单片机与PC串口通信课程设计

1、专业班级：建筑电与椰能化1201班学生：_描导救师（签右丿:!I 一.课桎很计（论丈丿题目!III单片机与pc串行通億iiiI二.本次镌程设计（爲女J应达到的日的III课程设计的基本救学目的是培养学生综合运用所学的虽础理论专业知钗和基；II本技（：能，提爲分析与鮮决卖际问題的能力以及科枝写作或很计能力。要求学生心:II做课程沒计的过程中要冇意识地堆养勺己的实际能力。通过本次课程设计的实跋，I II了解单片机工作的廉理及应用技术.拿握根堀硬件电路设计殺件的沁、了鮮设计I II过程中的冬个基本环节，也为今居的卖际应用奠岌晟础。!I三、本次谣税设计（爲丈丿任务的主要彖和要求（包据点始數権、技术秦數、

2、I1设计要求等丿!设计以单片机为核心，很计一个数字屯庄表。要求如下：对2瘵模拟信号连续:采集16次，取平均值。分别谡龙每一路的上限值，如采集的平均值超过上限值，则: 对应通遒的指示灯闪烁io次后r名 并发出步音以总警告。具体要求如下：|1）拿提单片机的工作虑理与接D设计。I2）兜成硬件设计.包括温度计寻的硬件选择及硬件原理图绘制。|I3）兜成软件设计绘制程序流程图。|4）撰写课程设计报告一份，要求字救3000字以上。|I应收*的卷料及主要参考丈秋：i1）单片机教材:ui关元丢件散据手册i2）仿真软件protues的使用说朗教研左主任（签孝丿Word文档单片机与PC机的串口通信摘要单片机由于性价

3、比爲、使用灵活等优点而/泛应用于各种电孑糸统、动 控制糸统，但是其存綺家量小，处理的数据量不大。为了克服这一缺点，我们 可以将单片机连搖列PC机上，由单片机采集数据，然后将数据汇总到PC机， 再进行各种数据处理。单片机与PC机一般采用串行通信，由于51糸刊单片机中一般集成了全双 工的串行羯口，只要配以电平转換的驱动电路、隅窗电路就可组成一个简单可 行的通传接D。PC机具有强大的监技和管理功能，而单片机则具有快速及灵活 的控制特点，本设计将通过电平转换电路实现单片机与PC机中的RS-232标准 恳线之间的串行通信。这也是许多测控糸统中常用的一种通信解决方案。关健词：单片机，PC机，串行通信，电平

4、转换，总统笫一章：绪论11.1谍题研死的Q的和意义11.2所厲领城的现状及发展状况11.3谍程彳殳计的枝术要求21.3谍程彳殳计的具体要求如下21.3.2本彳殳计的主要功能2第二章：硬件电路的彳殳计32串行通信的基本療理 32串行通信的概念及分类32.2串行d的工作方式52.2硬件电路彳殳计方亲72.2.1整体彳殳计忍路及原理72.2.2 AT89C51单片机简介82.2.3单片机外囲电路设计102.2.4 MAX232 芯片简介132.2.5 摟d电路彳殳计152.2.6硬件电路彳殳计图17第三章软件彳殳计183.1单片机与PC总体设计流程图183.2单片机程序彳殳计浇程图193.3 PC机

5、程序设计浇程图21第四章怎结24致25洪考丈秋26第一章：绪论1.1课題研允的目的和意义单片机与PC机串行通信端D在糸统技制的畴中一直占据着及其重要的地住， 它不仅没有因为肘代的进步而連沟比，反而在规格上越来越兜善，应用也越来 越/泛。作为一种基本而又灵活方便的通信方式，串D通信彼广泛应用于PC与 PC戎者PC与单片机之间的数据交换以及其他工业控制与勺动控制中。如今， 在很多场合中，要求单片机不仅能独立兜成单机的控制任务，还要能与其他数 据挫制设备(单片机、PC机等丿进行救据交换。因此如何实现PC机匀单片机 之间的通信具有非常重要的现实惫义。1.2所属领域的现状及发展状况单片机，亦称单片微电脑

