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PC机与MCS51单片机串行通信接口电路的设计,毕业设计

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2 0 0 3 年 6 月第 2 2 卷 第 2 期沈 阳 工 业 学 院 学 报JOURNAL OF SHEN YAN G INSTITU TE OF TECHNOLO GYVol . 2 2 No . 2J un. 2 0 0 3文章编号 :1003 - 1251 (2003) 02 - 0022 - 03PC机与 MCS51 单片机串行通信接口电路的设计朱立忠 1 ,冯丹 2(沈阳工业学院 信息科学与工程分院 ,辽宁 沈阳 110168 ;2. 沈阳工业学院 )摘 要 :介绍了采取专用电平转换芯片 MAX232 实现 PC 机与 MCS51 单片机之间的串行通信的方法 . 通过对系统的通信方式选择 89C51 通信波特率的设置、通信的设置 ,以及对接口电路的软件和硬件的设计分析 ,展示了该电路的实用性 .关 键 词 :微处理器 ; PC 机 ;串行通信 ;RS2232 接口 ;MAX232 芯片中图分类号 : TP334. 7 文献标识码 :A收稿日期 :2002 - 10 - 24作者简介 :朱立忠 (1967 ) ,男 ,辽宁盖县人 ,讲师 ,工学硕士 .存储信息的采集器 ,对信息量的大小有严格的要求 ,由于采集器的存储量有限和进一步针对性处理与显示的需要 ,信息需要传入微机内 . 采集器与微机通过微机的串口实现通信 1 . 利用 MCS51 单片机的串行口与 PC 机的串行口 COM1 或 COM2进行串行通信 ,将单片机采集的数据传送到 PC 机中 ,由 PC 机的高级语言或数据库语言对数据进行整理及统计等复杂处理 . PC 机串行口给出的信号是一个 RS2232 信号 . 它是一个基于 3 7V 正电压、3 7V 负电压的脉冲链 . 这一信号必须转化为一个0 5V 的脉冲链 ,以便处理器读取 . 中间转换电路采用 MAX232 芯片来实现 .1 单片机与 PC 机的 RS2232 标准接口通信电路的设计1. 1 电平转换ELA RS2232C 是目前最常用的串行接口标准 ,用于计算机与计算机之间 ,计算机与外设之间的数据通信 . 该标准的目的是定义数据终端设备 (D TE)之间的电气特性 . RS2232C 提供了单片机与单片机、单片机与 PC 机之间串行数据通信的标准接口 .通信距离可达 15m. 但 RS2232C 规定的逻辑电平与单片机的逻辑电平是不一致的 . 因此在应用中 ,必须把微处理器的信号电平 ( TTL 电平 ) 转换为 RS2232C 电平 ,或者对二者进行逆转换 . 我们在这里选用专用电平转换芯片 MAX232 来实现的 .1. 2 MAX232 芯片简介MAX232 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 RS2232 输出电平所需的 - 10 + 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 - 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 . MAX232 芯片的引脚结构及典型电路分析如图 1 所示 .图中上半部分电容 C1 ,C2 ,C3 ,C4 及 V + ,V -是电源变换电路部分 . 在实际应用中 ,器件对电源噪声很敏感 ,因此 VCC 必须对地加去耦电容 C5 ,其值为 011 F. 电容 C1 ,C2 ,C3 ,C4 取同样数值的胆电解电容 1 F/ 16V. 用于提高抗干扰能力 ,在连接时必须尽量靠近器件 . 图中下半部分为发送和接收部分 . 实际应用中 , T1 IN , T2 IN 可直接连接TTL/ CMOS 电平的 MCS51 的单片机的串行发送端 TXD ;R1OU T ,R2OU T 可直接连接 TTL/ CMOS电平的 MCS51 的单片机的串行接收端 RXD/TXD ; T1OU T , T2OU T 可直接连接 PC 机的 RS2232 串口的接收端 RXD/ TXD ; R1 IN ,R2 IN 可直接连接 PC 机的 RS2232 串口的发送端 TXD.1. 3 MCS51 单片机与 PC机串行通信接口的硬件电路设计我们设计的微处理器与 PC 机通信电路集成在采集器上 ,它通过一个外接的端口 (选用四针水晶压接式插头 ,类似于电话插头 ) . 工作电压取自电压开关控制回路的 VREG(5V) 电源 . 现从 MAX232芯片中两路发送接收中任选一路作为接口 . 其发送接收的引脚对应 . 如使 T1 IN 接单片机的发送端ntsTXD ,则 PC 机 RS2232 的接收端要对应接 T1OU T引脚 . 同时 R1OU T 接单片机的 RXD/ TXD 引脚 .PC 机的 RS2232 的发送端 TXD 对应接 R1 IN 引脚 .其接口电路如图 2 所示 .图 1 RS2232 典型工作电路图 2 PC 与 MCS251 通信连线图MAX232 的外接电容与电源见 MAX232 典型工作电路图 . PC 机在给出握手信号之前 ,发出的信号低电平“ 00”会唤醒微处理器开始工作 .2 MCS51 单片机与 PC 机串口通信软件设计2. 1 通信方式选择串行通信传输方式有三种 :单工 ,半双工 ,以及全双工 . 考虑全双工要求的接线较多 ,我们采用半双工配置 . 通信方式上 ,也采用异步方式 .微处理器对 PC 机的通信采用串口中断方式 .