【正文】 ........................................................................................ 15 Protues 仿真軟件簡介 .................................................................................................. 15 仿真結(jié)果分析 .............................................................................................................. 15 PC 界面運(yùn)行結(jié)果 ...................................................................................................... 15 單片仿真測試及結(jié)果分析 ....................................................................................... 15 7 結(jié)語 ................................................................................................................................. 17 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 18 致 謝 ................................................................................................................................. 19 附錄 1： PC 機(jī)事件過程及編程 ........................................................................................ 20 附錄 2：單片機(jī)源程序 ...................................................................................................... 23 1 1 引言 單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信 研究背景 近年來，隨 著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， PC 機(jī)以其優(yōu)越的性價(jià)比和豐富的軟件資源成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主流機(jī)種。 由于 單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。 單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信研究目的和意義 現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個(gè)突出特點(diǎn)，就是使工業(yè)控制系統(tǒng)中的所有設(shè)備連接成網(wǎng)，從而在一個(gè)核心軟件管理下工作 ， 形成一個(gè)有機(jī)的整體。 單片機(jī)自誕生以來以其性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉 、功能強(qiáng)大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了 廣泛的應(yīng)用。 這樣 不僅能 夠 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制， 而 且能夠利用 PC 機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能以及友好的控制界面。因此研究 PC 機(jī)與單片機(jī)串行通信具有重要 的現(xiàn)實(shí)及工業(yè)意義。 2 2 串口 通信 基 礎(chǔ) 理論 一般來說，計(jì)算機(jī)都有一個(gè)或多個(gè)串行端口，它們依次為 Com Com Com3等。串行口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用 3 根信號(hào)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的一種通信方式，這三根信號(hào)分別是數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線及控制線。但在并行傳輸中，干擾會(huì)隨線路長度的增加而增加，產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤。并行接口主要使用 36針接頭和 25 針 D 形接頭，目前以 25 針 D 形接頭為主。串行口不同于并行口，它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位在一根傳輸線上傳送的，這樣串行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息。 由于 CPU 與接口間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，要由接收移位寄存器把串行方式轉(zhuǎn)換成并行方式，由發(fā)送移位寄存器把并行方式轉(zhuǎn)換成串行方式。 RS232 串行接口標(biāo)準(zhǔn) 目前 RS232 是 PC 機(jī)與 通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。 RS232 采用不平衡傳輸方式，收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)信號(hào)地 。 表 21 9 針串口引腳個(gè) 25 針串口引腳定義 9 針 串口（ DB9） 25 針串口（ DB25） 針號(hào) 功能說明 縮寫 針號(hào) 功能說明 縮寫 1 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 接收數(shù)據(jù) RXD 3 續(xù)表 21 9 針串口（ DB9） 25 針串口（ DB25） 針號(hào) 功能說明 縮寫 針號(hào) 功能說明 縮寫 3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 5 信號(hào)地 GND 7 信號(hào)地 GND 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 6 數(shù)據(jù) 設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL 典型的 RS232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在 5V~15V，負(fù)電平在 5V~15V；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收器的典型工作電平是3V~12V 和 3V~12V。 表 22 串口通信連接方式 9 針 — 9 針 25 針 — 25 針 9 針 — 25 針 2 3 3 2 2 2 3 2 2 3 3 3 5 5 7 7 5 7 表 22 是對(duì)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備則需要根據(jù)具體情況而定。通過對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng) 編程操作，就可以輕松實(shí)現(xiàn)串口通信。MSComm 控件提供兩種處理通信的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。這種方式下，在 4 事件發(fā)生 時(shí) ，如在串口接收緩沖區(qū)有字符等 ， 可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲 并處理這些通信事件， OnComm 事件還可以檢查和處理通信錯(cuò)誤。這種方法的優(yōu)點(diǎn)使程序響應(yīng)及時(shí)、可靠。