单片机与PC机串口通信的设计说明

..引言AT89C51是一款高性能的8位单片微型计算机,它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度NVRAMUII<易失性随机存储器>技术,片内带有一个4KB的FLASHFPROM<可擦除、可编程只读存储器>,作为INTEL8051的换代产品,其输出引脚和指令系统与MCS一51完全兼容。由于AT89C51单片机具有集成度高、面向控制、系统结构简单、价格便宜等诸多优点,因而在智能化仪器仪表、数据采集、数据测量等方面有着广泛的应用。但是,实际应用中单片机在数据处理能力、人机交互等方面往往不能满足要求,因而通常用PC来弥补单片机的这些不足。例如,在工程应用中,常常由一台PC机和一台单片机构成主从式计算机测控系统。在这样的系统中,以单片机为核心的智能测控仪表<从机>作为现场测控设备,完成数据的采集、处理和控制各种任务,同时将数据传给PC机<主机>,PC机将这些数据加工处理后,进行显示、打印报表等,PC机也可以将各种控制命令传送给单片机,干预单片机系统的运行,从而发挥PC机的优势。随着单片机和微机技术的不断发展,特别是网络技术在测控领域的广泛应用,由PC机和多台单片机构成的多机网络测控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在实时数据采集和微机对图形处理、显示的优点。同时,windows环境下后台微机在数据库管理上具有明显的优势。二者结合,使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制,而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。1总体方案设计单片机键盘LCD串行通信电平转换接口PC发声电路硬件由单片机89C51、11.059M晶振,30PF电容、22uf/25V电容、10uf/25V电容10K电阻、LCM1601、4×4键盘、LM386、蜂鸣器、按键、Max232组成。具体可实现由AT单片机键盘LCD串行通信电平转换接口PC发声电路图1-1系统结构图LCD：系统显示界面采用LCM1601,一行16字符的液晶显示模块,显示AT89C51接收或PC发来的数据。键盘：输入按键采用4行4列非编码矩阵键盘,配合液晶界面用于和PC机通信。发声电路：发声电路采用LM386作为音频放大电路,在有按键按下的时候会发出相应的按键音。串行通信电平转换接口：AT89C51与PC间的串行数据通信采用的是最简单的TxD,RxD,GND三线制连接,从单片机TX和RX端CMOS电平到PC的标准RS-232电平的转换器件选用Maxim的Max232。2硬件电路设计总电路图见附录C。2.1单片机AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51的管脚图如图2-1所示。图2-1AT89C51的管脚图主要特性：..·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路..管脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写"1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址"1P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入"1”P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如表2-1所示：表2-1P3口的一些特殊功能口口管脚备选功能P3.0RXD〔串行输入口P3.1TXD〔串行输出口P3.2/INT0〔外部中断0P3.3/INT1〔外部中断1P3.4T0〔记时器0外部输入P3.5T1〔记时器1外部输入P3.6/WR〔外部数据存储器写选通P3.7/RD〔外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。AT89C51的时序：AT89C51的振荡器输入分别有引脚19〔XTAL1和引脚18〔XTAL2来完成。只要将这两个引脚接石英晶体和陶瓷电容,如图图2-2所示,就可以与CPU内部组成完整的振荡电路。AT89C51的一个机器周期含有6个状态周期,而每个状态周期为2个振荡周期,因此一个机器周期共有12个振荡周期,如振荡器的频率为12MHZ,一个振荡器周期为1/12微秒,而一个机器周期为1微秒。CCXTAL11918石英晶体XTAL2AT89C51C图2-2AT89C51的振荡电路在本设计中石英晶体的频率为11.0592MHZ,陶瓷电容的取值为30PF。AT89C51的复位: 单片机微处理器的复位都是以外部电路来执行的,在CLOCK工作后,只要在RESET引脚上接上10MS以上的高电平,单片机微处理器便执行状态复位。寄存器的复位单片机在RESET为高电平控制下,程序计数器〔PC和特殊功能寄存器的复位如表2-2所示。单片机的复位并不影响芯片内部RAM状态,只要RESET引脚保持高电平,单片机将循环复位。在复位有效期内,ALE,PSEN将输出高电平。表2-2寄存器复位后的状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIP〔×××00000SBUF〔××××××××IE〔0××00000PCON〔0×××0000二、复位电路简单复位电路中,干扰易串入复位端,在大多数情况下不会造成单片机的错误复位,但会引起内部某些寄存器的错误复位,可以在RESET引脚上接上一个去耦电容。为了保证复位电路的可靠性,常将RC电路接斯密特电路后再接入单片机和外围IC的RESET引脚,如图2-3所示。图2-3AT89C51的复位电路AT89C51的串行口：〔1基本概念数据通信的传输方式：常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。A．单工方式：数据仅按一个固定的方向传送。因为这种传输方式的用途有限,常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。B．双工方式：数据可以实现双向传送,但不能同时进行,实际的应用采用某种协议实现收发开关转换。C．全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工电路的线路和设备比较复杂。D．多工方式：以上三种传输方式都是同一线路传输一种频率信号,为了充分的利用线路资源,可通过使用多路复用器或多路集线器,采用频分、时分、或码分复用技术,即可实现在同一线路上资源共享功能,我们称之为多工传输方式。串行通信的两种通信形式A.异步通信在这种通信方式中,接收器和发射器有各自的时钟,他们的工作是非同步的,异步通信用一帧来表示一个字符,其内容如下：一个起始位,紧接着是若干个数据位,图是传输45H的数据格式。B.