单片机 89C51 采用 MCS51 系列的汇编语言编程 .它有一个标准的串行口 ,有 4 种工作方式 ,其中方式 1 是标准的 10 位异步通信方式 ,10 位数据和 PC机的标准串口相对应 ,由串口控制寄存器 SCON 设置状态 ,其字节地址为 98H2 . 如下所示 :SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R42. 2 89C51 通信波特率设置及通信的设置在串行通信中 ,一个重要的指标是波特率 ,它反映了串行通信的速率 ,也反映了对传输通道的要求 . 波特率越高 ,要求传输通道的频带越宽 . 由于异步通信双方各自用自己的时钟源 ,要保证捕捉到的信号正确 ,最好采用较高的时钟 . 一般选择时钟频率比波特率高 16 倍或 64 倍 . 如果时钟频率等于波特率 ,则频率稍有偏差便会产生接收错误 . 这里选用 111059MHz 晶振 3 .8051 的串行通信的波特率由定时器 T1 的溢出率获得 ,当串口工作于方式 1 或方式 3 时 ,波特率为 :波特率 = (2SMOD/ 32) f / 12 (1/ (2 k - 1) )其中 f 为晶振频率 ,定时器模式 2 时 K 为 8.因此我们选择通信的波特率为 1200b/ s ,令SMOD = 0 ,可算得初值为 F3F3H ,那么 , TH1 的初值为 0F3H , TL1 的初值为 0F3H. 系统晶体振荡频率选用 1110592MHz 就是为了使初值为整数 ,从而产生精确的波特率 . 由于 T1 模式 2 是定时自动重装载的操作模式 ,当定时器 T1 工作于模式 2 时 ,可直接用作串行口的波特率发生器 .波特率 :1200b/ S ;信息格式 :8 位数据 ,1 位停止位 ,无奇偶校验 ;传送方式 : PC 机采用查询方式接收数据 ,8051采用中断方式接收 ,查询方式发送 ;校验方式 :累加和校验 ;32第 2 期 朱立忠等 : PC 机与 MCS51 单片机串行通信接口电路的设计nts握手信号 :采用软件握手 .2. 3 PC机与 89C51 通信软件的设计PC 机与 89C51 通信子程序见图 3.图 3 PC 机与 89C51 通信子程序流程图发送方在发送之前先发送一联络信号 (用“ ?”的 ASC 码 ,接收方接到“ 3 ”号后回送一个“ ?”号作为回应信号 ) ,随后依次发送数据块长度 (字节数 ) ,发送数据 ,最后发送校验和 . 收方在收到发送方发过来的校验和自己所累加的校验和比较 ,相同则发送一个“ 0” ,表示正确传送并结束本次的通信过程 ;若不相同 ,则发送一个“ F” ,并使发送方重新发送数据 ,直到接收正确为止 . 为了充分利用高级语言的特点 ,在 PC 机中用 VB 编程实现人机友好界面 ,开始运行程序时 ,要检测串行端口是否插接正确 ,如有错误 ,则提示修改 . 在接收正确完成后 ,微机屏幕提示接收正确完成 . 89C51 传入 PC 的数据存放在一个数组内 ,以便于进一步转入数据库存放 . 如图 3 所示 .3 结束语在采集系统实现上 , 采用了性价比较好的89C51 单片机为主的采集电路 ,将更多的任务由软件实现 ,这样可以用更少的端口实现数据外存储 ,解决了单片机外扩存储器线路复杂问题 ,从而减小了单片机采集电路的体积 ,实现尽可能的系统最小化 ,以便于携带 . 在信息转送 PC 机问题上 ,采用串口中断 ,利用新型转换芯片 MAX232 ,使得 TTL 电平到 RS2232 电平的转换电路更加简单实用 ,单片机采集系统的体积相应减小 . 另外 , PC 机采用 VB编程 ,VB 提供了强大功能的通信控件 MSCOMM ,该控件可设置串行通信的数据发送和接收 ,对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置 . 为了充分利用高级语言的特点 ,在 PC 机中增加人机友好界面 ,由个人来检测和控制运行 .参考文献 :1 陈丽红 ,余水宝 . PC 机与 8031 单片机串行通信的新方法 J .电测与仪表 ,1997 (1) . 2 孙涵芳 . MCS251 ,96 系列单片机及应用 M .北京 :北京航空航天大学出版社 ,1998.3 陈汝全 ,刘运国 ,雷国君 . 单片机实用技术 M .北京 :电子出版社 ,1992.The Design of Serial Communication Interface Circuitbet ween PC and MCS251 Single2Chip MicrocontrollerZHU Li2zhong1 ,FEN G Dan2(1. Faculty of Information Science and Engineering , Shenyang Institute of Technology ,Shenyang 110168 ,China ;2. Shenyang Institute of Technolo2gy)Abstract :In this artical , a new method of serial communication using special2purpose level2conversion chipMAX232 between PC and MCS251 single2chip microcontroller is introduced. The selection of the communica2tion mode , setting of the baud2rate of the 89C51 and its setting of communicat