bylwpb-A039-单片机与PC机串行通信系统设计

1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计论文单片机与PC机串行通信系统设计年 级: 200X级学 号: 200XXXX姓 名: XXX专 业: 机电一体化指导老师: XXX200X年6月 院 系 机械工程系 专 业 机电一体化 年 级 200X 姓 名 XXX 题 目 单片机与PC机串行通信系统设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 辩论委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计论文任务书班 级 机电一体化二班 学生姓名 XXX 学 号 200XXXX 发题日期： 200X年 4 月 9日 完成日期： 6 月 20 日题 目 单片机与PC机串行通信系统设计

2、 1、本论文的目的、意义 单片机与PC机的数据通信是非常重要、实用的计算机应用系统，广泛应用于数据通信，数据采集，计算机控制系统中。该题目使学生进一步稳固所学的单片机系统硬件知识，汇编程序设计方法，计算机通信原理，计算机可视化程序设计等，综合性非常强，学生得到很大的锻炼。 2、学生应完成的任务1收集资料；熟悉单片机MCS-51的工作原理和程序设计，尤其是串行接口局部；PC机与单片机的通信原理，一种可视化计算机语言；外出实习。2详细掌握单片机与PC机之间串行通信的硬件连接；软件程序设计方法；英文翻译。3单片机局部和PC机局部的串行数据收发程序设计；利用单片机实验板对程序进行调试。4完成具有规定格

3、式的设计说明书不少于15000字一份。 提交设计制作的硬件电路，程序。 3、论文各局部内容及时间分配：共 11.5 周第一局部 搜集资料，学习原理方法，调研 (2 周) 第二局部 硬件电路设计、系统功能程序设计 (3 周) 第三局部 软件程序和硬件电路图的绘制，程序调试 (3 周)第四局部 设计说明书、电路图的书写整理等工作 (2 周) 第五局部 (0.5周)评阅及辩论 (1周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要随着计算机 HYPERLINK :/ itshantou / t _blank 技术特别是单片机 HYPERLINK :/ itshantou / t _bl

4、ank 技术的开展，单片机的应用领域越来越广泛，单片机在工业控制、数据采集以及仪器仪表自动化等许多领域都起着十分重要的作用。但在实际应用中，在要求响应速度快、实时性强、控制量多的应用场合，单个单片机往往难以胜任，这时使用多个单片机接合PC机组成分布式系统是一个比拟好的解决方案。这样，单片机的数据通信技术就变得十分重要，在某种程度上说，掌握了单片机的数据通信技术也就是掌握了单片机的核心应用技术。现在单片机及PC机在结构、性能和经济上为实现远程串行通信提供了很好的条件，串行通信是指按照逐位顺序传递数据的通信方式，由于仅需三根传输线传送信息且通信距离相对较远，所以在控制领域的现场监测、分布控制等场合

5、有着重要的应用价值。本论文运用单片机系统的设计方法，对单片机与PC机的串行通信系统进行设计，通过总体方案的分析与设计，确定了所采用单片机的型号，并明确硬件设计与软件设计的内容，硬件设计方面需要对单片机控制系统的硬件电路，如时钟电路、复位电路进行设计，串口局部确定了以定时器T1工作在方式2作为波特率发生器，单片机与PC机采用了标准的RS-232C接口进行连接，其中存在着电平转换电路的设计，利用了PROTEL99SE软件进行通信系统硬件电路原理图的绘制，并生成报表。软件设计方面，利用VB的MSComm控件进行串口通信软件的开发，根据系统的功能要求，利用汇编程序进行单片机收发数据的程序编制，利用51

6、汇编集成开发环境和STC-ISPV13下载型编程器对单片机汇编程序进行烧录。在系统软硬件调试的过程中，采用AT89C51单片机试验开发板进行功能测试。最后进行分析，验证系统的可行性。关键词：PC机与单片机的串行通信；VB程序设计；AT89C51实验板AbstractWith the development of computer technology, especially the development of SCM，the application areas of SCM are increasingly widespread ，SCM play an important role in

7、the industrial control, data acquisition, instrumentation automation and many other areas. However, in practical application, in response to demands speed, real-time and control the volume of applications, SCM is often difficult to individual competence, at this time the use of multiple microcontrol

8、ler interface between PC components distributed system is a better solution. Thus, the SCM data communication technology has become very important and in some ways, mastered the SCM data communications technology is the master of microcontroller core application technology. Now SCM and PC in structu

9、re, and economic performance for remote serial communication give a very good condition, serial communication refers bit sequence data transfer modes of communications, just as only need three transmission lines to carry information and communication relatively distant, therefore, in the control are