同步通信同步通信格式中,发送器和接收器由同一个时钟源控制,为了克服在异步传输中,每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位,占用了传输时间,在要求传送的数据量较大的〔2MCS-51的串行和控制寄存器MCS-51单片机串行口专用寄存器的SBUF为串行口的收发缓冲器,它是一个可寻址的专用寄存器,其中包含了接收器和发射器寄存器,可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址〔99H。MCS-51的串行数据传输很简单,只要向缓冲器写入数据就可发送数据。而从接收缓冲器读出数据既可接收数据。此外,接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器,MCS-51这种结构的目的在于接收数据时避免发生重叠现象,文献称这种结构为双缓冲结构。而发送数据就不需要这样设计,因为发送时,CPU是主动的,不可能出现这种情况。串行通信控制寄存器〔SCON,它是一个可寻址的专用寄存器,用于串行数据通信的控制,单元地址是98H,其结构格式如表2-3所示。表2-3SCON寄存器结构SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H下面我们对SCON控制位功能介绍如表2-4所示。1SM0、SM1：串行口工作方式控制位表2-4SCON控制位功能介绍SM0SM1工作方式功能说明00方式0移位寄存器方式〔用于I/O扩展01方式18位UART,波特率可变〔T1溢出率/n10方式29位UART,波特率为fosc/64或fosc/3211方式39位UART,波特率可变〔T1溢出率/n2SM2：多机通信控制位多机通信是工作方式2和方式3,SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态,当串行口工作方式2或3,以及SM2=1时,只有当接收到第9位数据〔RB8为1时,才把接收的前8位数据送入SBUF,且置位RI发出中断申请,否则会将收到的数据放弃。当SM2=0时,只有在接收到有效停止位时才启动RI,若没接收到有效停止位,则RI清"0"。在方式0中SM2应该为"0"。REN：允许接收控制位。由软件置"1”时,允许接收；软件置"0”时,不许接收。TB8：在方式3和方式3中要发送的第9位数据,需要时用软件置位和清零。TB8：在方式2和方式3中是接收到的第9位数据。在方式1时,如SM2=0,RB8接收到的停止位。在方式0中,不使用RB8。TI：发送中断标志。由硬件在方式0发送完第8位时置"1”,或在其它方式中串行发送停止位的开始时置"1”。必须由软件清"0”。RI：接收中断标志。由硬件在方式0串行发射第8位结束时置"1”B:特殊功能寄存器PCONPCON：主要是是CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器,单元地址为87H其机构格式如表2-5所示。表2-5特殊功能寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0位符号SMOD———GF1GF0PDIDL在CHMOS型单片机中,除SMOD位外其它位均为虚设的,SMOD是串行波特率倍增位,当SMOD=1时串行口波特率加倍,系统复位默认为SMOD=0。这里重述一下中断允许寄存器IE对串行口有影响的位ES。ES为串行中断允许控制位,ES=1允许串行中断,ES=0,禁止串行中断。如表2-6所示。表2-6中断允许寄存器符号EA——ESET1EX1ETOEX0位地址AFHAEHADHACHABHAAHA8HA8H 〔3串行口工作方式串行口具有4种工作方式,我从应用和毕业设计的角度,重点讨论方式1发送。串行口定义为方式1时传送1帧数据为10位,其中1位起始地址、8位数据位〔先低位后高位、1位停止位方式1的波特率可变,波特率=<T1的溢出率>2.2LCM1601LCM1601是一款兼容的液晶显示模块,支持5×7点阵和16字×2行符两种模式,背光亮度和显示对比度可调,是一种功能较简易、价格较便宜的液晶显示器件。它由液晶显示屏和驱动器两部分组成,单片机通过写控制字方式访问它的驱动器来实现对显示屏的控制。 图2-4所示为LCM1601封装图。图2-4LCM1601封装图 器件封装为单列DIP16,引脚定义如表2-7所示。表2-7LCM1601引脚说明编号标示引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3V0液晶显示偏压4RS指令/数据选择端〔H/L5R/W读/写选择端6E使能信号7D08位数据总线8D19D210D311D412D513D614D715LED+背光源正极16LED-背光源负极2.34×4行列式扫描键盘 简易的行列式键盘不需要借助其他的I/O扩展芯片,直接占用P1的8条口线,再利用单片机内部的软件来配合实现4×4扫描键盘,其特点是简单且不增加成本,通常在系统I/O线充裕的情况下采用。2.4音频功率放大器件LM386LM386的接脚图如图2-8所示。LM386是专为低损耗电源所设计的功率放大器。它的内建增益为20,透过pin1和pin8脚位间电容的搭配,增益最高可达200。LM386输入电压范围可由4V~12V,无作动时仅消耗4mA电流,且失真低。图2-8接脚图2.5RS-232电平转换器件Max232MAX232芯片是MAXIM公司生产的,包含两路接收器和驱动器的IC芯片。MAX232芯片内部有一个电源电压转换器,可以把输入的+5V电压变换为RS-232输出电平所需的一1O～+10V电压。所以采用此芯片接口串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。对于没有一12～+12V的场合,其适应性更强。加之其价格适中,硬件接口简单,所以被广泛采用。图2-9所示为Max232的封装图。图2-9Max232封装图引脚说明如表2-8所示。表2-8Max232引脚说明VCC供电电压GND地C+、C-外围电容T1IN第一路TTL/CMOS驱动电平输入T1OUT第一路RS-232电平输出R1IN第一路RS-232电平输入R1OUT第一路TTL/CMOS驱动电平输出T2IN第二路TTL/CMOS驱动电平输入T2OUT第二路RS-232电平输出R2IN第二路RS-232电平输入R2OUT第二路TTL/CMOS驱动电平输出3部分器件的原理分析3.1键盘扫描的工作原理 简易的行列式键盘不需要借助其他的I/O扩展芯片,直接占用P1的8条口线,再利用单片机内部的软件来配合实现4行4列的扫描键盘,其特点是简单且不增加成本,通常在系统I/O线充裕的情况下采用。其原理图如图3-1所示。图3-1原理图 工作原理：I/O口P2.7～P2.1充当列选线,P2.3～P2.1充当行选线。在键盘开始扫描的时候,首先向P2口赋行扫描初值7FH,令第一行〔P2.3为0,从第一行开始检测。接下来检测第一行的第一列是否键按下？没有按下,则检测第二列,如果4列扫描完毕,没有键按下,则扫描下一行,如此往复,直至4行4列检测完毕。当有键按下时,相应的列选线电平被拉低,首先扫描行选线,确定按键的行号,然后扫描列选线,确定列号,则按键的编号即可确定。