bylwpb_A002_LED点阵显示屏系统设计及PC机的串行通信.doc

西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）LED点阵显示屏系统设计及PC机的串行通信年 级: 200X级学 号: 200XXXX姓 名: XXX专 业: 数控技术指导老师: XXX XXX200X年6月 院 系 机械工程系 专 业 数控技术 年 级 200X级 姓 名 XXX 题 目 LED点阵显示屏系统设计及PC机的串行通信 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计（论文）任务书班 级 200X级 学生姓名 XXX 学号 200XXXX 发题日期：200X年 2 月 25 日 完成日期： 6月日题 目 LED点阵显示屏系统设计及PC机的串行通信1、本论文的目的、意义： 点阵式LED显示器控制系统是很实用的微机控制应用系统，其应用日益广泛。本论文拟用单片机对点阵式LED显示器直接控制，由PC机实现汉字显示点阵数据传送。该题目综合性非常强，涉及有单片机系统硬件知识，硬件电路制作，汇编程序设计方法，计算机通信，计算机可视化程序设计等，使学生进一步巩固所学，提高能力，可得到很大的锻炼。 2、学生应完成的任务（1）收集有关单片机应用的资料，尤其是单片机与PC机间的数据串行通信控制，以及显示屏控制方面的内容；电子制作方面的资料；熟悉单片机MCS-51的工作原理和程序设计；（2）详细掌握点阵式LED显示屏的显示控制原理；PC机与单片机的通信原理，掌握一种可视化的计算机语言。系统功能设计；硬件电路设计。 详细列出单片机系统电路制作所需的电子元器件清单；英文翻译。（3）单片机系统电路制作；点阵式LED显示器控制软件程序的设计，包括单片机控制程序和PC机控制程序；硬件电路和软件程序的调试。（4）完成具有规定格式的设计说明书（不少于15000字）一份。 提交设计制作的硬件电路板和设计程序。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 16周）第一部分 查阅、搜集相关资料并参考吸收。 （3周）第二部分 基本知识原理的学习。系统功能设计，总体设计、硬件电路设计（3周）第三部分 硬件电路的制作和控制程序的设计，硬件电路和程序的调试。（6周）第四部分 设计说明书、电路图的书写整理等工作 （3周）评阅及答辩（1周）备 注参考文献：MCS单片机应用系统实用指南 陈宝江等编著 机械工业出版社 1997单片机通信技术与工程实践 求是科技 编著 人民邮电出版社 2005PC机及单片机数据通信技术 李朝青编著 北航出版社 2000单片机原理及应用，电子制作指南，VB（或VC）计算机语言程序设计等相关资料、教材在图书馆和网络上有很多，可自行选择参考指导教师：XXX XXX 200X年 2月 25日 审 批 人： 年 月 日摘 要LED电子显示屏是随着计算机及相关的微电子光电子技术的迅猛发展而形成的一种新型信息显示媒体。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成可变面积的显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。本设计采用单片机系统的设计方法，利用单片机与PC机的串行通信接口实现对LED点阵显示屏系统的控制设计。通过总体方案的分析与设计，确定所采用的单片机的型号，确定硬件设计与软件设计的内容，硬件方面需要对单片机控制系统的硬件电路(如时钟电路、复位电路等)进行设计，显示部分确定了由P0、P2口直接控制行扫描数据码的输入，P1口控制列扫描指针的输入，利用PROTEL 99SE电路设计软件进行LED显示硬件电路原理图的绘制，并生成报表，列出所需元件清单。根据点阵LED显示屏系统的设计要求，用单片机汇编语言编程，实现6个1616点阵汉字字符或数字的显示；利用51汇编集成开发环境和STC-ISPV13下载型编程器对单片机程序进行烧录。在系统软硬件调试过程中，采用STC89C52RC单片机实验开发板进行功能测试。关键词：单片机控制系统 与PC机串行通信 点阵LED显示屏 电路制作AbstractLED electronic display, with the rapid development of the computer and relative microelectronics, photonics technology, comes into being a new type of information display media. It uses a pixel dot matrix module or modules made up of light-emitting diode to compose variable area of the display screen. With high reliability and long service life, a strong ability to adapt to the environment, high cost performance, the use of low cost, in a short period of 10 years, it has quickly grown into the mainstream of flat panel display products and been widely applied in the field of information display. Using SCM system design methods and SCM and PCs serial communication technology, the design implemented the LED dot-matrix