10、a of the scene monitoring, distributed control and other forums have important value. In this paper, use SCM system design methods, design serial communications system of SCM and the PC, through analysis and design of the overall program, identified the use of SCM models, clear hardware design and s

11、oftware design, hardware design needs to design hardware circuit of the single-chip microcomputer control system ,such as the clock circuit, reset circuit, serial determinate the part timers T1 work in two ways as a baud rate generator, SCM and PC adopt the standard RS-232C interface for connectivit

12、y, which there is a level converter circuit design, use the PROTEL99SE software for communications systems hardware circuit diagram drawing and generating statements. Software design, use VB MSComm for the development of serial communication software, According to the functional requirements, use th

13、e compilation process data transceiver microcontroller programming, use 51 compilation integrated development environment and the STC-type programming ISPV13 downloaded for the compilation of SCM procedures burning recorded. The system hardware and software debugging process, use AT89C51 experimenta

14、l development board for functional testing. Final through analysis, verify feasibility of the system. key words：SCM and PC serial communications；VB Programming； AT89C51 Test Plate目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc171792274 第章 绪论 PAGEREF _Toc171792274 h 1 HYPERLINK l _Toc171792275 1.1 单片机串行通信原理与实现方

15、法 PAGEREF _Toc171792275 h 1 HYPERLINK l _Toc171792276 1.2 单片机系统设计方法 PAGEREF _Toc171792276 h 1 HYPERLINK l _Toc171792277 1.3 本次设计的工作任务 PAGEREF _Toc171792277 h 4 HYPERLINK l _Toc171792278 第章 总体方案设计 PAGEREF _Toc171792278 h 5 HYPERLINK l _Toc171792279 2.1 可行性分析 PAGEREF _Toc171792279 h 5 HYPERLINK l _Toc

16、171792280 2.2 系统功能分析 PAGEREF _Toc171792280 h 5 HYPERLINK l _Toc171792281 2.3 单片机选型 PAGEREF _Toc171792281 h 6 HYPERLINK l _Toc171792282 2.4 系统硬软件的功能设计 PAGEREF _Toc171792282 h 6 HYPERLINK l _Toc171792283 2.5 本章小结 PAGEREF _Toc171792283 h 7 HYPERLINK l _Toc171792284 第章 系统硬件设计 PAGEREF _Toc171792284 h 8 H

17、YPERLINK l _Toc171792285 3.1 单片机系统设计 PAGEREF _Toc171792285 h 8 HYPERLINK l _Toc171792286 3.1.1 单片机根本概念 PAGEREF _Toc171792286 h 8 HYPERLINK l _Toc171792287 3.1.2 时钟电路设计 PAGEREF _Toc171792287 h 9 HYPERLINK l _Toc171792288 3.1.3 复位电路设计 PAGEREF _Toc171792288 h 10 HYPERLINK l _Toc171792289 3.1.4 单片机串口波特率

18、发生器的选择 PAGEREF _Toc171792289 h 10 HYPERLINK l _Toc171792297 3.2 单片机串口电平转换电路设计 PAGEREF _Toc171792297 h 14 HYPERLINK l _Toc171792298 3.2.1 通信协议的采用 PAGEREF _Toc171792298 h 14 HYPERLINK l _Toc171792300 3.2.2 电平转换电路的设计 PAGEREF _Toc171792300 h 16 HYPERLINK l _Toc171792301 3.2.3 外围功能模块的选择 PAGEREF _Toc17179

19、2301 h 17 HYPERLINK l _Toc171792302 3.3 绘制电路原理图 PAGEREF _Toc171792302 h 17 HYPERLINK l _Toc171792304 3.4 本章小结 PAGEREF _Toc171792304 h 20 HYPERLINK l _Toc171792305 第章 系统软件设计 PAGEREF _Toc171792305 h 23 HYPERLINK l _Toc171792306 4.1 PC端串口通信程序 PAGEREF _Toc171792306 h 23 HYPERLINK l _Toc171792307 4.1.1 分

20、析 PAGEREF _Toc171792307 h 23 HYPERLINK l _Toc171792308 4.1.2 串行通信的两种方式 PAGEREF _Toc171792308 h 23 HYPERLINK l _Toc171792309 4.1.3 MSComm控件简介 PAGEREF _Toc171792309 h 24 HYPERLINK l _Toc171792310 4.1.4 使用VB开发串口通信软件 PAGEREF _Toc171792310 h 24 HYPERLINK l _Toc171792311 4.2 单片机数据收发程序的开发 PAGEREF _Toc17179