3.2按键发声原理要产生音频脉冲,只要算出某一音频的周期,然后将此周期除以2,即为半周期的时间,利用定时器计时这个半周期时间,每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相,然后重复计时此半周期时间再对I/O反相,就可在I/O引脚上得到此频率的脉冲。计数脉冲值与频率的关系公式如下：N=Fi÷2÷Fr N：计数值；Fi：内部计时一次为1us,故其频率为1MHZ；Fr:要产生的频率。其计数值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi÷2÷Fr表3-1是各按键音符的频率与计数值T的对照表。表3-1各按键音符频率与计数值T的对照表键值音符频率〔HZ简谱码〔T值键值音符频率〔HZ简谱码〔T值0低3M330640218中4FA698648201低4FA349641039中5SO784648982低5SO39264260A中6LA880649683低6LA44064400B中7SI988650304低7SI49464524C高1D0946650585中1D052364580D高2RE1175651106中2RE58764684E高3M1318651577中3M65964777F高4FA1397651784单片机软件设计软件的设计是我毕业设计的另一个重要方面。它的好坏直接关系毕业设计的成功与否。我等软件是用汇编完成的,需要能熟练的掌握汇编语言,还要熟悉AT89C51单片机。程序流程图是编写软件的重要前提,它是在图表上直观的体现拟设计的目的及过程。也是编译的重要依据,按照流程图一步一步编写程序,单片机软件主程序流程图如图4-1所示。是是否否是开始LCD初始化设置串口初始化收到数据？检测按键输入读入键值转换成键码串口发送键码LCD显示并发声接收数据送LCD显示图4-1主程序流程图4.1CM1601软件 LCD1601是通用的点阵型液晶模块,分4位和8位数据传输方式。提供5X7点阵＋光标和5X10点阵＋光标的显示模式。除带有驱动IC外,还自带液晶显示控制IC,其本身就是一个能够接受指令,自动控制液晶显示的单片微机子系统。因此,通过软件编程,就可以实现对LCM1601的操作。编程时要求CPU每一次访问都要先对忙标志BF进行识别,当BF=0时,即LDC允许CPU访问时,再进行下一步的操作。操作程序如下：4.2.1写指令 ENABLE: MOV P1,#0FFH ；令P1=FFH CLR RS ;RS=0,R/W=1,读BUSYFLAG地址计数器SETB RWCLR ENOPSETB EP1.7,ENABLE ;BUSYFLAG=0? CLR RS ;RS=0,R/W=0写入指令组CLR RWCLR ECALL DELAYSETB ERET4.2.2写数据WRITE1: MOV R1,#00H ;显示TABLE表的值A3: MOV A,R1 ;至TABLE取码MOVC A,A+DPTR CALL WRITE2 ;显示至LCDINC R1 CJNE A,#00H,A3 ;是否取到"00H"结束码？RETWRITE2: MOV P1,A ;显示数据送至P1 SETB RS ;RS=1,R/W=0写入数据寄存器显示CLR RWCLR ECALL DELAYSETB ERET4.2.3LCD1601初始化 MOV P1,#01H ;清除屏幕CALL ENABLE MOV P1,#38H ;功能设定〔8位,2行,5×7点矩阵CALL ENABLE MOV P1,#08H ;显示器ON,光标ON,闪烁ONCALL ENABLE MOV P1,#06H ;光标右移 CALL ENABLEMOV P1,#80H；令光标回到第一行第一个字位置CALL ENABLE4.2串口通信子程序设计AT89C51的串行口是全双工的UART,它可同时发送和接收数据,是使用特殊寄存器内的SBUF寄存器及SCON串行控制寄存器,如表4-1所示。表4-1SCON串行控制寄存器 RI：接收中断标志位。在模式0下,当第8位结束时,硬件会将其设为1；在其他模式下,在停止位的开始时有硬件设定,次位必须由软件清除。 TI：发送中断标志位。在模式0下,当第8位结束时,硬件会将其设为1；在其他模式下,在停止位的开始时由硬件设定,次位必由软件清除。 RB8：在模式2或3时,发送的第9位放入次位。在模式1时,若SM2=0,则RB8为接收到的停止位。模式0时,RB8没作用。 TB8：在模式2或3时,发送时的第9位数据位由软件控制。 REN：由软件设定或清除,以决定是否接收串行输入数据,REN=1,接收；REN=0,发送。 SM2：当串行口为模式2或3时,使能多处理器通信的功能。在模式2或3时,如果SM2=1,则当接收到第9位数据为0时,RI不动作。在模式1时,若SM2=1,当接收到的停止位不正确时,RI也不动作。在模式0时,SM2必须为0。 SM1：串行口模式选择。 SM0：串行口模式选择。 UART共有四种工作方式,MODE0可发送或接收8位的数据；MODE1可发送或接收10的数据；MODE2K可发送或接收11的数据；MODE3与MODE2的功能几乎完全一样,不同的是MODE2的发送速率固定,而MODE3是可变的。现在就本文中用到的MODE1作一重点介绍。MODE1其设定如下： MOV SCON,#00000000B ；发送数据工作方式 C TI,LOOP ；发送是否完毕？是则跳至LOOP,并清除TI=0 MOV SCON,#00010000B ；接收数据工作方式 C RI,LOOP ；接收是否完毕？是则跳至LOOP,并清除RI=0 MODE0KE可发送或接收11位的数据,此10个位分别是1个起始位、8个数据位和1个停止位。MODE1发送数据的速度〔称为波特率是可变的,由TIMER1或TIMER2控制且最好工作在MODE2〔自动载入模式,这样只要设定TH1一次即可。当UART接收〔RXD引脚到一个字节的数据后,会使SCON寄存器内的RI位设定为1,CPU只要检查RI=1就可知道UART已接收到数据。若数据通过UART输出时〔TXD引脚,在8个位输出完毕后,SCON寄存器内的TI位会被设为1,CPU只要检查到TI=1就可知道可以再发送下一个字节。 控制波特率的寄存器为PCON,如表4-2所示。说明如下： PCON：电源控制寄存器〔POWERCONTROLREGISTER。表4-2电源控制寄存器 SOMD：双倍波特率位。当串行工作于模式1、2或3时,如使用TIMER1做波特率发生器,且SMOD=1则波特率为双倍。—：保留位。 GF1：一般用途,对于AT89系列,GF1为通用标志位。 GF0：一般用途,对于AT89系列,GF0为通用标志位。 PD：电源下降位,对于AT89系列,PD为1时进入掉电状态。 IDL：IDLE模式位,对于AT89系列,IDL为1是进入空闲工作方式。 注意：PD和IDLE同时为1时,PD较优先。 