【正文】 則必然會(huì)造成數(shù)據(jù)位的丟失。（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）。最后發(fā)送一個(gè)高電平的停止位。串行通信中，甲機(jī)CPU向SBUF寫入數(shù)據(jù)（MOV SBUF,A),就啟動(dòng)發(fā)送過程。 51系列單片機(jī)串口工作原理設(shè)有兩個(gè)單片機(jī)串行通信，甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收。對于發(fā)送器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)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。在進(jìn)行通信時(shí)，外界的串行數(shù)據(jù)是通過引腳RXD()輸入的。特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD為串行口波特率的倍增控制位。特殊功能寄存器SCON用于存放串行口的控制信息和狀態(tài)信息。 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。方式2和方式3，是9位的異步通信方式，通常用于多機(jī)通信。51單片機(jī)的串口有4種工作方式，分別是方式0、方式方式方式3。其幀格式為：1個(gè)起始位，8或9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。 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)。由于定時(shí)器的計(jì)數(shù)初值可以人為改變，T1產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率也可以改變，因此稱為可變波特率方式。在單片機(jī)中，發(fā)送/接收時(shí)鐘可以由系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生，其波特率因子可為132和64，根據(jù)方式而不同。所以，發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘也可稱為移位時(shí)鐘，能產(chǎn)生該時(shí)鐘的電路稱為波特率發(fā)送器。在異步串行通信中，波特率一般為509600bps。波特率是指在串行通信中，單位時(shí)間里傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的位數(shù),單位是b/s或bps（位/秒）。因此本系統(tǒng)采用異步串行通信。同步串行通信方式不再以字節(jié)為單位,而是以數(shù)據(jù)塊為單位,每個(gè)數(shù)據(jù)塊可以有多個(gè)字節(jié)構(gòu)成,只在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的前后加上起始位和停止位,這樣減少了需要額外傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)的長度,自然也就提高了傳輸?shù)男?。這樣組合而成的一組數(shù)據(jù)被稱為一幀。根據(jù)采用的同步方式的不同, 將串行通信進(jìn)一步分為同步串行通信和異步串行通信兩種。因此，為了能夠綜合展示單片機(jī)串行通信的的應(yīng)用，本系統(tǒng)采用半雙工方式。AT89C51單片機(jī)在硬件上具有全雙工的結(jié)構(gòu)。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。通信雙方可通過傳輸線交替地進(jìn)行雙向傳輸,每個(gè)通信方都可以作為發(fā)送方或接收方,但在任一時(shí)刻,不能同時(shí)作為發(fā)送方和接收方，這樣的通信方 通信方式示意圖式稱為半雙工方式。在串行通信中，通信雙方在任一時(shí)刻,只能單方向的傳送數(shù)據(jù)，這樣的傳送方法稱為單工方式。傳輸線少，通信線路簡單，通信速度慢，成本低，適合于多數(shù)位、長距離通信的場合。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(hào)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。通信有并行通信和串行通信兩種基本方式。單片機(jī)串行通信在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分重要，是設(shè)計(jì)的核心部分，為此需要在此對通信部分做一些介紹。由于題目沒有給出具體的系統(tǒng)功能要求，因此有很大的設(shè)計(jì)空間。通過以上六個(gè)方面的闡述說明，將會(huì)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(shí)。 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 完成控制系統(tǒng)在Proteus ISIS環(huán)境中的仿真與調(diào)試，主要是根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證硬件原理圖以及軟件編寫的是否正確。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)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(shè)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(hào)、電氣檢測以及元器件屬性設(shè)置等內(nèi)容。