21、2311 h 32 HYPERLINK l _Toc171792312 第5章 系统调试 PAGEREF _Toc171792312 h 40 HYPERLINK l _Toc171792313 5.1 AT89C51单片机实验开发板介绍 PAGEREF _Toc171792313 h 40 HYPERLINK l _Toc171792314 5.2 对系统的软件局部进行调试 PAGEREF _Toc171792314 h 41 HYPERLINK l _Toc171792315 结论 PAGEREF _Toc171792315 h 50 HYPERLINK l _Toc171792316 致

22、谢 PAGEREF _Toc171792316 h 52 HYPERLINK l _Toc171792318 参考文献 PAGEREF _Toc171792318 h 53第章 绪论1.1 单片机串行通信原理与实现方法在各种单片机应用系统的设计中，如智能仪器仪表、各类手持设备、GPS接收器等，常常遇到计算机与外界的信息交换，即通讯。通信的根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位同时传送，并通过并行门如P1口等来实现。在并行通信中，数据传送线的根数与传送的数据位数相等，传送数据速度快，但所占用的传输线位数多。因此并行通信适合短距离通信。串行通信是指数据一位一位地按顺序传送

23、。串行通信通过串行口来实现。在全双工的串行通信中，仅需要一根发送线和一根接收线，串行通信可大大节省传送线路的本钱，但数据传送速度慢。因此，串行通信适合于远距离通信。目前，在许多单片机应用系统中，上、下位机分工明确，作为下位机核心器件的单片机往往只负责数据的采集和通信，而上位机通常以基于图形界面的Windows系统为操作平台，为便于查询和保存数据，还需要数据库的支持，如在测控系统中使用SQL Server数据库。现阶段这种应用的核心便是数据通信，它包括单片机和上位机之间、客户端和效劳器之间以及客户端和客户端之间的通信，而在单片机和上位机之间的数据通信那么是整个系统的根底。单片机和PC的通信是通过

24、单片机的串口和PC机之间的硬件连接实现。鉴于PC机具有强大的监控和管理功能，单片机那么具有快速以及容易控制的特点，在数据量不大、传输要求不高的情况下，一般都采用给PC机配置的RS-232标准串行接口COM1、COM2等相连接来实现应用系统与PC机之间的数据交换。1.2 单片机系统设计方法一个完整的单片机系统的设计是相当复杂。硬件设计方面，设计者不仅要对微机系统本身设计，还要根据具体的应用添加外围设备的接口电路和驱动电路。软件设计方面，那么需要根据具体硬件结构来实现单片机系统的功能。在实际的应用中，由于应用环境不同，开发者还应当考虑到温度、功率、产品体积、可靠性、抗干扰性、实时性等众多问题，并提

25、供硬件的或软件的解决方案，以保证最终产品的可靠性，其复杂程度远比通常所说的微机系统更高。单片机应用系统的设计应按照以下几个步骤来进行。设计者需要考虑实际应用环境的需要，确定系统的整体设计方案。首先进行可行性分析。其次是对系统中的核心单片机的选型，这涉及到应用系统本身对数据处理能力的要求，以及是否有其他方面的特殊需要低功耗、工作温度、接口电路，如果产品需要成批生产，还要考虑市场供给和系统本钱等方面的问题。最后对系统各项功能的划分，确认软件和硬件的分工问题。经过这一阶段的设计，设计者应该已经有 比拟成型的系统设计框架，对软硬件系统的分工有较明确的方案。此时，可以开始进行系统的硬件设计工作了。系统硬

26、件设计阶段，设计者需要对各个模块的硬件局部进行具体设计。这局部包括单片系统的设计，外围功能模块的选择，i/o口的分配，单片机与外围模块，单片机与单片机之间通信线路的选择，模拟输入/输出通道电路设计等方面。当具体的硬件系统功能框图完成后，可以绘制电路的原理图，同时设计者还要对电路设计进行进一步的验证。完成电路原理图的绘制后，还需要使用PROTEL等工具软件绘制硬件系统的PCB幅员，然后的工作是将绘制完成的PCB幅员交给电路板制造厂商，进行电路板的制作。一个完整的单片机系统只有硬件还不能工作，必须有软件来控制整个系统的运行。单片机系统的软件设计主要使用汇编语言或C51语言。单片机的软件局部 ，主要

27、任务包括系统的初始化、各模块参数的设置、中断请求管理、定时器管理、外围模块读写、功能算法实现、可靠性和抗干扰设计等方面。软件的设计可以分两个阶段。首先，在等待电路板制作期间，设计者可以按照最初的设计思路完成局部的软件设计工作。随后当硬件局部的制作完成后，设计者还需要根据硬件将事先完成的软件局部的各个模块进行组合和调整。电路板制作完成后，设计者需要按照PCB板的绘制图焊接各个元件，同时检测硬件方面的设计错误。发现问题后，如果能够补救，可以使用飞线等手段修改硬件设计，如果出现无法解决的错误，就只能推倒整个硬件设计，重新进行PCB幅员的绘制等工作了。在对硬件系统进行必要的测试后，可以使用仿真器或干脆