其设定方式如下：设定波特率：MOV TMOD,#00100000B ；设定TIMER1的MODE2ANL PCON,#01111110B ；设SMOD=0或ORL PCON,#10000000B ；设SMOD=1MOV TH1,#0FDH ；设定TIMER1的计数值SETB TR1 ；启动TIMER1 〔2设定UART工作方式MOV SCON,#01010000B ；MODE1做接收,REN=1C RI,LOOP2或MOV SCON,#0100000B ；MODE做发送,REN=0C TI,LOOP2 波特率的计算：MODE0的波特率=振荡器频率÷12振荡频率=12MHZ 波特率=1MHZMODE2的波特率=〔2/64×振荡频率振荡频率=12MHZ SMOD=0 BAUD=187.5KHZ SMOD=1 BAUD=375KHZMODE1和MODE3：利用TIMER工作在MODE2模式〔自动载入产生的波特率为〔2/32×[振荡频率/〔12×〔256-TH1]常用的各种波特率如表4-2-3所示。表4-3常用的各种波特率波特率〔bit/sFosc<MHZ>SMODTimer1C/T模式自动载入480012102F3H240012002F3H120012102F6H1920011.059102FDH960011.059002FDH480011.059002FAH240011.059002F4H120011.059002F8HUART的中断要求： 其中断要求有两种方式：〔1当UART的接收器〔RXD接收到一个字节的数据且将其存入SBUF寄存器后,就会将RI设定为1,而对AT89C51提出中断要求。〔2当UART的发送器将SBUF寄存器的8个位数据发送出去后,会将TI设定为1。 UART中断要求设定的步骤：1.设定UART中断起始地址。 ORG 23H JMP UART2.设定TIMER1工作在MODE2MOV TMOD,#00100000B3.设定波特率为2400ANL PCON,#01111111BMOV TH1,#0F3H4.启动计时器 SETB TRX5.设定UART工作方式 MOV SCON,#01××0000B3.设定UART中断功能 MOV IE,#10010000B4.3键盘扫描子程序设计键盘扫描的步骤： 〔1设置P1口初始值07FH； 〔2P1口右移,检测行； 〔3P1口左移,检测列；流程图如图4-2所示。键盘接口程序如下：MOV R3,#0F7H ;扫描初值<P2.3=0> MOV R1,#00H ;取码指针初值D3: MOV A,R3 ;载入扫描指针 MOV P2,A ;输出至P2,开始扫描行 MOV A,P2 ;读入P2CLR C CPL C ;令C=1 MOV R5,#04H ;检测列D4: RLC A ;左移一位〔P2.7~P2.4 JNC KEYIN ;检测行C=0,表示被按 INC R1 ;没按则取码指针加1 DJNZ R5,D4 ;4列检测完毕了？MOV A,R3CLR CCPL C ;C=1 RRC A ;扫描下一行,即下一行为0 MOV R3,A ;存回R3扫描指针寄存器图4-2读键输入子程序框图 JC D3 ;C=0表示扫描完毕RETKEYIN: MOV 22H,R1 ;取码指针存入22H地址 MOV R7,#10 ;消除抖动D5: MOV R6,#248DJNZ R6,$DJNZ R7,D5D6: MOV A,P2 ;按钮放开否？XRL A,R44.4按键发声子程序的设计按键发声子程序框图如图4-3所示。图4-3按键发声子程序框图程序如下：ORG 00H ;主程序其始地址 JMP START ;跳至主程序 ORG 0BH ;TIMER0中断其始地址 JMP TIM0 ;跳至TIMER0中断子程序START: MOV TMOD,#00000001B ;设定TIMER0工作在MODE1 MOV IE,#10000010B ;中断使能 SETB TR0 ;启动TIMER0D1: CALL KEY ;调用KEY,判断是否有按下？ CLR EA ;中断屏蔽 F0,D1 ;没按则F0=1,没按则F0=0 MOV A,22H ;有按则将取码指针暂存地址的值载入A RL A ;乘2 MOV DPTR,#TABLE ;至TABLE取码,取T的值MOVC A,A+DPTR; MOV TH0,A ;取到的高位字节存入TH0 MOV 21H,A ;取到的高位字节存入〔21H MOV A,22H ;再载入取码指针 RL A ;乘2 INC A ;加1 MOVC A,A+DPTR;至TABLE取相对的低位字节计数值 MOV TL0,A ;取到的高位字节存入TL0 MOV 20H,A ;取到的高位字节存入〔20HD2: CALL KEY ;调用KEY,判断是否有键按下 SETB EA; ;中断使能 F0,D1 ;有按否？ JMP D2; ；有则跳至D2KEY: SETB F0 ;设F0=1 MOV R3,#0F7H;扫描初值<P2.3=0> MOV R1,#00H ;取码指针初值D3: MOV A,R3 ;载入扫描指针 MOV P2,A ;输出至P2,开始扫描行 MOV A,P2 ;读入P2CLR C CPL C ;令C=1 MOV R5,#04H ;检测列D4: RLC A ;左移一位〔P2.7~P2.4 JNC KEYIN ;检测行C=0,表示被按 INC R1 ;没按则取码指针加1 DJNZ R5,D4 ;4列检测完毕了？MOV A,R3CLR CCPL C ;C=1 RRC A ;扫描下一行,即下一行为0 MOV R3,A ;存回R3扫描指针寄存器 JC D3 ;C=0表示扫描完毕RETKEYIN: MOV 22H,R1 ;取码指针存入22H地址 CLR F0 ;令F0=0RETTIM0: PUSH ACC ;将A的值暂存于堆栈 PUSH PSW ;将PSW的值暂存于堆栈 MOV TL0,20H ;重设计数值MOV TH0,21H CPL P3.4 ;将P3.4反相 POP PSW ;至堆栈取回PSW的值 POP ACC ;至堆栈取回A的值RETITABLE: DW 64021,64103,64260,64400DW 64524,64580,64684,64777DW 64820,64898,64968,65030DW 65058,65110,65157,651785软硬件调试及结果5.1软件仿真软件仿真使用的是ISIS6Professional,它可以完成单片机的电路仿真。图5-5-1是软件仿真的结果。图5-1-1软件仿真的结果5.2硬件焊接硬件的焊接是毕业设计中重要的环节,用的工具很简单：电烙铁、焊丝和镊子。因为我们选用的是实验板,所以要用导线把各个元器件连接起来,这就要有一定的技术基础,幸好这个在我们以前的生产实习中已经掌握。焊接要细心,还要有耐心。焊接前要对照电路图对元器件有一个合理的布局,那样的话就会使电路简洁明朗,而且不易出错,即使出错也容易检查。5.3调试 调试的时候,PC机可以使用ComTools串口调试工具,而不必自己编写程序。ComTools的界面如图5-3-1所示。