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 主要論述通信的基本知識(shí)和系統(tǒng)的方案選擇。 在本論文中，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有五個(gè)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(shè)計(jì)；三是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；四是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；五是系統(tǒng)仿真與調(diào)試；六是系統(tǒng)硬件PCB設(shè)計(jì)。通過Proteus對單片機(jī)串行通信的仿真和調(diào)試，不僅是對51單片機(jī)知識(shí)的綜合學(xué)習(xí)，也是熟悉Proteus軟件的應(yīng)用過程。既可通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)來控制和監(jiān)視多臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng),也可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)單片機(jī)之間的互聯(lián),組成不同的控制系統(tǒng),適應(yīng)不同的應(yīng)用場合[6]。 串行通信是CPU與外界交換信息的一種基本方式，單片機(jī)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集或工業(yè)控制時(shí)，往往作為前端機(jī)安裝在工業(yè)現(xiàn)場，遠(yuǎn)離主機(jī)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采用串行通信方式發(fā)送給主機(jī)并進(jìn)行處理，以降低成本，提高通信的可靠性。雖然Proteus在單片機(jī)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)上有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是在國內(nèi)的發(fā)展才幾年的時(shí)間，其應(yīng)用還未普及。國內(nèi)外的很多知名大學(xué)已經(jīng)開始使Proteus作為他們的教學(xué)工具，比如Stanford University，University Of California，Cambridge University，Carlisle college，香港理工大學(xué)，中山大學(xué)，華南理工大學(xué)，哈爾濱工程大學(xué)等幾十所高校。它集成了文件編譯處理、編譯連接、項(xiàng)目管理，窗口、工具引用和軟件仿真調(diào)試等多種功能，是相當(dāng)強(qiáng)大的的開發(fā)工具[5]。Keil是Keil Software公司開發(fā)的，是目前世界上最好的51單片機(jī)開發(fā)工具之一。對于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象[3][4]。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。Proteus 軟件集成了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE 電路仿真、PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Proteus 軟件是由英國Lab Center Electronics 公司開發(fā)的EDA 工具軟件。雖然現(xiàn)在的電路設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)很多，諸如PROTEL、ORCAD、EWB 、Multisim等，不過這些軟件之間的差別都不大：都有原理圖和PCB制作功能，都能進(jìn)行諸如頻率響應(yīng)，噪音分析等電路分析，主要用于模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的性能仿真與分析，但對于單片機(jī)設(shè)計(jì)及軟件編程，最重要的是兩者的聯(lián)調(diào)，這些軟件都無法實(shí)現(xiàn)，所以造成了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期長、設(shè)計(jì)費(fèi)用高等缺點(diǎn)[2]。因此引入EDA軟件仿真系統(tǒng)建立虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅可以大大提高單片機(jī)的學(xué)習(xí)效率，而且大大減少硬件設(shè)備的資金投入，同時(shí)降低對硬件設(shè)備的維護(hù)工作。然而單片機(jī)是一門綜合性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，其學(xué)習(xí)涉及的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)比較多，硬件設(shè)備投入比較大，對于大多數(shù)人而言很難投入大筆資金去購買實(shí)驗(yàn)器件。所以，對于電氣類學(xué)生而言，學(xué)習(xí)一種單片機(jī)的開發(fā)是十分必要的。在汽車、通信、智能儀表、家用電器和軍事設(shè)備的智能化以及實(shí)時(shí)過程控制等方面，單片機(jī)都扮演著非常重要的角色[1]。