串口通信测试系统设计.doc

毕业设计(论文)开题报告题 目： 串口通信测试系统设计 院 系： 专 业： 自 动 化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2010年 3 月 26 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一、背景和意义随着现代控制技术的发展，在工业控制领域需要对现场数据进行实时采集，在一些重要场合对数据采集的要求更高，例如在电厂、钢铁厂、化工领域的生产中都需要对大量数据进行现场采集，而温度采集又是其中极为重要的部分，因此，需要一种高精度、低成本的数据采集与控制系统。串行通讯接口标准经过使用和发展，目前已有多种，不过都是在RS-232C的基础上改进而形成的。RS-232C标准是美国EIA（电子工业联合会）与BELL公司一起开发并于1969年公布的通讯协议。因此，他作为一种标准，目前已在微机通讯接口中被广泛采用，他不仅已被内置于每台计算机，同时也已被内置于从微处理器到主机的多种类型的计算机及其相连设备。而串口与单片机的通讯技术可以解决多台下位机的多内容同时显示，还可以方便地完成多机通讯技术、多数据处理等优点。但是当同时用到两种通信方式时，很可能产生串口冲突或其他不可预料的错误，对开发工作极其不利。所以，此系统解决了这种开发中的问题，依靠软件仿真数据信号的发送、接收和多种通讯方式的测试。利用简单的硬件连接去检测串口和单片机通讯是否能正常工作。二、定义及原理串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配。RS-232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个接脚 (DB-9) 或是25个接脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以RS-232C为主来讨论。RS-323C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。RS232是单片机间，或单片机与上位机间通讯联络用。MAX232作为RS232的电平转换芯片，完成TTL电平到RS232电平的转换。三、硬件设计 串行口的发送过程由指令MOV SBUF，A启动，即CPU由一条写发送缓冲器的指令把数据（字符）写入串行口的发送缓冲器SBUF（发）中，再由硬件电路自动在字符的始、末加上起始位（低电平）、停止位（高电平）及其它控制位（如奇偶位等），然后在移位脉冲SHIFT的控制下，低位在前，高位在后，从TXD端（方式0除外）一位位地向外发送。串行口的接收与否受制于允许接收位REN的状态，当REN被软件置“1”后，允许接收器接收。接收端RXD一位位地接收数据，直到收到一个完整的字符数据后，控制电路进行最后一次移位，自动去掉启始位，使接收中断标志RI置“1”，并向CPU申请中断。CPU响应中断，用一条指令（MOV A，SBUF）把接收缓冲器SBUF（收）的内容读入累加器。3.1MCS51模块MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的， 89C51是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。MCS51单片机的内部总体结构其基本特性如下：RS232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个接脚 (DB-9) 或是25个接脚 (DB-25) 的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。MCS-51内部含有一个可编程全双工串行通信接口，具有UART的全部功能。该接口电路不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移位寄存器使用。在进行异步通信时，数据的发送和接收分别在各自的时钟（TCLK和RCLK）控制下进行的，但都必须与字符位数的波特率保持一致。MCS-51串行口的发送和接收时钟可由两种方式产生，一种是由主机频率fosc经分频后产生，另一种方式是由内部标准的51单片机都有一个全双工串行 通讯接口，利用这个通讯接口，我们可以方便地与其它单片机系统或电脑（PC机）进行串行通信，相互交换数据，串口对单片机意义重大，不但可以将单片机采集 的实时数据传输到电脑上，而且也能接受电脑对单片机的控制指令，实现对单片机的智能化控制，从而开发出以计算机为控制中心的数据采集监控自动化控制系统，这样不仅拓宽了单片机的应用领域，而且使我们的控制系统、监控系统可以充分利用计算机强大的数据处理能力和管理功能，使系统功能更加完善、更加强大，更加完美。3.2 RS-232-C模块RS-232-C是目前最常用的一种串行通讯接口，它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座。后来的PC上使用简化了的9芯D型插座。现在应用中25芯插头座已很少采用。现在的台式电脑一般有两个串行口：COM1和COM2，从设备管理器的端口列表中就可以看到。硬件表现为计算机后面的9针D形接口，由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头。现在有很多手机数据线或者物流接收器都采用COM口与计算机相连，很多投影机，液晶电视等设备都具有了此接口，厂家也常常会提供控制协议，便于在控制方面实现编程受控，现在越来越多的智能会议室和家居建设都采用了中央控制设备对多种受控设备的串口控制方式。3.3 MAX232与PC的连接电路MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。电容可以取0.1uF到10uF、左右的电容，有极性无极性均可，但是使用有极性的电容一定注意正负方向。据查阅资料：由RS-232C标准规定在码元畸变小于4的情况下，传输电缆长度应为15m，在实际应用中。约有99的用户是按码元畸变10-20的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过15m，一般能满足个人和近距离设备的需要。参考文献1 汪志锋. 可编程序控制器原理与应用M.山东：山东建材工业学院信息与控制工程系, 20031 王绍燕,王卫江. PC机与单片机间通信程序的实现J. 