display control systems design. Through the analysis and design of the overall plan, we identify the needs of the SCM models, determine the design of hardware and software design, and the hardware needing to determine SCM control system hardware circuits (such as clock circuit, reset circuit ) design. In the part of the display, we use P0, P2 port to directly control row signals of code scan data input, and P1 port control the column signals of scan indicators input. Use PROTEL 99SE circuit design software, we can draw LED display hardware circuit schematics, generate reports, and list the required list of components. According to dot-matrix LED display system design requirements, it can use SCM assembly language to program to carry out six 16 16 dot matrix Chinese characters or digital display. We use the compilation of 51 integrated development environment and the STC-ISPV13 Downloads programmer to burn SCM procedures. In the hardware and software system debugging process, we can use SCM STC89C52RC experimental development board for testing. Finally, do the overall analysis and verify the feasibility of system.Key words: SCM Control System Serial Communication with PC Dot-matrix LED display screen Circuit production 目 录绪论 111课题背景 112开发LED点阵显示系统的意义213单片机系统设计方法214本次设计的任务5第2章 总体方案设计721可行性分析722系统功能分析723单片机的选型824系统硬软件的功能设计825本章小结 10第3章 系统硬件设计1131 单片机系统设计 113.1.1单片机的基本概念113.1.2 STC89C52RC单片机的外部引脚功能12 3.1.3驱动电源设计133.1.4时钟电路设计133.1.5复位电路设计14 3.1.6单片机串口波特率发生器的选择153.2单片机串口电平转换电路设计18 3.2.1通信协议的采用18 3.2.2电平转换电路设计213. 3绘制电路原理图233.4 LED点阵显示屏的选择及连线 25 3. 5本章小结 27第4 章 系统软件设计 2841 PC机串行通信程序284.1.1功能分析 284.1.2串行通信的两种方式 284.1.3 MSComm 控件介绍 29 4.1.4使用VB开发串行通信软件3042 单片机的串行通信程序 4243 显示程序设计 4544 字模点阵信息提取 47第5 章 系统调试 4851 系统硬件调试 4852 系统的软件程序调试 4853显示程序调试 52第6 章 问题探索 536.1 问题1 显示亮度与稳定性的研究 536.2 问题2分幕显示程序的缺陷 53 6.3 问题3 PC机与单片机的协调性研究54结论55致谢56参考文献57第1章 绪 论1.1 课题背景 发光二极管（LED）是一种将电能转换成为光能的固体电致发光（EL）器件。关于固体发光最早可追溯到1923年，但在当时却没有能够引起人们的足够重视。后来，随着固体物理和现代技术的发展以及人类对全固体光源的需求，固体EL先后取得了一系列应用技术上的突破。1964年世界上第一只红色III-V族GaAsP-LED诞生，预示着固体发光时代的来临，不久，橙色、黄色、黄绿色LED也相继问世，实现了在波长940540nm范围内发光的全固化，遗憾的是实现全色显示的蓝光一直未能得到。二十世纪七十年代，LED产业迎来了蓬勃发展的春天，它在大屏幕显示、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到广泛应用，并随着家用电器进入人们的生活。1994年，氮化镓基蓝、绿光AlGaInN-LED的出现是LED显示发展史上的又一里程碑，使户外全色显示和半导体照明成为可能，氮化镓基发光器件具有全固体、冷光源、体积小、寿命长、光效高、响应速度快、耐候性好等优点，在国民经济的众多领域具有广泛的应用前景，引起了科学界和产业界的极大关注，成为半导体体领域新崛起的研究热点和经济生长点。白光LED点燃了真正“绿色照明”的光辉，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主流，是照明技术面临一场新的革命，从而在一定程度上改善了人类的生产和生活方式。目前，LED产业竞争的焦点集中在白光、蓝光、紫光LED以及大功率高亮度芯片。