28、将完成的软件局部程序烧写到硬件系统的ROM中进行系统功能的测试。对可能出现的问题，需要从软件和硬件两个方面考虑，这一阶段需要大量的测试程序对系统等各个局部进行分别的测试，才能找到问题的所在。当软件和硬件能够很好地配合，完成预定的功能后，并不意味着单片机设计的功能已经完成，设计者还要对系统进行全面的测试，保证系统在绝大多数情况下都可以正常的工作。当这一切都完成后，设计者还应该将产品本身放到实际的工作环境中进行测试，这时往往会暴露出很多原先没有考虑到的问题。产品设计到达预期要求后，设计者还需要最后对整个产品进行进一步的优化和组合，并在可允许的情况下为系统预留升级的接口。当所有步骤完成后，设计者可以

29、宣布产品设计的结束，进入产品的工业生产阶段。完整的单片机系统设计流程如图1-1。图1-1 单片机系统设计流程1.3 本次设计的工作任务标准的51单片机都有一个全双工串行通信接口，利用这个通信接口，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。在微机测控系统中，一般称计算机为上位机、而前端采集控制的单片机系统称为下位机。上位机主要负责所有测控数据的综合管理与下位机的调度控制，而下位机由单片机构成前端的测控系统，进行原始数据的采集及设备的控制，下位机受上位机的管理控制。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

30、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。基于此目的，进行单片机与PC机串行通信系统设计，本次设计的主要工作：1单片机系统：实现和PC通信的串口通信的方法。2外围电路：实现单片机和PC机之间的串口电平转换。3通信程序：一方面是单片机汇编程序，另一方面是PC的通信程序。第章 总体方案设计按照单片机系统的设计方法，这一阶段，我需要考察实际应用环境的需要，确定单片机与PC机串行通信系统的整体设计方案。它包括系统的可

31、行性分析、功能分析、单片机选型以及系统硬软件的分工问题。2.1 可行性分析这次设计是我的毕业设计任务，在指导老师的指导下和搜集、查阅相关资料、确定单片机系统能到达需要的设计目标，而且到达目标需要的经济本钱没有超出可接收的范围。2.2 系统功能分析单片机以其体积小、价格低、抗干扰性好等特点，在现在控制系统中常用在操作现场进行数据采集，以及实现现场控制中。但是由于其数据存储容量和数据处理能力都较低，所以一般情况下要通过通信手段使它与PC机相连，把所采集到的数据传送到PC机上，再在PC机上进行数据处理，充分发挥两者各自的优势。由于单片机输入、输出电平是TTL电平，而PC机配置的是RS232标准串行接

32、口，两者的电气标准不一致，因此要完成单片机与PC机的数据通信，必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。单片机和PC的串口通信原理方案如图2-1所示。图2-1串口通信原理方案2.3 单片机选型单片机的选型的依据为，应用系统本身对数据处理能力的要求，以及是否有其他方面的特殊需要低功耗、工作温度、接口电路的原那么来确定。在此，本人选择Intel公司的MCS-51系列单片机中的8051单片机 。MCS-51系列的单片机是Intel公司在1980年推出的8位机系列，8051为这一系列的代表产品。8051单片机内部包括8位CPU、4KB片内ROM、128KB片内RAM、4个8位并口、一个全双工的串口，支

33、持64KB寻址空间，并提供5个中断源和两级中断。其性能指标如表2-1。表2-1 MCS-51系列单片机8051的性能指标单片机片内ROMKB片内ROMKBI/O并口计数器串行口DMAA/D中断源空闲和掉电方式类型型号ROM805141284216UART无无5无以上我选用的单片机的种类和型号，取决于对该类型号的熟悉程度以及手头所具备开发系统的条件。而在第六章我用单片机实验板对系统软件进行调试所用到的单片机是STC89C52RC，其特点是可以直接用串口进行ISP编程，对于使用就变得很简单了，我在这里作一个说明。2.4 系统硬软件的功能设计对系统的各项功能进行划分，确定软件和硬件的分工问题，根据图