6、戎单片微型计算机。它是把中央处理麥(CPU)、随机 存取存綺赛(RAM)、只镇存緒器(ROM)、输入/输出端D(l/O)等主要计算机功能 部件都集成准.一块集成电路芯片上的做型计算机。现在可以说单片机是百抡齐 放的肘期，世界上各大芯片制凌公司都推出了 己的单片机，从8伐、16伐到32 佞，数不胜数、应有尽有，它们各具特色、互成互补，为单片机的应用提供/周的天 地。通用型单片机通过三总线结构护展外国器件成为单片机应用的主流结构。 随着低价佞 OTP及各种特瘵类型片程序存赭器的发展、加之处国接d不断进入 片,推动了单片机“单片”应用结构的发钱。特别是I2C、SPI等串行总线的引 入，可以使单片机的

7、引脚设计得更少，单片机糸统结构更加简化及规化。单片机改变了我们生活，纵观我们现在生活的各个领城、从孚眸的导航装 置，到飞机上各种仪表的挫制、从计算机的网络通诡与数据传输,到工业动化过 程的实肘控制和教据处理，以凤我们生活中/泛使用的各种智能IC卡、削子宠杨 等，这些都禽不开单片机，单片机有着/周的应用前景。如今，随着单片机和微机枝术的不浙发展、特别是网络放术在测控领城的/泛 应用，由PC机和多台单片机构成的多机网给测技糸统己成为单片机枝术发展的 一个方向。它结合了单片机在卖肘数据采集和微机对图形处理、显示的优点。 同肘,Windows环境下后台微机连.救据库管理上具有朗显的优势。二者结合、使

8、得单片机的应用己不仅仅局限于传统盘义上的勺动监测或技制、而形成了向以 网络为核心、的分布式多点糸统发展的越势。1.3课程役计的技术要求131课程设计的具体要求如下1）拿握单片机的工作原理与接D设计。2）免成硬件设计，包括硬件选择及硬件原理图绘制。3）屯成软件设计，绘制程序浇程图。1.3.2本设计的主要功能根据要求，设计一个51单片机与PC串d通信电路，实现单片机与PC机之 间的通信。设计主要分为硬件设计和软件设计两丸栈块，本设计主要側重于硬 件电路的实现。本设计将实现以下功能，即单片机通过串行D向PC发送字符串并且可以接收 由PC发送过来的数字。具体实现结果为：将从单片机健盘上健入的字符显示列

9、PC显示器上，将PC 健盘输入的数字（0-9丿显示到单片机的数码管上。第二章：硬件电路的设计2.1串行通传的基本原理2.1.1串行通信的概念及分类通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种。并行通信：是将组成数据的各佞同肘传送，并通过并行门（如PI D等丿来 实现。在并行通信中，救据传送线的根救与传送的数据住救相等，传送数据遠 度快，但所占用的传输线伐数多。因此，并行通信适合短距富通信。如图2-1 所示。串行通信：是指数据一佞一住地按顺序传送。串行通信通过串行D来实现。 在全双工的串行通信中，仅需要一根发送统和一根接收统，串行通信可大大节省传送线路的成本，但救据传送速度慢。由于其所密削筑统少，

10、接线简单，所以柱较运距窗传输中，得列了/泛的运用。如图2-2所示。S 2-1并行通信图2-2串行通传串行通信有同步通信和异步通信两种基本方式。C1J异步通信方无：救据通常是以字符（戎字节）单伐组成字符帧传送的。 发送方发送各个字符的间隔肘间是不定的，收发玖方各用己的肘钟源来控制 发送和接收，这两个肘钟澹彼此独立，互不同步。接收端是依靠字符帧格无来 判断发送端是何肘开始发送及何肘结束发送。平肘，发送线为爲电平（送辑“1”）, 每当接收羯检测列传输线上发送过来的低电平逻辑“0”（字箱帧中起始佞）肘， 就知道发送端已开始发送，毎当搖收端接收到字符帧中的停止住肘，就知道一 帧字符信息己发送兜毕。（2）

