。用定時器 1 產生波特率，通信協(xié)議為：9600 N 8 1MOV TMOD，20H 。定時器 1 工作于 8 位自動重載模式，用于產生波特率MOV TH1，0FDH 。 fosc=MOV TL1，0FDH 。波特率 9600 MOV SCON，50H 。設定串行口工作方式MOV PCON，00H 。波特率不倍增SETB TR1 。啟動定時器 1 CLR ES 。清零 串行通信程序本設計要求的是單片機的串行數據傳輸技術，而在串行通信程序中是將單片機作為下位機，將 PC 機作為上位機，兩者通過串口線連接進行串行通信。其具體是實現運行過程如下：其中一個簡便的方法是在 PC 機上下載一個串口調試軟件 “串口調試助手”，然后分別設定：端口號：COM1；波特率：9600；數據位：8；停止位：1；校驗位：None。再將自制的單片機試驗板與 PC 機自帶的串口用串口連接線連接起來，插上電源，就可以開始進行串行通信的通信驗證了。其調試過程和順序是這樣的：如果在串口調試助手的發(fā)送窗口中發(fā)送 00H～FFH，單片機接收數據，并把數據送到 P1 口，從 P1 口控制的 LED 的亮滅情況就能反映從 PC 機傳給單片機的串行通信是否正確。此時單片機同時也將接收到的數據回送給 PC 機，并能在串口調試助手的接收窗口上顯示出來。從接收窗口中的內容可以驗證單片機回送給 PC機的數據是否正確。單片機實驗板上有四個按鍵，每按下一個按鍵，單片機就發(fā)送一串字符串到 PC 機上，并在串口調試助手的接收窗口上顯示這一串字符串。下面就具體分別介紹相關的細節(jié)。（1） 發(fā)送字符串子程序：當按下實驗板上的四個鍵其中一個，單片機就發(fā)送對應的一串字符串到 PC 機上。編寫程序的時候，字符串通過表的形式來建立，字符串以 00H 結尾，當發(fā)送程序檢測到所送的字符是 00H 時，表示字符串已經發(fā)送完畢，停止發(fā)送。其調試結果如圖 75發(fā)送字符串的程序代碼如下：35；發(fā)送字符串到 PC，入口地址為 DPTRSEND_CHAR： CLR A SEND： MOVC A ，@A +DPTR JZ RETURN ；字符串以 00H 結尾，當檢測到 00H，結束發(fā)送 MOV SBUF ，A JNB TI ，$ CLR TI INC DPTR CLR A AJMP SENDRETURN： RET 圖 75 單片機發(fā)送字符在 PC 機上顯示圖（3） 接收數符子程序：接收字符的具體流程上面也有相當的闡述，這里主要給出的是其接收程序：RX： CLR RI ；清除 RI 并等待下一個字符 MOV A ，SBUF ；接收字符 MOV 30H ，A ；暫存在 30H MOV P1 ，30H ；送到 P1 口，點亮相應的 LED36NEXT： MOV A ，30H ；把接收到的字符回送到 PC MOV SBUF ，A JNB TI ，$ CLR TIRX_EXIT：AJMP LOOP圖 76 是 PC 機發(fā)送給單片機，單片機再回送給 PC 機的驗證圖（這里在發(fā)送區(qū)輸入Liu haisheng，由圖可知接收區(qū)接收的字符也是 Liu haisheng，說明能正常通信）： 圖 76 單片機接收并回送 PC 機驗證圖378 設計總結 本設計寫到這里，大部分的設計工作都已經完成了