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，已成为世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取的目标，是未来照明领域的明星企业。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光的1/2，其寿命可长达10万小时，对于普通家庭照明可谓是“一劳永逸”。同时还可以实现无汞化，回收容易，这对环境保护和节约能源具有重要的意义。我国在目前的研究上也取得了可喜的进步，正在缩短与国际先进水平的差距。眼下市场上的白光LED大多是国内LED厂家采用进口芯片和荧光粉自行封装的。由于技术力量和自主开发能力的薄弱，蓝光芯片的选用和白光LED的性能受到一定限制和影响。 作为对节能高效显示器的一种尝试，选择LED点阵显示屏系统设计作为我的毕业设计题目。对于我来说，这既是一次挑战，更是一次难得的学习机会。1.2开发LED点阵显示系统的意义LED显示屏是有发光二极管排列组成的一种显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。目前，LED显示屏最为新一代的信息传播工具，已经成为城市信息现代化建设的标致。随着社会信息的不断进步，以及LED显示技术的不断完善，人们对LED显示屏的认识也越来越深，其应用领域也会越来越广。被广泛应用于证券交易、金融显示，机场航班动态信息显示，港口、车旅客引导信息，到他能够交通信息显示，演出和机会，调度指挥中心信息显示，邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示、广告媒体新产品，体育场馆信息显示，展览会等领域。尤其是大屏幕显示系统，作为体育场馆竞赛和大型社会活动提供信息服务的基本子系统，它将直接影响到场馆基础设施的档次。同时，由于其功能和综合效应十分符合当前市场经济的新要求，系统设备前期的硬件投资对场馆的现代化建设，甚至促进地方经济的发展都具有十分重要的意义。此次设计是在老师的指导下完成的。作为我们本身，已经跨出了向大屏幕迈进的第一步；作为实验室，也有了一个新的起点，有助于以后的学习和教学，充分利用了学校的教学资源，使大家向一个纵深的领域发展。对于我自己而言，有一点点的成就感，毕竟是自己亲自实践，是自己在理论与实践的结合中培养了自己的动手能力和团队写作能力，对自己以后的发展将会意义深远。1.3单片机系统设计方法一个完整的单片机系统设计是相当复杂的。硬件设计方面，设计者不仅要对微机系统本身进行设计，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，则需要根据具体硬件结构来实现单片机系统的功能。在实际的应用设计中，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要高。单片机应用系统的设计应按照以下几个步骤来进行。1.总体方案设计 在这一阶段，设计者需要考察实际应用环境的需要，确定系统的整体设计方案。 首先是可行性分析，确定能否使用单片机系统达到需要设计的目标，达到设计的目标需要的经济成本是否超出可接收的范围。 其次是对系统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要求（低功耗、工作温度、接口电路），如果产品需要成批生产，还要考虑市场供应和系统本身成本等方面的问题。 最后是对系统各项功能的划分，确定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较成型的系统设计框架，对软硬件的系统分工有较明确的方案。此时，可以进行系统的硬件设计工作了。2.系统的硬件设计系统的硬件设计阶段，设计者需要对各个模块的硬件部分进行具体设计。这部分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，单片机与外围模块，单片机与单片机之间的通信线路的选择，模拟输入/输出通道电路的设计等方面。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版图，这时需要的实现器件在电路板上的分布、具体的封装、信号线和电源线的走线分布等。其中需要考虑最终产品本身的尺寸要求、工作环境、干扰问题等众多方面。3.系统的软件设计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C语言。前者与硬件的关系密切，可以方便地实现诸如中断管理以及模拟/数字量的输入/输出等功能，占用系统资源小、执行速度快，但对复杂的大型应用，其代码可读性差，不利于升级和维护。后者使用高级语言，代码效率和长度都不如汇编语言，但其结构清晰、可读性好、开发周期短、有极强的可移植性，在大多数应用方面执行效率与汇编语言的差距也不大，近年来得到了广泛的应用。单片机的软件部分，主要的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。软件的设计可以分为两个阶段。首先，设计者可以按照最初的实际思路完成部分的软件设计工作。当硬件部分制作完成后，设计者还需要根据硬件将事先完成的软件部分的各模块进行组合和调整。完成系统的软件设计，首先需要在计算机上进行软仿真，验证软件部分的逻辑正确性，当完成硬件制作后，就可以进行实际的测试了。4.系统调试电路板制作完成后，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，就只要推到整个硬件设计，重新进行PCB版图的绘制等工作了。