11、同步通信方式：是一种连续串行传送数据的通信方无，一次通信只传 送一帧信息。这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同，通常有若干个数据字 符。同步字符帧由同步字符、数据字符和校睑字符三部分纽成。同步字符住于 帧结构开头，用于确认数据字符的开始（接收端不浙对传输线采样，并把釆到的 字符和玖方约定的同步字符比较，只有比轶成功后才会把后面接收到的字符加 以存赭）；数据字符在同步字符之后，个数不受限制，由所需传输的救据块长度 决岌；校验字符有12个，佞于帧结构未尾，用于棲收端对棲收到的数据字符 的正确性的校酸。蛊本次课程设计中采用的是串行异步通信方式。2.1.2串行d的工作方式51单片机串行d有4种工作方式

12、方式|0,方式1,方式2,方式u3。C1J方式0：设定SMO, 5M1为00肘，串行接d工作于方无0,在方式0 下，RXD fP3.0J为数据输入/输出端，TXD （P3.1J为同步脉冲输出端，发送 或接收的数据为8住低住心前，爲住雀后，方式0的波特率固岌为fosc/12,也 就是每一机器周期传送1伐数据，方无0可外挂移佞孑存器，将串行接d护袈 为并行接口，也可外接同步输入输出设备。（2丿方式J：生设走SMO, SM1为01肘，串行接d工作于方式1,方式1 为败特率可变的8住异步通信方式，由TXD发送，RXD搖收。一帧数据为10 佞，1佞起始位（低电平丿8佞数据位（低住症前丿和1住停止位（需电

13、平丿。方式1 ：欧特率二2SMOD-（定肘各T1溢出率）/32（）（3丿方式2和方式3：当设定SMO, SM1为10戎11肘，串行d工作于方 式2龙方式3,这两种方式都是9伐异步通信，仅咬特率不同，适.用于多机通 信。在方式2龙方式3下，数据由TXD发送，RXD接收，1帧救据为11伐，1 佞起始佞(低电平丿8佞数据佞(低住症前丿1住可编程住(第9伐数据丿用作 奇偶枝脍或地址/数据选择，1住停止住，与方式1相比多了一位可编程位，发 送肘，笫9位数据为TB8,接收肘，第9伐数据送入RB8。方式2和方无3的 区别只在于波特率不同。方式2：波特率二 2SMOD*fosc/64(2)方式3：欧特率=25

14、MODS走肘呑T1溢出+ J/32(3)症本次课程设计中采用的是方式1工作。2.1.3串行通信的数据传送方式在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。按照数据传送方向，串行通 信可分为单工、半玖工和全玖工三种传送方式。如图2-4。单工方式：通信线的一端接发送麥，另一端接搖收各，它们形成单向连接， 只允许数据按照一个固定的方向传送。数据只能单方向传送。半双工方式：数据能够卖现玖方向传送，但任何肘刻只能由其中的一方发送 数据，另一方接收数据。全双工方式：糸统的每端都含有发送器和接收器，救据可以同肘在两个方向 上传送症本次课程设计中采用的是全双工方式。2.2硬件电路设计方亲221整体设计思路及原理生5

15、1单片机与PC机通过RS-232标准总统串行通信肘，由于RS-232信号 电平与51单片机信号电平不一玫，因此，必须进行信号电平转換。本设计采用 专门集成芯片MAX232来实现51单片机与RS-232的接d电路。此外，单片机工作必须使用到晶振削路和复佞色路。晶报色路是给单片机提 供肘钟信号，复住电路给单片机提供复住功能，它的作用是使单片机的程序计 数各请零。因此，基于protuse的AT89C51单片机与PC串d通信电路主要由51单片 机外團电路（禺报电路、复佞电路、外部中新八电平转換电路MAX232、R5232 接d. LED数码显示管及准拟终端组成。硬件电路整体植图如图23所示：晶振电路A