單片機(jī)串口通信設(shè)計(jì)方案目前，單片機(jī)的發(fā)展速度大約每兩、三年要更新一代，集成度增加一倍，功能翻一番。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣已達(dá)到了驚人的地步，它已滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。因此單片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有廣闊的前景。而51系列的單片機(jī)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其處理速度更快，性能更優(yōu)越，在工業(yè)控制領(lǐng)域上占據(jù)十分重要的地位，通過對51系列單片機(jī)的學(xué)習(xí)而掌握單片機(jī)開發(fā)的過程是一種不錯(cuò)的選擇。而且要進(jìn)行硬件電路測試和調(diào)試，必須在電路板制作完成、元器件焊接完畢之后進(jìn)行，但這些工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。EDA設(shè)計(jì)思路是：從元器件的選取到連接、直至電路的調(diào)試、分析和軟件的編譯，都是在計(jì)算機(jī)中完成，所用的工作都是虛擬的。新款的EDA軟件Proteus解決了上述軟件的不足，成為目前最好的一款單片機(jī)學(xué)習(xí)仿真軟件。Proteus軟件已有近20年的歷史，在全球已得到相當(dāng)廣泛的使用。Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用Proteus ARES軟件，很容易獲得其PCB圖，為今后的系統(tǒng)制造提供了方便。Proteus 軟件支持許多通用的微控制器，如PCI系列、AVR系列、HC11系列、68000系列、Z80系列、8051系列以及各種外圍芯片；包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，具有對寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單步模式IAR、CSPY、Keil、MALAB等開發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試的功能；能夠觀察代碼在仿真硬件上的實(shí)時(shí)運(yùn)行效果、對顯示、按鈕、鍵盤等外設(shè)的交互可視化進(jìn)行仿真；具有6000 多種模擬和數(shù)字器件的模型庫；具有單步斷點(diǎn)設(shè)置等調(diào)試功能；能夠與常用的匯編器、編譯器如IAR、Keil、Proton 等協(xié)同調(diào)試；有直流電流表/電壓表、交流電壓表/電流表、示波器邏輯分析儀、計(jì)數(shù)/按時(shí)/頻率計(jì)虛擬終端、SPI 調(diào)試器等虛擬儀器，以仿真中的測量記錄提供了方便；支持圖形化的分析功能，具有頻率特性、傅立葉、失真、噪聲分析等多種繪圖方式、可將仿真曲線精美地繪制出來[3]。 軟件本身支持?jǐn)?shù)百種51系列單片機(jī)機(jī)芯，可以用來編譯C源碼、匯編程序、連接和重定位目標(biāo)文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化文件管理編譯環(huán)境。Proteus ISIS與Keil整合起來使用，充分利用各自的仿真功能，單片機(jī)的軟硬件的調(diào)試和仿真，將變得非常直觀和生動(dòng)。他們一致認(rèn)為該軟件在教學(xué)中的應(yīng)用有很大的幫助，其靈活自主的設(shè)計(jì)方式使學(xué)生更能體驗(yàn)到電子設(shè)計(jì)的魅力，學(xué)生對單片機(jī)以及電子設(shè)計(jì)的興趣大大提升，知識(shí)的掌握和應(yīng)用當(dāng)然也有了很大的提高。因此，通過Proteus仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)之間的串口通信，是對EDA軟件Proteus的使用過程的學(xué)習(xí)，也為以后利用該軟件進(jìn)行電子設(shè)計(jì)與開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)，以跟上現(xiàn)代科技的快車去適應(yīng)激烈競爭的環(huán)境。51系列單片機(jī)自身有全雙工的異步串行通信接口，實(shí)現(xiàn)串行通信極為方便。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的串口通信所涉及單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)多，概括了單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能、中斷功能和串行通信功能等，是單片機(jī)功能的綜合應(yīng)用。 本論文要求在理解串行通信基本知識(shí)、學(xué)習(xí)并掌握51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、指令系統(tǒng)、C語言程序設(shè)計(jì)、熟悉Keil軟件的編程與調(diào)試環(huán)境以及掌握Proteus仿真軟件的使用環(huán)境、元器件調(diào)用、虛擬儀器應(yīng)用、原理圖設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試的基礎(chǔ)上，完成以下4項(xiàng)任務(wù)： 總結(jié)單片機(jī)串口通信的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)要求，對單片機(jī)串口通信的各種控制 方案進(jìn)行比較，選擇一個(gè)合適的控制方案； 根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，在Proteus仿真環(huán)境中設(shè)計(jì)單片機(jī)串口通信硬件電路； 在Keil環(huán)境中編制串口通信控制程序，并進(jìn)行編譯調(diào)試； 在Proteus仿真環(huán)境中調(diào)用硬件電路，加載控制程序，并進(jìn)仿真調(diào)試。