单片机与pc机之间的串口通信

论文题目：单片机与计算机串行通信的设计 学 号：20101003 学生姓名：周爽 学 院： 电气与电子工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 100307 指导教师：林志琦 2013 年 1 月 1 第 1 章 设计任务及性能指标 1.1 系统开发背景和系统设计的意义 自单片机出现至今，单片机技术已走过了近 20 年的发展路程。纵观 20 年 来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大 规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域为拉动，表现出较微处理 器更具个性的发展趋势。与此同时在市场上以单片机为核心控制器的产品更是 层出不穷，各种家用电器、智能仪器仪表、医疗器械、机电一体化、实时工业 控制、交通领域无不用到单片机。从目前单片机的发展趋势来看，单片机控制 技术已成为电子设计技术及计算机技术不可缺少的一个重要部分，因此单片机 系统在电子世界里有着较好的前景，进行单片机的系统开发设计在当今电子领 域有着重大的意义。 1.2 设计目标 该设计要求实现： 设计串行通信接口，实现与 PC 机的通信，完成键盘输入指令，控制发光二 极管的状态。 设计结果要求： 完成电路的设计，完成软件程序的编写（包括流程图和部分源代码） 。 1.3 设计任务 该设计题目包括四个个部分，分别为： 1.及性能指标设计任务（包括设计背景及意义） ； 2.系统硬件设计（包括各模块的硬件电路设计、主要芯片的介绍等） ； 3.系统软件设计（包括主程序流程图的设计、控制算法） ； 4.系统的调试（包括硬件调试和软件调试）： 5.结论 2 1.4 设计原理 单片机的串行口除了可用作与其他单片机的通信外，还能作为 与普通计算机通信的通道，从而使得单片机在通信与控制领域得到 了广泛的应用。串行通讯方式具有使用线路少、成本低，适合远程 传输。PC 机与单片机之间由 RS-232C 接口相连，在计算机的串行口 都是公头，称为 DB9P。而可插入公头的是母头，称为 DB9S。计 算机通过串口软件发送和显示数据，发送的数据通过晶片 MAX232 传 到单片机中，并由 LED 数码管显示出来。 第 2 章 硬件系统设计 2.1 硬件设计框图 硬件电路的设计框图，如图 1 所示： PC 机 MAX232 电平转换 电路 控 制 器 单片机 AT89S52 晶振电路 发光二极管复位电路 3 电源电路 图 1 硬件电路设计图 本设计的主要硬件电路包括：单片机与 PC 机串行通信接口和 ISP 编程下载 电路、单片机外围电路等部分。 2.2 主要芯片的介绍 2.2.1 单片机 AT89S52 AT89S52 是低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，其主要特点为： （1） 、40 个引脚 DIP- 40 封装，8k Bytes Flash 片内程序存储器； （2） 、256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ； （3） 、5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断； （4） 、2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信接口。 其引脚封装如图 2 所示；主要引脚介绍如下： 4 图 2 单片机 AT89S52 封装图 （1）VCC、GND 电源、接地引脚； （2）XTAL1、XTAL2 外部振荡器接入的两个引脚； （3）RESET 复位信号输入引脚； （4）RXD、TXD P3 口 作第二功能引脚用作串行通信接口输入、输出引脚； （5）P0.1P0.7 数据/地址总线引脚；P1.0P1.7 一般的 I/O 口；P2.0 P2.7 一般的 I/O 口。 2.2.2 电平转换模块 MAX232 MAXIM 公司生产的、包含两路接收器和驱动器的 IC 芯片，适用于各种 EIA-232C 和 V.28/V.24 的通信接口。 MAX232 芯片的功能： MAX232 内部有一个电源电压 变换器，可以把输入的+5V 电源电压变换成为 RS-232C 输出电平所需的10V 电 压。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V 电源就可以了。对 于没有12V 电源的场合，其适应性更强 Max232 是 TTL 电平与 RS232 电平相互转换的模块，其引脚封装图如图 3 所示： 图 3 MAX232 封装图 5 其各引脚功能如下表 1 所示： 表 1 MAX232 引脚功能 2.3 串行通信电路 单片机与 PC 机串行通信接口电路及编程下载电路如图 4 所示： 1 6 2 7 3 8 4 9 5 J1 DB9 R1 IN13 R2 IN8 T1 IN11 T2 IN10 GN D 15 V+ 2 V- 6 VC C 16 R1 OUT 12 R2 OUT 9 T1 OUT 14 T2 OUT 7 C1+1 C1 -3 C2+ 4 C2 - 5 U1 MAX232EWE(16) C3 0.1F C4 0.1F C2 0.1F C1 0.1F RXD/P3.0 TXD/P3.1 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 J1 ISP VCC D1 R1 1K P1.5 P1.6 P1.7 RESET 图 4 单片机与 PC 机串行通信接口的电路 6 本设计的串行通信部分主要是由 MAX232 电平转换电路和 ISP 编程下载电 路组成，其原理是：MAX232 芯片把单片机引脚的 COMS 电平（05V）转换 为 RS232 电平（-12V +12V） ，AT89S52 单片机有一个全双工的串行通信口， 而 PC 机有一个 RS232 的通信接口。