16、T89C51单片机MAX232电平转换黑RS232按口复位电貉虚顶终端显示器7LED数码显示皆團2-3 哽件电珞整体桓图2.2.2 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节诃烁可编程可擦除只读存紛容的低电压，需性 能CMOS8位微处理容，俗称单片机。该器件为很多按入式技制糸统提供了一 种灵活性為且价廉的方亲。AT89C51引脚及功能如图24所示。fl.O pi. 1 Pl.2 Pl.3 Pl 4Pl.5 Pl.6 Pl.7 BST/Zh.RXD/P2.O 7XD/P3.1 TSTO/P3 2 Im/P3.3 TO/P3.4 T1/P3.5 WP3.6 RD/P2.7 XWL1 X

17、T?I2 Vss 4C323S373S3E34炙32313C2C2S27262E羽222221 购VccVcc PO.OVss_PO.lP0.2P0.3F0.4F0.5P0.6P0.7斎也ALE/FROGPSIHP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0XTaLIXTaL2RST/VpmPSE1IALE/pKOGlnpl匚 口 口FO克P3炖址暹娄， 地搭心紐 刃盪口Hnvrr： 可自图 2-4 AT89C51 引脚P3 d也可作为AT89C51的一些特殊功能d,如下在所示:社2-2 P3 d功施表引脚第二功能P3.0RXD串行口输入端P3.1TXD串行口输出端P3.2I

18、NTO外部中断()请求输入端，低电半有效P3.3INTI外部巾断1请求输入端，低电平有效P3.4TO定时器/计数器0计数脉冲输入端P3.5T1定时器/计数器1计数脉冲输入端P3.6WR.外部数据存储器写选通信号輸出端，低电半有效P3.7而一 RST：复住输入。当报荡容复住容件肘要保持RST脚两个机器周期的需 电平肘间。PROG/ALE：当访问外部存綺赛肘，地址荻存允许的输出色平用于锁存地 址的地佞字节。A FLASH iS)程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平肘，ALE 羯以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡春频率的1/6。因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于岌肘目的。然而要注总的是：

19、每方用作外部救据存 赭赛肘，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。 此肘， ALE只有在执行MOVX, MOVC指令肘ALE才起作用。另外，该引脚 彼略微拉壽。如果微处理赛往外部执行状态ALE禁止，置住无效。PSEN：外部程序存紛器的选通传号。4由外部程序存儲器取址期间，毎 个机各周期PSEN两次有数。但在访问外部数据存緒器肘，这两次有赦的PSEN 信号将不出现。VPP/EA：当EA保特低电平肘，访问外部ROM；注东加滋方式1肘，EAWord文档将部獄岌为RESET；当EA端保持爲电平肘，访问部ROM。XTAL1:反向振荡放丸麥的输入及部肘钟工作电路的输入。XT

20、AL2:来勺反向报荡器的输出。2.2.3单片机外谢电路设计单片机外禹电路设计包括晶振电路，复佞电路和中靳控制。如图2-5所示。1. 晶振的原理久作用晶振是电路中常用用的肘钟元件，全称是叫晶体震荡器，症单片机糸统里晶 振的作用非常大，它结合单片机部的电路，尹生单片机所必须的肘钟频率，单 片机的一切指令的轨行都是建立症这个基础上的，禺报的提供的肘钟频率越需， 那单片机的运行速度&就越快。晶振用一种能把亀能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供 稔定，新确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百 万分之五十。晶振的作用是为糸统提供基本的肘钟信号。通常一个糸统共用一 个晶振