在对硬件系统进行必要的测试后，可以使用仿真器或干脆将完成的软件部分程序烧录到硬件系统中的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的各个部分进行分别的测试，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工作已经完成，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。5.系统的完善和升级产品设计达到预期要求后，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所示。图1-1 单片机系统设计流程1.4本次设计的任务标准的51或52单片机都有一个全双工串行通信接口，利用这个接口，我们可以方便地与其他单片机系统或PC机进行串行通信，相互交换数据。这对单片机而言意义重大，不但可以将单片机采集的实时数据传输到电脑上，而且也能接收电脑对单片机的控制指令，实现对单片机的智能化控制。利用PC机实现对LED点阵显示屏系统的控制，拓宽了单片机系统的应用领域，使我们的控制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。基于此目的，进行LED点阵显示屏的PC机控制系统设计，其主要工作包括：（1） 单片机系统：实现和PC机的串行通信。（2） 硬件设计：实现单片机与PC机之间的串口电平转换；完成96 16点阵显示屏的硬件连线。（3） 软件设计：包括显示部分和通信部分。显示部分通过汇编语言完成程序编写，对显示内容，显示方式，显示速度等方面进行控制；通信部分利用VB设计通信软件，用于数据的传输，利用汇编语言进行单片机通信程序设计协调与通信软件的属性值。第2章 总体方案设计 按照单片机系统的设计方法，这一阶段，我需要考察实际的应用环境，确定LED点阵显示屏控制系统单片机与PC机串行通信部分的整体设计方案。它包括系统的可行性分析、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为了拓展我的学习面，增强我在具有理论基础上的动手能力，是一次难得的锻炼自己动手能力和团队协作能力的好机会。本次需要我和樊丹同学共同完成。我做上位机部分，即PC机与单片机串行通信部分；樊丹同学做下位机部分，即单片机与LED点阵显示屏的显示部分；实物焊接部分和程序调试部分有我们共同完成。LED点阵显示屏在实际生活中已经得到了广泛的应用，但对于一个只具有理论基础的初学者来说，能够通过自己和团队的努力达到这一高度，进行这样的设计内容，是很有必要的，也是完全可行的。2.2 系统功能分析单片机以其体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，故在国民经济建设、军事及家用电器等领域均得到广泛的应用。但由于其数据存储容量和数据处理能力相对较低，一般情况下采用通信手段使它与PC机相连，把所采集到的数据传送到PC机上，通过PC机进行数据处理，然后发回单片机进行执行，实现其功能。由于单片机输入，输出电平是TTL电平，而PC机配置的是标准的串行接口RS-232C，两者的电气规范不一致，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。MAX232芯片可以把输入的+5V电压转换成为RS-232C输出电平所需的10V电压。单片机与PC机的串行通信原理图如图2-1所示。图 2-1 串行通信原理图2.3单片机的选型由于LED点阵显示屏由单片机控制部分和显示驱动部分组成，单片机我选择最常见的STC公司的STC89C52RC单片机。此单片机与MCS-52产品指令系统完全兼容，具有擦写100，000次的8K FLASH闪存，512字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，8个中断源，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。其性能指标如表2-1所示。表2-1 STC89C52RC单片机的性能指标单片机片内FLASH存储器内部RAMI/O口计数器串行口A/D中断源空闲和掉电模式类型型号SRAMSTC89C52RC8KB51243 16UART无8有同时，STC89C52RC可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的掉电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。其10万次的可擦写功能且经济适中，高的性价比使其应用广泛。我们使用的是STC89C52RC的最小系统电路，包括：电源、时钟脉冲、复位电路和程序存储器设定电路，一般的显示屏只需要显示的汉字较少，不必进行外接存储扩展。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2-1单片机和串行口通信原理图，实现该方案需要从通信协议（串行口通信总线标准接口）、硬件电路和程序设计3方面考虑。1通信协议通信协议是对数据传送方式的规定，包括数据格式定义和数据位定义等。通信方式必须遵从统一的通信协议。串行通信协议包括同步协议和异步协议两种。要想保证通信成功，通信双方必须有一些列的约定，比如：作为发送方，必须知道什么时候发送信息、发什么、对方是否收到、收到的内容有没有错、要不要重发、怎么通知对方结束等；作为接收方，必须知道对方是否发送了信息、发的是什么、收到的信息是否有错、如果有错怎么通知对方重发、怎么判断结束等。这种约定就叫做通信规程或协议，它必须在编程之前确定下来。要想使通信双方能够正确地交换信息和数据，在协议中对什么时候开始通信、什么时候结束通信、何时交换信息等问题都必须做出明确的规定。只有双方都正确地识别并遵守这些规定才能顺利地进行通信。这些都体现在起始位、数据位、奇偶校验位、停止位约定、波特率设置和软件挂钩（握手）信号约定等方面。