在程序的關(guān)鍵功能后，可以通過檢查 CommEvent 屬性的值來查詢事件和錯(cuò)誤，編寫自己的程序代碼。 5 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì) 通信 協(xié)議 設(shè)定 硬件接口：單片輸出的 TTL 電平經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片 轉(zhuǎn)換成為 RS232 信號(hào)，然后與PC 機(jī)互連。 通信波特率： 9600bps。 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 下位機(jī)可以脫機(jī)單獨(dú) 工作 ，并用存儲(chǔ)器存儲(chǔ) 由 PC 機(jī)傳送來的數(shù)據(jù) ，通信 時(shí) 由上位機(jī)發(fā)出 通信請(qǐng)求 ，要求下位機(jī) 給出回應(yīng) 。 傳送數(shù)據(jù)前先發(fā)數(shù)據(jù)數(shù)目，接下 來 發(fā)送數(shù)據(jù)， 下位機(jī) 接收數(shù)據(jù)并動(dòng)態(tài)顯示在 LED 數(shù)碼管上 。在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口。 jiantou Visual Basic（簡稱 VB）是 Windows 操作系統(tǒng)下簡單、易學(xué)、高效的應(yīng)用軟件開發(fā)工具 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)， PC 機(jī)的通 信 程序使用Visual Basic 編寫 ， 單片機(jī)的程序用匯編語言 編 寫。 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的 CMOS8 位單片機(jī)片 ， 內(nèi) 置 4Kbytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128bytes 的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) ， 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令 系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 1） AT89C51 性能參數(shù) AT89C51 有如下性能參數(shù)： 4k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器 ； 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz； 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ； 6 個(gè)中斷 源 ， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 2） AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 AT89C51 包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，其功能框圖如圖 41 所示。 圖 42 AT89C51 引腳配置 3） AT89C51 串行口 結(jié)構(gòu) （ 1）數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF 串行口 是一個(gè)可尋址的專用寄存器， 有兩個(gè)物理空間上各自獨(dú)立的發(fā)送緩沖器和接受緩沖器 ，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信 ， 這兩個(gè)寄存器具有同一地址（ 99H）。 （ 2）串行口控制寄存器 SCON 它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行 通信的控制，單元地址是 98H，其結(jié)構(gòu)格式 如表 41 所示。 表 42 特殊功能 寄存器 PCON PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號(hào) SMOD GF1 GF0 PD IDL SMOD：波特率 選擇位。 單電源 轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 MAX232 是 MAXIM 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收 /驅(qū)動(dòng)器的芯片。硬件接口簡單，被廣泛使用。 圖 43 MAX232 芯片引腳 配置 和典型工作電路 74LS245LED 驅(qū)動(dòng)芯片 74LS245 是常用的芯片，用來驅(qū)動(dòng) led 或者其他的設(shè)備，它是 8 路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)片選端 CE 低電平有效時(shí)， DIR=“0”，信號(hào)由 B 向 A 傳輸； DIR=“1”， 信號(hào)由 A 向 B 傳輸；當(dāng) CE 為高電平時(shí)， A、 B 均為高阻態(tài)，其引腳配置如 圖 44 所示。 圖 45 “ 8”字形數(shù)碼管 LED 顯示器一般分為共陰極和共陽極兩種，共陰極是將 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起作為公共端，而共陽極則是將 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽極連在一起作為公共端，其構(gòu)成如圖 45 所示。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式工作原理是每一個(gè) LED 顯示器有一個(gè) I/O 端口驅(qū)動(dòng)， 亮度大，占用 I/O（ b）共陰極 （ c）共陽極 （ a）管腳配置 10 端口多，顯示位數(shù)多時(shí)很少采用；動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式的工作原理是將多個(gè)顯示器的段碼同名端連接在一起，位碼分別控制，利用眼睛的余暉暫留效應(yīng)，分別顯示。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中采用 AT89C51 單片機(jī)作為下位機(jī)， PC 機(jī)作為上位機(jī) ，兩者通過 RS232串行口收發(fā)數(shù)據(jù) 。 單片機(jī)系統(tǒng)總體電路如圖 46 所示。 啟動(dòng)后，會(huì)彈出“ New Projiect”對(duì)話框，如圖 51 所示。 （ 3）單擊“ Standard EXE”項(xiàng)，再單擊“打開”按鈕，或直接雙擊“ Standard EXE”建立程序開發(fā)窗口。 2） 加入串口通信控件 （ 1）默認(rèn)的控件工具欄中沒有 MSComm 控件，因此要先把它加入到控件工具欄上。 12 圖 52 添加 MSComm 控件 （ 2）選擇“ Controls”選項(xiàng)卡中的“ Microsoft Comm Control ”項(xiàng)，單擊“確定”按鈕把它加入到控件工具欄中。 在窗體中添加需要的控件，調(diào)整控件的大小及在窗體中的位置，得到如圖 53 所示的 窗體 界面，其控件屬性及功能如表 51 所示。 圖 54 應(yīng)用界面代碼程序流程圖 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)程序 主要完成與 PC 機(jī)的通信及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示，包括三個(gè)主要的模塊：顯示模塊、通信模塊 、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊 和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示模塊。單片機(jī)系 統(tǒng) 源程序見附錄 2。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 圖 61 PC 機(jī)通信程序運(yùn)行結(jié)果 點(diǎn)擊“退出”按鈕時(shí)，退出應(yīng)用程序。 單片仿真測試及結(jié)果分