21、，便于各部分保持同步。晶振通常与藏相环电路配合使用，以提供糸统所需的肘钟频率。如果不同子 糸统需要不同频率的肘钟信号，可以用与同一个禺报相连的不同赖相环来提供。晶振一般采用如图2-6 a的电彖三端式交流等效报荡电路；实际的禺报交流 等赦电路如图2-6 b；把晶体的等效电路代格晶体后如图2-6 Co其中Co, C1, LI, RR是晶体的等效电路。V-b图2-6晶报电瘙虑理图2. 复住电路原理单片机在启动肘都需要复住，以使CPU及糸统各部件处于确定的初始状态， 并从初态开始工作。89糸刃单片机的复伐信号是从RST引脚输入到芯片的施宏 特舫发麥中的。当糸统处于正常工作状态肘，且振荡麥稳岌后，如果R

22、ST引脚 上有一个需电平并维持2个机器周期（24个报路周期）以上，则CPU就可以响应 并将糸统复佞。复佞电路的作用：在上虬抚复佞过程中，控制CPU的复住状恚：这段肘间 让CPU保特复住状恚，而不是一上电戎刖复住兜毕就工作，防止CPU发出错 谋的指令、执行错谋操作，也可以提為电礙兼家性能。无论使用哪种类型的单片机，总要涉凤到单片机复住电路的设计。而单片机 复位电路役计的好坏，直接影响到整个糸统工作的可靠性。许多用户A设计免单 片机糸统，并症实验宝调试成功后，在现场却出现了 “死机”、“程序走飞”等现象、 这主要是单片机的复佞电路役计不可靠引起的。单片机糸统的复住方式有：手动按钮复佞和上电复伐。本

23、设计采用手动按钮 复位。手动按钮复佞：手动按钮复住需耍人淮.复住输入端RST上加入需电平，如 图2-7o 一般采用的办比是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按 下按钮肘，则Vcc的+5V电平就会直接加到R5T端。手动按钮复伐的电路如所 示。由于人的动作再快&会使按钮保持接通达数十亳犷，所以，兜全能够满足 复佞的肘间要求。3. 单片机的外部中新51单片机一般有两个外部中斯输入羯，并允许外部中新源以低电平或负边沿 两种触发方式输入中断请求信号。本役计就是利用一只按钮，柱按下肘尹生的 负边沿紘发外部中断。将一只按钮接淮.外部中新输入0印12 d,如图2-8所示。 它的作用是向PC机发送字

24、符串。ffl 2-8单片机外禹电路设计图2.2.4 MAX232芯片简介MAX232芯片是其信公司专门为电脑的RS-232标准串d设计的单电源电 平转换芯片，使用+5v单电嫄供电。引脚介绍：如图2-9为MAX232引脚图。笫一部分是电椅泵电路。由k 2、3, 4, 5, 6脚和4只电家构成。功能 是尹生+12v和-12v两个电谦，提供给RS-232串d电平的需要。笫二部分是数 据转换通道,。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13 脚 CR1INA 12 脚（R1OUT丿、11 脚（T1INJ. 14 脚（T1OUTJ 为笫一数据通道。8脚（R2IN人9脚（R2O

25、UT八10脚CT2INJ. 7脚CT2OUTJ为笫二数据通 道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232救据从T1OUT. T2OUT 送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从RUN. R2IN输入转换成 TTL7CMOS教据后从R1OUT, R2OUT输出。第三部分是供勒。15脚GND、 16 脚 VCC C+5vJo主要特点：1. 符合所有的RS-232C放术标准2、只需要单一 +5V勒源供电3, 片栽电希泵具有升压、电庄极性反转能力，能够庐生+10V和-10V电庄 V+、V-4, 功耗低，典型供电电流5mA5、部集成2个RS-232（:驰动器6, 部集成两

26、个RS-232C 收器Word文档 2-9 MAX232 引脚图S 2-10电平转换电珞设计因VccG3T1OUTRUNR1OUTTUNT2FNR2OUT如图2-10为利用MAX232构成的电平转换电路役计图2.2.5 接d电路役计RS-232是个人计算机上的通讯接d之一，由色子工业协会所制定的异步传输标准棲d。通常RS-232接d以9个引脚（DB9）戎是25个引脚（DB-25）的 型态出现，由于串行通信是在一根传输线上一住一住的传送信息、所用的传输线 少，并且可以借助现成的网进行信息传送，因此，特别适合于运距富传输。对于那 些与计算机相距不运的人-机交换役备和串行存綺的外部设备如终羯、打印机