具體章節(jié)安排如下： 緒論 在課題的背景及意義中介紹單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀、單片機(jī)EDA軟件Proteus的優(yōu)勢、Keil集成開發(fā)環(huán)境軟件簡介以及單片機(jī)通信的描述；此外，還簡單的說明介紹了本文設(shè)計(jì)的主要任務(wù)以及論文的主要內(nèi)容。系統(tǒng)的方案選擇主要包括控制器的選擇、串行通信方式比較與方案選擇、顯示方案比較與選擇、編寫程序語言比較和選擇、串行控制方案確定以及系統(tǒng)框圖繪制。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主要介紹了在Keil集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行C51語言的編寫過程、控制系統(tǒng)程序的編寫以及程序流程圖繪制。 系統(tǒng)硬件PCB設(shè)計(jì) 完成串行通信單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)與PCB繪制。 本文的題目是“基于Proteus的51單片機(jī)應(yīng)用——單片機(jī)串行通信設(shè)計(jì)”，主要是通過單片機(jī)串行通信控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來闡述和實(shí)踐51單片機(jī)的應(yīng)用在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的仿真和調(diào)試過程。為了很好地在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上展示51單片機(jī)串行通信的結(jié)果，需要自行設(shè)計(jì)方案。通信是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)與外設(shè)之間及主機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。 并行通信與串行通信 并行通信的特點(diǎn)就是將多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)進(jìn)行傳輸。串行通信的特點(diǎn)就是只用一根數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸,多位數(shù)據(jù)必須在一根數(shù)據(jù)線上順序地進(jìn)行傳送。串行通信按照信息在設(shè)備間的傳輸方向,還可分為單工、半雙工和全雙工三種方式。（a）所示，通信方甲機(jī)只能作為發(fā)送方,而通信方乙機(jī)只能作為接收方,不能互換。（b）所示，通信方甲機(jī)和通信方乙機(jī)都可以作為發(fā)送方或接收方,但在任一時(shí)刻,不能同時(shí)作為發(fā)送方和接收方，通軟件或硬件設(shè)定。（c）所示，通信方甲機(jī)和通信方乙機(jī)同時(shí)可以作為發(fā)送方和接收方。在實(shí)際應(yīng)用中，盡管多數(shù)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。串行通信中要解決好發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間的同步問題,否則會(huì)造成某些數(shù)據(jù)位的丟失而通信失敗。異步串行通信方式是將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照某種位數(shù)進(jìn)行分組（通常以8位的字節(jié)為單位）,在每組數(shù)據(jù)的前面和后面分別加上一位起始位和一位停止位,根據(jù)需要還可以在停止位前加一位校驗(yàn)位,并且停止位的長度還可以增加。 串行異步通信數(shù)據(jù)格式異步串行通信方式的結(jié)構(gòu)簡單,但是數(shù)據(jù)的傳送量增加很多,導(dǎo)致傳輸效率不高,一般用在對傳輸速率要求不高的應(yīng)用中。同步字符1同步字符2數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)字符1校驗(yàn)字符1 串行同步通信數(shù)據(jù)格式同步通信方式的軟硬件的復(fù)雜程度也隨之上升,價(jià)格比較昂貴,一般只在傳輸速率要求較高系統(tǒng)使用。波特率是串行通信中的一個(gè)重要概念，它用于衡量串行通信速度的快慢。例如：每秒鐘傳輸120個(gè)字符,每個(gè)字符由10個(gè)二進(jìn)制位（其中1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位）,其波特率為120字符/秒10位/字符=1200位/秒。在串行傳輸中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列是以數(shù)字波形表示的，發(fā)送時(shí)，在發(fā)送時(shí)鐘的作用下將