电子产品世界, 2002 (3) :39-40.2 梁建均. 32位视窗系统串行通讯的串口设置J. 阳师范学院学报, 2002 (2) :13-15.3 冯雪飞,陈文亮. Windows 平台下串行通信的几种现方法J. 机械制造与自动化, 2002 (1) :33-38.4 任全, 陈西宏. Win32 环境下Modem 数据传输现方法及通信协议研究J. 计算机应用研究, 2002: 55-57.5 Humm Gerhard. Teleservice-the Hotline to the liftJ. Elevator World, 1998: 46(5).6 秦龙. MSP430单片机应用系统开发典型实例M. 中国电力出版社, 2005.7 祁国梁. 基于单片机的GPRS无线通信协议D.山东省科学院海洋仪器仪表研究所,青岛,2007.8 杨雷,郑国恒,王立端. 基于GPRS的远程雨量监测系统D. 郑州大学,物理电子学, 2005.9 张浩,孟开元,曹庆年. 基于MSP430和MAX1452的温度补偿系统设计D.西安石油大学计算机学院, 2006.10 李湘江. 基于VC+串行通信技术的应用开发J. 2002.4:98-100.11 李建忠. 单片机原理及应用M.西安:西安电子科技大学出版社, 2003. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、 目的与意义串行口是计算机与外部设备之间进行数据交换的重要介质，作为一种灵活、方便、可靠的通信方式被广泛采用，这种通信的实现，经常要组成上位机为PC机而下位机为单片机的二级系统，通过RS-232进行通信。可将PC机与单片机组成通信系统利用高级语言的通信控件Mscomm及编程方法进行串口通信，这样可以很好地实现PC机与单片机之间的实时数据传送。在本系统设计时，需要把单片机采集的温度在上位机PC上显示出来。二、 发展现状和前景展望1、串口的优点串口形容一下就是一条车道，而并口就是有8个车道同一时刻能传送8位（一个字节）数据。但是并不是并口快，由于8位通道之间的互相干扰。传输时速度就受到了限制。而且当传输出错时，要同时重新传8个位的数据。串口没有干扰，传输出错后重发一位就可以了。所以要比并口快，串口硬盘就是这样被人们重视的。2、发展现状串口叫做串行接口，也称串行通信接口，按电气标准及协议来分包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等。 RS-232-C、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。RS-232-C：也称标准串口，是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 准。它的全名 是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座。后来的PC上使用简化了的9芯D型插座。现在应用中25芯插头座已很少采用。现在的台式电脑一般有两个串行口：COM1和COM2，从设备管理器的端口列表中就可以看到。硬件表现为计算机后面的9针D形接口，由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头。现在有很多手机数据线或者物流接收器都采用COM口与计算机相连，很多投影机，液晶电视等设备都具有了此接口，厂家也常常会提供控制协议，便于在控制方面实现编程受控，现在越来越多的智能会议室和家居建设都采用了中央控制设备对多种受控设备的串口控制方式。3、前景展望USB串口通信产品的发展目前计算机的USB接口已经大量使用，一般每台计算机都有2到4个USB口。USB口已经开始逐步取代传统的PS/2鼠标口、PS/2键盘口、CENTRONICS打印口、RS-232串口等。USB将是未来重要的PC机工业通信接口之一，用于实现工业通信以及存储、编程等。在USB技术逐步普及于工业通信的今天。 第一代产品 USB/RS-232转换器第一代USB串口通信产品是以波仕电子的USB/RS-232转换器为典型的。波仕电子是国内最早从事USB/串口转换器的开发厂家之一。型号为USB232的USB/RS-232转换器（如图1）用于将一个USB口转换成为一个RS-232串行口。USB/RS-232转换器实现USB与RS-232串口设备相互通讯的一种协议转换装置（USB协议-串行通信协议）。在通信主机 (USB)和RS-232串口设备之间，无论是通信主机发送信息至指定的RS-232串口设备或是RS-232串口设备发送信息至指定通信主机，都可以经其轻易且正确地传输。波仕的USB232是专门为工业通信设计制造的，特别强调对工业通信的适用性。比如我们用工业通信开发常用的Visual BASIC 和 Visual C+语言的Mscomm.ocx通信控件编程后进行通信检测，波仕的USB232可以在各种版本的Windows下很流畅地正确通信并且对RTS/CTS、DTR/DSR握手信号的控制与监测也很正确，而有些市售的USB/串口转换器却不能够通过这样的检测。第二代产品 USB/RS-485/RS-422转换器第二代USB串口通信产品可以从USB口直接扩展出RS-485、RS-422口。波仕电子USB/RS-485转换器（型号：USB485）用于将一个USB口转换成为RS-485（半双工）或者RS-422口（全双工）。波仕电子USB485产品具有以下基本性能特点：直接外插USB口，无须外接电源， 无须供电而且还可以对外输出5V电源。配RS-485/RS-422接线端子。自动识别串口号当作新的COM口，RS-485/422口为全双工半双工通用，软件只需修改串口号即可。驱动软件完全同波仕USB232转换器。USB485主要是为USB的远程工业通信而设计的，由于转换为RS-485或者RS-422接口所以通信距离增加到了1200米（9600bps时）。同时增加了一个5V供电脚这样可以对某些外接的仪器或设备供电。第三代产品 光电隔离USB/RS-232/485/422转换器 第三代USB串口通信产品不仅可以从USB口直接扩展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且实现了光电隔离又无须供电。波仕USB232GL1光电隔离微型USB/串口转换器（如图3）秉承波仕转换器的一贯特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虚拟成为本地COM串口(COM1-COM256)、无须修改已有