34、2-1单片机和PC的串口通信原理方案，实现该方案需要从通信协议串行通信总线标准接口、硬件电路和程序3个方面考虑。标准接口，就是明确定义假设干信号线，使接口电路标准化、通用化，借助串行通信标准接口，不同类型的数据通信设备很容易实现它们之间的串行通信连接。标准异步串行通信接口有以下几类：RS-232C、RS-232E、RS-449、20mA电流环、USB通用接口。根据协议的广泛性和此次设计为短距离通信，并且PC机配置的是RS232标准串行接口等条件。标准接口即通信协议采用根本的RS-232，但是在具体运用上可以根据实际的需要进行变化。例如，当对传输的数据要求不高时，可以采用无奇偶检验的10位数据，

35、而需要数据稳定性时，可以采用软件握手的方法。根据单片机对串口的使用还有初始化串口的要求，其通信协议也需要结合单片机的信号和在实际使用中的通信方式而定。如图2-1所示，数据通信的硬件上采用3线制，将单片机和PC串口的3个引脚TXD、RXD、GND分别连在一起，即将PC机和单片机的发送数据线TXD与接收数据线RXD交叉连接，两者的地线GND直接相连，而其他信号线如握手信号线均不用，采用软件握手的方式。这样既可以实现预定的任务又可以简化电路设计。但由于单片机的TTL逻辑电平和RS-232的电气特性完全不同，RS-232的逻辑0电平规定为+5+15V之间，逻辑1电平为-5-15V之间，因此在将PC机和

36、单片机的TXD和RXD交叉连接时必须进行电平转换，这里我选用的是MAX232电平转换芯片。单片机和PC的通信，在程序上涉及两个局部的内容：一方面是单片机的C51程序或者汇编程序，完成数据的收发。二是PC机的串口通信程序和界面的编制。2.5 本章小结经过这一阶段的设计，已经有比拟成型的系统设计框架，对软硬件系统的分工有较明确的方案。现在总结如下：1.确定单片机与PC机串行数据通信系统的通信方案，如图2-1；2.选择Intel公司的MCS-51系列单片机中的8051, 实验板对系统软件进行调试所用到的单片机是STC89C52RC；-232C；4.串行数据通信的硬件上采用3线制，选用的是MAX232

37、芯片进行单片机与RS-232接口的电平转换；5.单片机端用C51程序或者汇编程序进行编程，完成数据的收发，PC机端完成串口通信程序和界面的编制。此时，可以开始进行系统的硬件设计工作了。第章 系统硬件设计在这一阶段本人将对各个模块的硬件局部进行具体设计。这局部包括单片机系统的设计，外围功能模块的选择，I/O口的分配，单片机与PC机之间通信线路的选择及相互间串口的电平转换电路的设计。3.1 单片机系统设计 单片机根本概念单片机是微型计算机的一种，它在一块芯片上集成了计算机的所有根本功能部件，包括中央处理器CPU，随机读写储存器RAM，只读储存器ROM，I/O接口电路，定时/计数器和串行通信接口电路

38、等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相组合，就可以成为一个完整的单片机控制系统。单片机的组成结构如图3-1。图3-1 单片机的组成结构普通单片机的功能，从功能上与微机系统类似，但由于应用领域和实际需要的不同，单片机与普通的微机在具体构造上也有着一定的区别，区别有以下几点：1普通微机的CPU主要面向数据处理，因此其开展主要集中在提高CPU的数据处理能力、计算速度和精度上。如今微机中的CPU均支持浮点运算，使用流水线作业、多级高速缓冲CACHE等技术。CPU的主频到达23ghz以上，字长普遍为32位。单片机主要面向智能控制、实时数据，在这些方面，对数据处理能力要求比拟简单，因此与微机相比，

39、单片机多数仍不支持浮点运算、CPU使用串行工作方式、频率多小于100mhz。在中、小规模的应用相对较少，但随着新技术的开展，但随着新技术的开展，32位机的应用会愈加广泛。2通用微机中存储器的组织结构主要用于大容量的内存处理和提高CPU对数据的存储速度。现今微机的内存容量到达了数百兆字节MB，存储体系多采用多体、并读技术和段、页等管理模式，使用专门对MMU进行内存管理。单片机存储器组织结构相对简单，存储器直接与单片机总线相连，CPU使用直接物理地址寻址存储单元，存储空间一般在64kb以下。3通用微机I/O接口考虑到标准外设接入的需要，使用标准总线连接，提供对标准设备的既插即用。单片机应用系统得外

40、设根据需要的不同，种类多种多样，标准千差万别，其I/O口仅向用户提供外设连接的物理接口。用户需要根据具体的外设状况设计具体的街口电路。虽然单片机内部有CPU、ROM、I/O接口、定时器等，但在实际设计任务中，仍需要扩展假设干接口电路。以下为单片机的时钟电路设计和复位电路设计。 时钟电路设计时钟是单片机的心脏，各局部都以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用时钟电路设计方式有内部时钟和外部时钟两种。在此次设计我设计的时钟电路为内部时钟电路。内部时钟电路是利用8051内部一个高增益的反相放大器，把一个晶振体和两