只要用 RS232 D 型 9 针的引脚的双边母头 接到 PC 机上，而另一头和 MAX232 相连接，MAX232 的输出再和 AT58S52 相 连就可以实现单片机和 PC 机的串行通信。具体连线如上图 8 所示，AT89S52 的串行通信引脚的 TXD 和 RXD 分别接到 MAX232 的 T1IN 和 T1OUT 上， MAX232 的 R1OUT 和 R1IN 分别接到 RS232 的 2、3 上，RS232 的 5 脚接地。 MAX232 外围元件只有四个电容，根据 MAX232 的典型应用电路，可取 0.1F 50V 的电解电容。ISP 编程口和 AT89S52 的连线为： AT89S52 的 P1.5、P1.6 P1.7、RESET 分别连接到 ISP 的 3、4、5、7 脚上，ISP 的 1、2 脚联合接电源 9、10 脚联合接地即可.直接从上位机上下载可执行的二进制代码文件，无须外 加写读器。D1 为下载指示灯，R1 为限流电阻，发光二极管的压降为 2V，电流 取 5mA,其阻值为：R1= （ 5-2）/0.005=600，考虑到和 ISP 一起共电，在此取 1K。 2.4 单片机外围电路 单片机外围电路包括晶振电路和复位电路，如图 5 所示： 7 图 5 单片机外围电路（晶振电路、复位电路） 单片机外围电路由复位电路、晶振电路组成。复位电路采用上电和按键都 有效的复位电路。此电路能实现开机和单片机在运行时的复位，开机复位要求 接通电源后，单片机自动实现复位操作，开机瞬间单片机的 RST 引脚获得高电 平，随着电容 C13 的充电 RST 的高电平将逐渐下降。RST 引脚的高电平只要能 保持足够的时间，单片机就可以进行复位操作。单片机内部有一振荡电路，只 要在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接一石英晶体振荡器，就构成了自激振荡 器并在单片机内部产生了时钟脉冲信号，图中 C14 和 C15 的作用是稳定频率和 快速起振，电容值选为 22F。 2.5 发光二极管显示电路 发光二极管显示电路如图 6 所示： 8 图 6 发光二极管显示电路 此电路为共阳极电路，由计算机键盘输入指令，观察发光二极管的状态 （亮，灭） 。每个发光二极管连接一个限流电阻为 1K。 第 3 章 软件系统设计 3.1 主程序流程图 系统由 AT89S52 单片机作为中央控制器,控制各功能模块的正常工作及数 据的接收和处理。整个软件系统是这样来设计的：首先上位机编辑好源程序再 转换为相应的可执行的二进制代码文件由编程下载电路传送到单片机中存储。 通过按键来控制系统的功能，主程序的流程图如图 7 所示： 9 开始 初始化 读取命令主程序 发控制命令 图 7 系统主程序流程图 3.2 程序代码 #include bit Flag; unsigned int ReData,SenData; void main (void) SCON = 0x50; /REN=1 允许串行接受状态，串口工作模式 1 TMOD|= 0x20; /定时器工作方式 2 PCON|= 0x80; /TH1 = 0xFD; /baud*2 /* reload value 19200、数据位 8、 停止位 1。效验位无 (11.0592) TH1 = 0xF3; / /baud*2 /* 波特率 4800、数据 位 8、停止位 1。效验位无 (12M) TL1 = 0xF3; TR1 = 1; ES = 1; /开串口中断 EA = 1; / 开总中断 10 / IE = 0x0; while(1) if (Flag=1) SBUF=SenData; /SUBF 接受/发送缓冲器 while(TI=0); TI=0; P2=SBUF; Flag=0; /* 串口中断程序 */ void ser_int (void) interrupt 4 using 1 if(RI = 1) /RI 接受中断标志 RI = 0; /清除 RI 接受中断标志 ReData = SBUF; /SUBF 接受/发送缓冲器 SenData=ReData; Flag=1; 第 4 章 系统的调试 4.1 硬件调试 11 硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。先排除硬件电路故 障，包括设计性错误和工艺性故障。利用万用表或逻辑仪表器，检查电路中的 各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。 先要将单片机 AT89S52 芯片取下。对电路板进行通电检查，通过观察看是否 连接正确，是否有异常，是否有虚焊的情况，然后用万用表测试各电源电压， 这些都没问题后，接上仿真机进行联机调试，观察各接口线路是否正常。最后， 在进行整体的模拟调试，看看系统能否按希望进行运行。 4.2 软件调试 软件调试是利用仿真工具进行在线仿真测试，除发现和解决程序错误外， 也可以发现硬件故障。 软件方面先进的特点： Wave6000 和 Keil uVsion 双平台、双工作模式软件模拟仿真和硬件模 拟仿真、真正集成调试环境、项目管理功能、多语言多模块混合调试、直接点 屏观察变量、功能强大的变量观察、强大的书签、断点管理功能、类似 IE 的前 进、后退定位功能 一、 程序的仿真调试 1、 建立新程序 选择文件/新建文件功能，在一个文件名为 NONAME1 的源程序窗口下输入 程序。 2、 保存新程序 选择菜单文件/保存文件或文件/另存为功能，文件保存位置： C：WAVE6000SAMPLES文件名.ASM 3、 建立新项目 选择文件/新建项目功能,新建项目会自动分三步走:加入模块文件、加入 包含文件、保存项目。项目保存好后，选窗口/项目窗口功能来打开。 4、 设置项目 选择设置/仿真器设置功能或按“仿真器设置”快捷图标或双击项目窗口 的第一行打开“仿真器设置”对话框，在“仿真器”栏中选仿真器类型和配置 的仿真头及所要仿真的单片机。 5、 编译程序 12 第 5 章 心得体会 本课题的重点、难点是： （1） 硬件系统的选择与软件的设计 （2） 考虑从非电量信号到电量信号的