图5-3-1ComTools串口调试工具操作界面它的主要功能如下:可设置各种通讯速率、奇偶校验、数据位和停止位；可分别设置ASCII码<包括中文>或十六进制数据格式的发送模式或接收模式；能将接收数据保存成文本文件,便于观察分析；自动保存设置参数,无需每次重新设置；可以设置16条定时自动发送的数据,以及每条数据发送后的延时时间；可以同时监控2个串口,利用特制电缆可监听2个串口设备之间的通讯过程；发送数据时,可自动计算并添加和校验发送；DTR自动控制是为了方便RS485通讯测试而添加的功能；方便的查找功能,使你可以轻松搜索接收文本框中的字符;使用快捷键可快速调用最近五次发送的不同数据。5.4结果通过软件仿真,单片机可以向PC机发送数据,同时接收PC机发来的数据,完全实现了单片机与PC机之间点对点的通信。由于5.12地震的影响,毕设暂停了一段时间,加之器材室元器件缺少我所需的器件,硬件电的路焊接也就没有完成。6结语实验表明,此系统完全实现了PC机与单片机之间点对点的通信,方法简单可靠,基本上在需要用到PC机与单片机串行通信的场合均可采用此种方法。随着近年来PC在国内应用范围的日益壮大,在工业控制、数据采集等领域越来越多的采用PC,本文可以算作是一个有益的尝试。当然在实际应用中还需要考虑一些问题,比如进行出错处理的问题,可以在一个要发送的字符串后再发送一个校验和,当收到返回的校验和与发送的校验和不一致时再进行重发,再比如所采用的RS232C传输距离很短,并且抗干扰能力很差,这时需要将总线转换成差分传输的RS485/RS422。另外,稍加改进,就可实现PC机与多片51单片机的串行通信,这时由于共用一条总线,必须给每个单片机分配一个地址,然后由PC机对总线进行仲裁,只有获得总线使用权的单片机才能与上位机进行通信,这里不再赘述。总之,本文只是为PC和单片机串行通信提供了一个典型的范例,要应用到实际的项目中去,还需要根据实际的情况具体考虑,灵活应用,最终才能形成一个可靠的基于PC与单片机的串行通信系统。参考文献[1]王福瑞．单片微机测控系统设计大全[M]．北京：北京航空航天大学出版社,1998．06[2]李华．MCS一51系列单片机实用接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社,1993．07[3]李朝青．PC机与单片机&DSP数据通信技术选编<1>[M]．北京：北京航空航天大学出版社,2003．12[4]刘金伍．单片机应用与实践[M]．北京：北京航空航天大学出版社,1995．08[5]刘大茂．智能仪器：单片机应用系统设计[M]．北京：机械工业出版社,1998．04[6]万福君,潘松峰．单片微机原理系统设计与应用[M]．XX：中国科学技术大学出版社,2001．01[7][美]安格斯生．串行端口大全[M]．精英科技译．北京：中国电力出版社,2001．01附录A英文资料LinuxPCand51seriesmonolithicintegratedcircuitserialcommunicationdesignAbstract:IntroducedonekindusesLinuxoperatingsystemPCmachinecarriesonthecorrespondencethroughtheserialportandtheMCS-51seriesmonolithicintegratedcircuitthedesignmethod,hasgiventhebasichardwareprincipleandthesignalproceduredesign2methods.Theexperimentprovedthat,thiskindofplansimplereliable,thepriceisinexpensive,wasLinuxindomainandsooninindustrycontrolapplicationshasprovidedonesolution.Keyword:Linux;Monolithicintegratedcircuit;Serialcommunication;Industrycontrol.Themonolithicintegratedcircuitperformancestable,thepriceinexpensive,thefunctionisformidable,intheintelligentinstrument,industryequipmentaswellasintheeverydayuseelectronicconsumableobtainedthemoreandmorewidespreadapplication.Inthemonolithicintegratedcircuitinputoutputcontrol,exceptdirectlyjoinssmallmethodsandsoonoutsidekeyboardandLCDdisplaymonitor,generallyallandonpositionmachinePCcarriesonthecorrespondencethroughtheserialport,butlattermethodbecausecanrealizethelong-distancecontrol,andcanusethePCmachineformidabledataprocessingfunctionaswellasthefriendlycontrolinterface,appearsespeciallyimportantly.CarriesonthecontrolingeneralusePCmachinetothemonolithicintegratedcircuitthesituation,allisusesWindowstotakeonthepositionmachineplatform,itsmeritisthecontactsurfaceisfriendly,theprogrammingandtheoperationquiteisalleasy,theshortcomingisthestabilitytooisbad,thisregardingneedstheinstallmentwhichtheconsecutivenumberdayorseveralmonthsmove,isespeciallyinappropriate.Intherequestquiteharshsituation,allusestheUNIXworkstationtotakethemastercontrolplatformgenerally,iftheHefeisynchronizationradiationacceleratormastercontrolplatformusesistheSUNSolarisworkstationsystem,howevertheUNIXworkstationexpensivepricehaslimiteditsusescopegreatly.Inrecentyears,alongwiththeLinuxswiftandviolentdevelopment,causeditgraduallytoturnthemainstreamoperatingsystemfromsmallnumberofpeople'stoy.LinuxisfollowstheGPLagreementthefreesourcecodeopeningsoftware