41、个电容器组成自激振荡电路，接于XTAL119脚和XTAL218脚之间。这样振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路，如图3-2所示。图 3-2 8051单片机内部时钟电路时钟电路所需电器元件的选择，晶振体是石英晶体，一般频率在1.212MHz之间，应选12MHz。电容器C1与C2在20pF左右。XTAL1和XTAL2为单片机的19、18引脚。 复位电路设计单片机在启动或断电后，程序需要从头开始执行，机器内全部存放器、I/O接口等都必须重新复位。复位方式有自动复位和手动复位两种。当8051单片机的ALE及两引脚输出高电平，RST引脚高电平到时，单片机复位。RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生那

42、么为上电复位，假设通过按动按钮产生高电平复位称为手动复位。我设计一个简单的上电复位和按钮复位电路，如图3-3。上电时，刚接通电源、电容C相当于瞬间短路，VCC+5V立刻加到了RST/VPD端，该高电平使8051全机复位。假设运行过程中，需要程序从头执行，只需按动按钮RESET即可。按下A，那么直接把+5V加到了RST/VPD端从而复位，这称为手动复位，显然，该电路即可上电复位又能手动复位。图3-3 上电复位和按钮复位电路上电复位和按钮复位电路所需电器元件的选择，按钮一个，电阻R1为200 ，R2为1K，电容22。Vcc电源为+5V。 单片机串口波特率发生器的选择单片机的串行口的功能是与外部器件

43、进行串行数据通信。串行口电路也称为通用异步收发器UART。从原理上说，一个UART包括发送器电路、接收器电路和控制电路。8051单片机的UART已集成在其中，构成一个全双工串口，全双工通信是指同时可以作双向通信，两个即可同时发送、接收，又可同时接收、发送。其示意图如图3-4所示。这个口即可以实现串行异步通信，也可以作为同步移位存放器使用。图3-4 全双工通信示意图8051的串行口通过引脚RXDP3.0串行口数据接收端和引脚TXDP3.1串行口数据发送端与外部设备进行串行通信。如图3-5为8051单片机内部串行口结构示意图。 图3-5 8051单片机内部串行口结构示意图图中共有两个串口双缓冲存放

44、器SBUF，一个是发送存放器，一个是接收存放器，以便8051能以全双工方式进行通信。串行发送时，从片内总线向发送SBUF写入数据；串行接收时，从接收SBUF向片内总线读出数据。它们都是可寻址的存放器，但因为发送与接收不能同时进行，所以给这两个存放器赋一同一地址99H。在接收方式下，串行数据通过引脚RXD进入，由于在接收存放器之前还有移位存放器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，以防止在数据接收过程中出现帧重叠错误，即在下一帧数据来时，前一帧数据还没有走。在发送方式下口，串行数据通过引脚TXD发出。与接收数据情况不同，发送数据时，由于CPU是主动的，不会发生帧重叠错误，因此发送电路就不需要双缓冲结

45、构，这样可以提高数据发送速度。1方式0工作方式0以8位数据为一帧进行传输，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位，其一帧格式如下：D0D1D2D3D4D5D6D7方式0为移位存放器输入/输出方式。可外接移位存放器以扩展I/O口，也可以外接同输入/输出设备。8位串行数据是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。在方式0下，串行数据从RXD引脚输出，TXD引脚输出移位脉冲。CPU将数据写入发送存放器时，立即启动发送，将8位数据以固定波特率从RXD输出，低位在前，高位在后。发送完一帧数据后，发送中断标志TI由硬件置位。当串行口以方式0接收时，先置位允许接收控制位REN。此时，RXD为串行数据输入

46、端，TXD仍为同步脉冲移位输出端。当RI=0和REN=1同时满足时，开始接收。当接收到第8位数据时，将数据移入接收存放器，并由硬件置位RI。波特率为。2方式1工作方式1为波特率可变的10位异步通信接口方式。一帧信息包括1个起始位、8个数据位和1个停止位，其一帧格式如下：起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止当数据写入发送缓冲SBUF时，就启动发送。串行数据从TXD引脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位TI。在REN=1时，RXD引脚确认开始位，开始接收一帧数据。只有当RI=0且停止位为1时，停止位才进入RB8，8位数据才能进入接收存放器，并由硬件置位中断标志RI；否那么该数据会丧失。所以在