27、、 逆辑分析仪、礙盘等，采用串行方式交换数据血很普遍在实肘技制和管理方面. 采用多台微机处理机组成分级分布控制糸统中，各CPU之间的通信一般都是串 行方式.所以串行接D是微机应用糸统常用的接D。本设计用的RS-232九针引脚及功能如图2-11所示。外形针脚符号输入/输出说阴1DCD输入数据戢波检测2RXD输入接收数据3TXD输出发送数据4DTR输出数据终端准备好:5GND-信号地6DSR输入数据装置准备妇17RTS输出请求发送_8CTS输入允许发送9RI输入扌辰铃指示图2-11RS-232引脚及功能RS-232 d电路连接方式根据需要有三线.夫线.入统.两线多种。古通 讯速率较低肘可以采用三线

28、对接法，如图212所示。图2J2RS-232电规连接图症本设计中采用一块MAX3221芯片杷从AT89C51中过来的信号进行电平 转换后输出列PC,把从PC发过来的信号发送给AT89C51,设计中的RS-232 接d电路连接方式如图2-13所示：2.2.6硬件电路设计图本次课程设计最终硬件电路役计图如国2-14所示。图2-13 RS-232接d电路连接方式XJruxww w汕KTM2 即rtumw PQ3TA”2A” mflViM RIWWEf2DJQ ntufl ru*.u rsixvALC8?rtaxupffi Pf 1zwtenownspa，2Jf!TFruF1UT1firptcPl?A

29、BAC!OfrtieT-ttlTtorrAlliT3TWITCD ITR3IQgr-iITS |口 口 .：an0 2-14 硬.件设计电路團说刚：POd作为I/O O输出的肘候肘 输出低电平为0输出高电平为高组 态（并非5V,相凸于悬空状恚丿。也就是说PO D不能真正的输出爲电平，给所 摟的负戟提供削流，因此必须接上拉电阻（一电阻连接到V CC丿，由电源通过这 个上拉电阻给负我提供亀流。因此，当PO d与LED数码显示管相连肘，需要 接上排阻RP1.第三章软件设计3.1单片机与PC总体设计流程图本次谍程设计主要分为单片机程序设计，PC机程序设计两大棋块。总体设计 流程图如图3-1所示。图31

30、单片机与PC通传软件流程图3.2单片机程序设计流程图设计单片机通信程序流程图肘.将通传瘦序分为挂收中浙丈理程序浇程图3-2）.发送中新戎理程序克程图（如團3刃 和通传处理程序浇程图（如图3-4J三部分.并将这 三部分程序巧妙地进行纽今，从而构成整个单片机的通传程序。0 3-2 接收中新处理程序流程图图3-3 发送中斯处理程序流程图图3-4通传丈理程序浇程图3.3 PC机程序设计浇程图设计PC机程序流程国肘，主要分为三丸楼块，分别为PC机发送文件孑程序流程團（如0 3-5J, PC机挂收丈件子程序浇程图（如图3-6J和主程序浇程图（如图3-7）.国3-5 PC机发送丈件孑程序流程團理立文件.关闭文件J 2收总字节数團3-6 PC机接收丈件孑程序流程图国3-7主程序流程團第四章总结本次谍程设计禺肘一周，我不但农图书馆借了许多的和关姿料，并且在 网上也下栽了一些电孑书籍，和同学们一起讨论，遇.列不隆的就向丸家请教。 所以我很快地了解列此次课程设计的彖及要求，并且确定了设计的方亲。创拿列设计课題的肘候，有些迷搖，不知道从何下手，对于一些细节问題也 不丈请楚，由于没有摟紐，开始学得很费力，但到后来就好了。A每次的课程 设计中