,anybodyallmayfreeobtainitssourceprogramfromInternet,alsomayreviseitssourcecodeundertheGPLagreementtoadaptthespecificapplication,itsmovementonordinaryPC,theperformanceisstable,issuitablefortomaketheindustrycontrolspecially,thereforerealizesLinuxandthemonolithicintegratedcircuitserialcommunicationhasthesignificanceextremely,hemaybethesubstitutionmethodwhichtheexpensiveUNIXworkstationonekindmayelect.1hardwareprincipleAtpresentthedomesticusemanyistheMCS-51seriesmonolithicintegratedcircuit,thereforeselectsthemonolithicintegratedcircuitexperimentobjectispieceofAT89C51,Figure1isthehardwareschematicdiagram,becausemustrealizeconformstotheRS232Cserialcommunication,butalsoshoulduseonepieceICL232CPE<MAX232>totaketheserialcommunicationthelevelswitchingcircuit.Inexperimentalprocess,inordertoexaminecorrespondswhethersucceeds,besidesletsthemonolithicintegratedcircuitreturntoonpositionmachinedeliversthedata,butalsoexpandedseveralpieceoflatchesinthemonolithicintegratedcircuitperiphery,severalLEDlightemitterdiodeandseveralsmallkeyboards.TheserialcommunicationusesthesimpleTxD,RxD,GNDthree-wiresystemconnection,paysattentiontoTxDandRxDnearbytwoshouldtheoverlappingsegment.OnthepositionmachineisordinaryPCmachine,altogetherhas2serialportCOM1,COM2,itmovesRedHat8.0,infact,ifdoesnotrequesttomovegraphicalinterfacesandsoonGnomeorKDE,Linuxisquitelowtothesystemhardwarerequest.Theexperimentprovedthat,thiselectriccircuitsimplereliable,issuitableextremelyforthetestserialcommunication.2serialcommunicationprogrammingSerialcommunicationprocedureincludinglowerpositionmachinemonolithicintegratedcircuitandonpositionmachinePCmachineprocedure.Themonolithicintegratedcircuitreceivesthedatawhichthepositionmachinetransmits,putstointernalRAMinside,againthedatasimultaneouslytransmitsRAMintoexteriorexpansionlatchandonthepositionmachine,fromthismayjudgecorrespondswhethersucceeds.Thisprocedurewrotebytheassemblylanguage,wheninitializationthebaudrateestablishmentis4800b/s,themailingaddressis8-N-1.Onthepositionmachineprocedurecompilationistheessentialpart,becausemustcarryontheoperationtotheserialporthardwareequipment,some2methods,oneareuseLinuxessencebringingtheserialportdriver,moreoveronemethodisthedirectread-writeserialporthardwareport,belowintroducedseparately.2.1useserialportdriverprogrammingmethodCarriesontheprogrammingusingtheLinuxownserialportdriver,infactistransfersthedriveraseriesoffunctions,completestheserialportcorrespondenceparametertheestablishment,thedatatransmissionandthereceive.Inthismethod,Linuxallassignsadocumentindexnumberforeachserialport,hasthecorrespondingdocumentname,infactisregardsasthehardwareequipmentonekindofspecialdocument,likeCOM1,COM2correspondencedocumentrespectivelybe/dev/ttyS0,/dev/ttyS1,operatesthese2serialportsinfactoperatesthese2documents,butwithdoesnotcertainlyhavetothehardwareequipmentdocumentoperationtotheordinarydocumentoperationwhatdifferently,allmayusesamedocumentI/TheOtransferfunction<open,write,read,close>,thesimilarityliesinwithsystemcallopen<>openstheserialportobtainsafterthecorrespondingequipmentdocumentdescriptionsymbol,firstmusttoitcarryontheinitialization,establishessomespecificparameters,likebaudrate,Thedataposition,theinputoutputwayandsoon,theseparametersdepositinstructtermios,functiontcsetattr<>mayestablishtheserialportstructtermios,tcgetattr<>tobepossibletoobtainserialportstructtermios.Afterestablishedthecorrespondenceparametercarriesonread-writeonavailablereadandwritetotheserialportdocument.Whenoperatingproceduremustpayattentiontotheuserwhetherhastotheserialportdocumentwhichmustoperatecarriesontheread-writeauthority,mayusechmodtoordertocarryonthedocumentjurisdictionrevision.Itinitializationfunctionisasfollows:Theinitializationwilllaterstarttotransmitandtoreceivethedata,firstforastringofcharactertransmissionthemonolithicintegratedcircuit,afterthemonolithicintegratedcircuitreceivesthedata,willgivethedatareturnsthepositionmachine.Butneedstopayattention,becauseonthepositionmachinespeedismuchquickerthanthemonolithicintegratedcircuit,atimecannottransmitexcessivelymanydata,otherwisewillhavethepossibilitytocauseextremelytotransmitthebufferoverflowtolosethedata,thetransmissionfromnowon,butalsowillhavetowaitforperiodoftime,willcausethemonolithicintegratedcircuittotransmitcompletelythedataafteronpositionmachine,thenwillcarryontheread.2.2directread-writeserialporthardwareportmethodIsusingthismethodtime,musthavesomeunderstandingstotheserialportcorrespondencehardwareprinciple.ThePCmachineserialportisbygeneralasynchronoustransceiver8250UART<or16550>isthecoreconstitution,theregisterbaseaddressrespectivelyis0x3f8<COM1>and0x2f8<COM2>,butalsohastheregisterwhichothersomeuseincontrolling.HasverymanyregistersiswiththeModemcorrelation,butcarriesonthecorrespondencewhentheusethree-wiresystemwith,onlyusesthecareandthecorrespondencerelatedregister,comparestheusetocomeforthegeneralfunctioncompilationserialportequipmentdriver,thedirectread-writecorrelationregisterefficiencyishigher.Aftertheinitialization,mightcarryonthedatareceivinganddispatching,acceptedinfrontofthedatahadtoguaranteethereceivedataready,thismightjudgethrough0x2fdD0,transmittedinfrontofthedatamustguaranteetransmissionregisterforspatial,thismightjudgethrough0x2fdD5,thecodewasasfollows:3conclusionsTheexperimentindicated,thissystemuses2methodsallcompletelyhaverealizedbetweenLinuxPCmachineandthemonolithicintegratedcircuitthepoint-to-pointcorrespondence,themethodsimplereliable,basicallyinneedtousePCmachineandthemonolithicintegratedcircuitserialcommunicationsituationmayusethismethod.AlongwithrecentyearsLinuxinthedomesticapplicationscopedailystrength,indomainsandsoonindustrycontrol,dataacquisitionalsowillcertainlymoreandmoremanyuseLinux,thisarticletobepossibletocalculatedidisabeneficialattempt.Certainlyinthepracticalapplicationalsoneedstoconsidersomequestions,forinstancecarryonmakeamistaketheprocessingquestion,mayagaintransmitaverificationafterthestringofcharacterwhichmusttransmitand,whenreceivesthereturnstheverificationandwiththetransmissionverificationandinconsistentagaincarriesonthereproduction,againforinstanceusestheRS232Ctransmittingrangeisveryshort,andantijammingabilityisverybad,bynowneededtotransformthemainlinethedifferencetransmissionRS485/RS422。