47、方式1接收时，应先用软件清零RI和SM2标志。工作方式1的波特率为式(3-1)。波特率= (3-1)3方式2 方式2为固定波特率的11位UART方式。比方式1增加了一位可程控第9位数据。其帧格式为：起始D0D1D2D3D4D5D6D7D8停止由TXD端输出一帧11位的数据，附加的第9位来自SCON存放器的TB8位，用软件置位或复位。它可作为数据的奇偶校验位。当数据写入SUBF的指令时，就启动发送器发送。发送一帧信息后，置位中断标志TI。在REN=1时，串行口采样RXD引脚，开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后，当RI=0或者SM2=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收存放

48、器，并由硬件置位中断标志RI；否那么信息丧失。当SMOD=0，波特率= ，当SMOD=1，波特率=。4方式3 方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。根据定时器/计数器工作方式2的逻辑电路结构图3-6可知，在工作方式2下，把16位计数器分成两局部，即以TL0作计数器，以TH0作预置存放器，初始化时计数初值分别装入TL0和TH0中。当计数溢出后，不像通过软件方法，而是由预置存放器TH0以硬件方法自动给计数器TL0重新加载，变软件加载为硬件加载，这样不但省去了用户程序中的重装指令，而且也有利于提高定时精度。图3-6 定时器/计数器工作方式2的逻辑电路结构图4.采用定时

49、器T1工作在方式2作为波特率发生器的原因 单片机的串行通信速率也称为波特率。在串行通信中，收发双方的波特率要有一定的约定，本次设计我选择定时/计数器1作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率，因为如果定时/计数器0已工作在工作方式3，那么定时/计数器1只能工作在工作方式0、工作方式1或工作方式2下，因为它的运行控制住TR1及计数溢出标志位TF1已被定时/计数器0借用。此情况下，定时/计数器1没有计数溢出标志位TF1可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口。当作为波特率发生器使用时，只需设置好工作方式，便可自动运行。如果停止工作，只需送入一个把它设置为工作方式3的方式控制字就可以了，

50、因为定时/计数器1不能在工作方式3下使用，如果硬把它设置为工作方式3，就停止工作。串行通信的工作方式0和工作方式1的波特率是固定的，不需要计算初值，而串行通信的工作方式2和工作方式3，那么需要计算定时器的计数初值，在通信系统设计中，将采用定时器1的工作方式2，以便设置波特率，因为定时器1的工作方式2为自动重装入初值的8位定时器/计数器模式，所以用它来做波特率发生器最恰当。3.2 单片机串口电平转换电路设计 通信协议的采用1方案采用的依据串行通信中，只有通信双方采用相同的接口标准，才能进行正常的通信。由于不同设备串行接口的信号线定义、电器规格等特性都不尽相同，因此要使这些设备能够相互连接，需要一

51、个统一的串行通信接口。在本次设计中，采用RS-232协议作为通信协议，RS-232又称EIA RS-232C是目前最常见的一种串行通信接口标准，它是在1970年由美国电子工业协会联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生厂厂家共同制定的用于串行通信的标准。RS-232适合于数据传输速率在020 000bit/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，作为一种标准在微机通信接口中广泛采用。由于单片机系统使用的是TTL电平，单片机中的串口输出的信号也是如此，但是串行通信中使用的RS-232C通信协议，二者的电平并不相同，在和单片机进行通信时，还需要有一

52、定的外围电路的配合，使得单片机的通信电平和标准的串行通信协议相匹配。2RS-232C的电器特性、逻辑电平和各种信号线功能TXD、RXD：高电平逻辑1为-5V-15V，低电平逻辑0为+5+15V。RTS、CTS、DSR、DTR和DCD：控制线，信号有效接通，ON状态，正电压时的电平为+5V+15V，信号无效时断开，OFF状态，负电压的电平为-5V-15V。对于RS-232C的信号而言，当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-5V+5V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义。所以，RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以上下电平表示逻辑状态的

53、规定不同。为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。RS-232C中的RS是英文“推荐标准的缩写，232为标示号，C表示修改的次数。RS-232C总线标准规定了21个信号和25个引脚，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道。设计中我采用的是简化的9芯D型连接器DB9。对于一般双工通信，仅需要几条信号线就可以实现，包括一条收发线、一条接收线和一条地线。也就是RS-232C连接的最简单形式：3线制，如图3-7。查资料可知，表3-1为计算机9芯串口引脚信号功能。表3-1 计算机9芯串口引脚信号功能脚号信号名称方

54、向信号功能1DCD对方至PC机PC机收到远程信号载波检测2RXD对方至PC机PC机接收数据3TXDPC机至对方发送数据4DTRPC机至对方PC机准备就绪5GND信号地6DSR对方至PC机对方准备就绪7RTSPC机至对方PC机请求接收数据8CTS对方至PC机双方已切换到接收状态去除发送9RI对方至PC机通知PC机，线路正常振铃指示图3-7 RS-232C连接的最简单形式3线制 电平转换电路的设计和其他的单片机器件一样，作为单片机的标准外围电路，串口的电平转换也有专用的芯片，但也可以使用三极管自行调整电平匹配。本次设计我主要采用专用芯片进行电平转换的方法。目前较为广泛的是使用集成电路转换器件，如M

55、C1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL和RS-232C的双向电平转换。在这里我采用的芯片是MAX232。 2.MAX232 的引脚介绍MAX232 的引脚主要为5个局部。1外接电容：有5个外接电容、进行电压匹配和电源去耦。2TTL的输入：电路TTL电平的输入引脚11和10引脚，连接单片机的TXD输出端口。3TTL的输出：电路TTL电平的输出引脚12和9引脚，连接单片机的RXD输出端口。4RS-232的输入：两路RS-232电平的输入引脚13和8引脚，连接RS-232的TXD

56、的输出端口。5RS-232的输出：两路RS-232电平的输出引脚14和7引脚，连接RS-232的RXD的输出端口。通过MAX232的TTL和RS-232 的输入/输出端口，自动地调节了单片机串口的TTL电平信号和RS-232的串行通信信号的电平匹配。地址分配和连接：只列出和系统相关的、关键局部的单片机与各个模块管脚的连接和相关的地址分配。MAX232的11引脚：MAX232 的TTL电平输入引脚，连接单片机的TXD，TTL串口输入信号。MAX232的12引脚：MAX232的TTL电平输出引脚，连接单片机的RXD、TTL串口输入信号。MAX232的14引脚：MAX232 的RS-232电平输出引

57、脚，连接RS-232的RXD，RS-232的串口输入信号。MAX232的13引脚：MAX232 的RS-232电平输入引脚，连接RS-232的TXD，RS-232的串口输出信号。MAX232和单片机串口连接的电路如图3-8，该电路可以直接使用。图3-8 MAX232和单片机串口连接电路图 的电容和假设干导线。 外围功能模块的选择可从单片机P1.1口外接一个简单的发光二极管电路，做为单片机收发数据的指示灯。3.3 绘制电路原理图到目前为止，具体的硬件系统功能框图完成后，可以绘制电路的原理图，完成电路原理图的绘制后，使用protel99工具软件绘制硬件系统的PCB幅员，这时主要是实现器件在电路板上

58、的分布、具体地封装、信号和电源线的走线分布等。利用protel99电路设计软件，将单片机与PC机串行通信的方案用标准的电路原理图表示，为电路板图的生成提供依据。原理图的设计流程图如图3-9所示。图3-9 原理图的设计流程1翻开原理图设计界面启动Protel99，选取“File/New新建一个文件，翻开选择文件类型的对话框，如图3-10。用鼠标双击 “SchematicDocument字样的图标，进入原理图编辑器。如图3-11。图3-10 选择文件类型的对话框 图3-11 原理图的编辑界面。2选择和摆放器件并对器件进行连线通过选择编辑界面左上方的元件库“Intel Emebedded、“Misc

59、ellaneous Devices、“Maxim Interface中选择单片机8031AH、Max232CPE16、DB9、二极管DIODE、晶振CRYSTAL、按钮SW-PB、电容CAP、电阻RES2等器件，摆放在在空白的原理图上，通过菜单的“Place/Wire由编辑状态切换到连线模式，将放置完毕的元件进行电路图中各对象间的连线，目的是按照电路设计的要求建立网络的实际连通性。结果如图3-12。图3-12 电路原理图3线路调整和报表输出主要是调整器件管脚连接不畅或者是有违布线原那么的局部布线。在此电路原理图的设计就完成，接着需要生成一个重要的报表，即电路原理图的网表。该网表中包含各个器件管

60、脚的定义和相互间的连接。所以该网表有两个重要的作用：一是通过该网表，可以便于设计者对电路原理图过失，二是可以利用该网表进一步生成电路板图。选择“Design菜单 下的“Create Netlist.菜单，protel可以生成对应的电路原理的网表，并保存在制定的路径中。生成的网表名称称为“，其内容和界面如图3-13。图3-13 原理图网表的生成通过以上的几个步骤，完成了单片机与PC机串行通信的电路原理图设计，从中可以看出，只有将原理方案转化为实际的电路原理后，才有实现的可能。 3.4 本章小结通过系统的硬件设计得到了单片机与PC机串行通信的电路原理图3-141、图3-152。并确定了构成整个系统