Moreover,improvesslightly,mayrealizePCmachinewiththemulti-piece51monolithicintegratedcircuitserialcommunications,becausebynowusedincommonamainline,hadtogiveeachmonolithicintegratedcircuittoassignanaddress,thencarriedonthearbitrationbyPCmachinetothemainline,onlythenobtainedthemainlinerightofusethemonolithicintegratedcircuittobeabletocarryonthecorrespondencewithonpositionmachine,herenolongergaveunnecessarydetail.Inbrief,thisarticleonlywasLinuxPCandthemonolithicintegratedcircuitserialcommunicationhasprovidedatypicalmodel,hadtoapplyintheactualproject,butalsoneededaccordingtotheactualsituationconcreteconsideration,thenimbleapplication,finallytobeabletoformonereliablybasedontheLinuxplatformsystem.附录B中文翻译LinuxPC和51系列单片机串行通信的设计摘要：介绍了一种采用Linux操作系统的PC机通过串口和MCS-51系列单片机进行通信的设计方法,给出了基本的硬件原理和通信程序设计的2种方法。实验证明,这种方案简单可靠、价格低廉,为Linux在工业控制等领域中的应用提供了一种解决方法。关键词：Linux；单片机；串行通信；工业控制单片机性能稳定、价格低廉、功能强大,在智能仪器、工业装备以及日用电子消费品中得到了越来越广泛的应用。在单片机的输入输出控制中,除直接接上小键盘和LCD显示屏等方法外,一般都通过串口和上位机PC进行通信,而后一种方法由于能实现远程控制,并且能够利用PC机强大的数据处理功能以及友好的控制界面,显得尤为重要。在一般的利用PC机对单片机进行控制的场合,都是采用Windows作为上位机的平台,其优点是界面友好,编程和操作都比较容易,缺点是稳定性太差,这对于需要连续数天或数月运行的装置来说,尤其不合适。在要求比较苛刻的场合,一般都采用UNIX工作站作为主控平台,如XX同步辐射加速器的主控平台采用的是SUN的Solaris工作站系统,然而UNIX工作站昂贵的价格又大大限制了其使用的范围。近年来,随着Linux的迅猛发展,使其逐渐从少数人的玩具变成了主流的操作系统。Linux是遵循GPL协议的免费源代码开放软件,任何人都可以自由的从Internet上取得其源程序,也可在GPL的协议下修改其源代码以适应特定的应用,其运行在普通的PC上,性能稳定,特别适于做工业控制,因此实现Linux和单片机的串行通信非常有意义,他可以是昂贵的UNIX工作站的一种可选的替代方法。硬件原理

目前国内使用较多的为MCS-51系列的单片机,因此选用的单片机实验对象为一片AT89C51,图1是硬件原理图,由于要实现符合RS232C的串行通信,还应该用一片ICL232CPE<MAX232>作为串行通信的电平转换电路。在实验过程中,为了查看通信是否成功,除了让单片机对上位机回送数据外,还在单片机外围扩展了几片锁存器,几个LED发光二极管和几个小键盘。串行通信是采用最简单的TxD,RxD,GND三线制连接,注意TxD和RxD两边应该交叉连线。上位机是一台普通的PC机,共有2个串行口COM1,COM2,其运行RedHat8．0,实际上,如果不要求运行Gnome或KDE等图形界面,Linux对系统硬件的要求相当低。实验证明,此电路简单可靠,非常适用于测试串行通信。2串行通信程序设计串行通信程序包括下位机单片机和上位机PC机的程序。单片机接收上位机传来的数据,放到片内RAM里面,再将RAM内数据同时发送到外部扩展锁存器和上位机,由此可以判断通信是否成功。此程序由汇编语言写成,初始化时波特率设置为4800b/s,通信方式为8－N－1。上位机程序的编写是关键部分,因为要对串口硬件设备进行操作,有2种方法,一是利用Linux内核自带的串口驱动程序,另外一种方法就是直接读写串口硬件端口,下面分别介绍。2．1利用串口驱动程序的编程方法利用Linux自身的串口驱动程序进行编程,实际上就是调用驱动程序的一系列函数,完成串口通信参数的设置,数据的发送和接收。在这种方法中,Linux给每个串口都分配一个文件索引号,有相应的文件名称,实际上是将硬件设备看成一种特殊的文件,如COM1,COM2对应的文件分别为/dev/ttyS0,/dev/ttyS1,操作这2个串口实际上就是操作这2个文件,而对硬件设备文件的操作与对普通文件的操作并没有什么不同,都可以使用相同的文件I/O调用函数<open,write,read,close>,不同之处在于用系统调用open<>打开串口得到相应设备的文件描述符以后,先要对其进行初始化,设置一些特定的参数,如波特率、数据位、输入输出方式等,这些参数存放在structtermios中,函数tcsetattr<>可以设置串口的structtermios,tcgetattr<>可以得到串口的structtermios。设置完通信参数后就可用read和write对串口文件进行读写了。运行程序时要注意用户是否有对要操作的串口文件进行读写的权力,可以用chmod命令进行文件权限修改。初始化以后就开始发送和接收数据,先将一个字符串发送给单片机,单片机接收到数据后,将数据返回给上位机。但需要注意的是,由于上位机速度比单片机快得多,一次不能发送过多的数据,否则极有可能使发送缓冲区溢出而丢失数据,发送过后,还需等待一段时间,使单片机将数据完全发送到上位机后,再进行读取。2．2直接读写串口硬件端口的方法在使用这个方法的时候,必须对串口通信的硬件原理有一些了解。PC机的串口是由通用异步收发器8250UART为核心构成的,寄存器基地址分别是0x3f8<COM1>和0x2f8<COM2>,还有其他的一些用于控制的寄存器。有很多寄存器是与Modem相关的,而在使用三线制进行通信时用不到,只用关心与通信相关的寄存器,比起使用为通用功能编写的串口设备驱动程序来,直接读写相关寄存器效率更高。初始化后,就可以进行数据的收发了,接受数据之前必须保证接收数据就绪,这可以通过0x2fd的D0来判断,发送数据之前必须保证发送寄存器为空,这可以通过0x2fd的D5来判断。结语实验表明,此系统采用的2种方法都完全实现了LinuxPC机与单片机之间点对点的通信,方法简单