标准接口，就是明确定义若干信号线，是接口电路标准化、通用化，借助串行通信接口标准，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等通用接口。标准接口即通信协议采用基本的RS-232C，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，可以采用无奇偶校验位的10位数据；而需要数据稳定性时，可以采用软件握手的方法。根据单片机对串行口的使用还有初始化串口的要求，起通信协议也需要结合单片机的信号和实际使用中的通信方式而定。2硬件电路如图2-1所示，数据通信的硬件上采用最简单的3线制，将单片机和PC机串口的3个引脚（TXD、RXD、GND）进行连接，即将PC机和单片机的发送数据线TXD和接收数据线RXD交叉相连，两者的信号地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通信任务，又可以简化电路设计。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+5V+15V之间，逻辑1电平规定为-5V-15V之间，因此在将PC机和单片机的TXD和RXD交叉相连时必须进行电平转换，这里我选用MAX232电平转换芯片。3传输程序单片机和PC机的通信，在程序上涉及两部分的内容：一是单片机的C51程序或汇编程序，完成数据的收发；二是PC机的串行通信程序和界面的编制；三是系统下位机显示程序的编写。2.5 本章小结经过总体方案设计，已经有比较成型的系统设计框架，对软硬件系统设计有了明确的分工。结论如下：确定单片机和PC机串行数据通信系统的通信方案，如图2-1；选择STC公司的STC89C52RC；串行通信总线标准接口采用RS-232C；串行数据通信的硬件上采用3线制，选用MAX232芯片进行PC机与单片机之间的电平转换；单片机的显示程序可以通过C51等汇编集成开发环境进行程序的汇编。此时，可以开始进行系统的硬件设计。第3章 系统硬件设计在这一阶段，作者将对各个模块的硬件部分进行具体设计。这部分包括单片机系统的设计、电源设计、外围功能模块的选择、I/O口的分配、单片机与PC机之间的通信线路及相互间的电平转换电路的设计等。3.1单片机系统设计3.1.1单片机的基本概念单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是指在一块芯片上集成了中央处理器CPU、随机存储器RAM、程序存储器ROM或EPROM、定时器/计算器、中断控制器以及串行和并行I/O接口等部件，构成一个完整的微型计算机。目前新型单片机内还有A/D及D/A转换器、高速输入/输出部件、DMA通道、浮点运算等特殊功能部件。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相连接，就可以组成一个完整的单片机控制系统。单片机的组成结构如图3-1所示。图3-1 单片机的结构组成普通单片机的功能与微机系统类似，但由于应用领域的不同，单片机与普通的微机在具体构造上也有一定的区别，区别有以下几点：（1）普通微机的CPU主要面向数据处理，因此其发展主要集中在提高CPU的数据处理能力、计算速度和精度上。如今微机中的CPU均采用浮点运算、使用流水线作业、多级高速缓冲（CACHE）等技术。CPU的主频达到23GHz，字长普遍为32位。单片机主要面向智能控制、实时数据等方面，这对数据处理能力要求较低，因此，与微机相比，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，但随着新技术的发展，32位机的应用也会更加广泛。（2）通用微机中存储器的组成结构主要应用大容量的内存处理来提高CPU对数据的存储和读取速度。现今微机的内存容量达到了数百兆字节（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使用直接物理荀子存储单元，存储空间一般在64KB以下。（3）通用微机I/O接口考虑到标准外部设备接入的需要，使用标准总线进行连接，提供了标准设备的即插即用接口。单片机应用系统的外部设备须根据需要的不同设计不同的外部接口电路。虽然单片机内部有CPU、RAM、I/O接口、定时器等，但在实际的设计中，仍然需要扩展若干接口电路，如时钟电路，复位电路等。3.1.2 STC89C52RC单片机的外部引脚功能STC89C52RC系列单片机通常采用3总封装方式：40引脚的DIP封装、44引脚的PLCC封装和44引脚的QFP封装。40引脚的DIP封装各引脚的分布方式如图3-2所示。图3-2 STC 89C52RC系列单片机DIP封装引脚图DIP封装的40引脚包括两个电源引脚（VCC 40脚、GND 20脚）、两个外接时钟引脚（XTAL1 19脚、XTAL2 18脚）、4个控制线引脚（RST 9脚、ALE/PROG 30脚、PSEN 29脚、EA/VPP 31脚）和32个I/O口引脚。3.1.3 驱动电源设计为了简化硬件电路设计结构，降低电源成本，应用稳压管7805搭配两个470电容、两个0.1的磁片电容104和一个12V的电源输入圆孔型插座，可实现+12V和+5V两种输出电压，为拓展STC89C52RC的其他功能提供了很好的电压输出保证，如果直接选择+5V电源将无法满足要求，这在同样的消费产生的性价比是不言而喻的。由于每次通过PC机对单片机写入程序，必须要进行电源断电和通电，这对实时通信的读写形式很不方便，为此，作者设计了在电源主电路中增加一个按钮开关，这样在程序的写入或更改中就不需要拔掉电源接口线。其电源结构原理图如图3-3所示。图3-3 电源设计原理图3.1.4 时钟电路设计STC89C52RC单片机的时钟脉冲频率范围为0 80 MHz，其内部具有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可以由内部产生。内部时钟电路如图3-4所示。在XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）引脚上外接定时元件，内部振荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。作者选用的是12MHz的晶振和两个30pF的电容。图3-4 时钟接入电路3.1.5 复位电路STC89C52RC的复位引脚（RESET）是第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期，即可产生复位的动作。以12MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为1S，两个机器周期为2S，因此，在第9脚上连接一个2S的高电平脉冲，即可产生复位动作。最简单的就是只有一个电阻跟一个电容就可组成可靠的上电复位电路，一般选择1K电阻和22F电容；为了满足人工复位的需要，可在电容两边并联一个按钮复位开关和220的电阻。结构图如图3-5所示。图3-5 上电复位和按钮复位电路3.1.6单片机串口波特率发生器的选择1.串口基本结构的认识异步收发器（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。89C52单片机的UART也集成在其中，构成一个全双工串口，全双工通信允许同时双向传送数据，因此，全双工是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。通信示意图如图3-6（c）所示。这个口既可以实现串行异步通信，也可以作为同步移位寄存器使用。图3-6 串行通信数据传送的三种方式(a) 单工方式；(b) 半双工方式；(c) 全双工方式89C52系列单片机的串行口通过引脚RXD（P3.0串行口数据接收端），和引脚TXD（P3.1串行口数据发送端）与外部设备（如PC机、单片机等）进行串行通信。图3-7为89C52单片机内部串行口结构示意图。图3-7 单片机内部串行口结构示意图图中共有两个串行口双缓冲寄存器（SBUF），一个是发送寄存器，一个是接收寄存器，便于89C52单片机能以全双工方式进行通信。串行发送时，从片内总线向发送寄存器写入数据；串行接收时，从接收寄存器向片内总线读出数据。它们都是可寻址的寄存器，但因为发送和接收不能同时进行，所以给这两个寄存器赋与同一地址99H。在接收方式下，串行数据通过引脚RXD进入，由于在接收寄存器之间还有以为寄存器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，以避免在数据接收过程中出现帧重叠错误，也就是说，避免下一帧数据来时，前一帧数据还没有走。在发送方式下，串行通信通过引脚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，引起发送电路不需要双缓冲结构，这可以提高数据发送速度。2.串口工作方式的对比（1） 方式0工作方式0是以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为移位寄存器输入/输出方式。可外接移位寄存器以扩展I/O口，也可以外接输入/输出设备。8位串行数据是从RXD输入或输出。TXD是用来输出同步脉冲。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将数据写入发送寄存器时，立即启动发送，将8位数据以固定波特率从RXD输出，地位在前，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接收数据时，先置位允许接收控制位REN。此时，RXD位串行数据输入端，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，将数据移入接收寄存器，并有硬件置位RI。波特率为。（2）方式1工作方式1位波特率可变的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，就有硬件置位TI。在REN=1时，RXD引脚确认开始位，开始接收一帧数据。只有的那个RI=0且停止位为1时，停止位送入RB8，8位数据才能进入接受寄存器SBUF，并置接收中断标志位RI=1，向CPU发送中断请求，完成一次接收过程。否则，所接收的一帧信息将丢失，接收器复位，并重新检测由“1”至“0”的负跳变，以便接收下一帧数据信息。注意：接收中断标志位应由软件清除，通常串行口以方式1工作时，SM2设置为“0”。工作方式1的波特率为式（3-1）。波特率= （3-1）（3）方式2和方式3串行口工作在方式2和方式3时，被定义为9位异步通信接口。他们每帧数据结构是11位的：最低位是起始位（0），其后是8位数据位（低位在先），第10位是用户定义位（SCON中的TB8或RB8），最后一位是停止位（1）。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寄存器的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SBUF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=1，允许中断。在REN=1时，串行口采样TXD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SM2=0时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志RI=1；否则信息丢失。方式2和方式3的工作原理相似，唯一的差别是方式2的波特率是固定的，当SMOD=0时，波特率=fosc/64, SMOD=1时，波特率=fosc/32；而方式3的波特率是可变的，与定时器T1的溢出率有关。3.定时器工作方式2的分析根据定时器/计数器工作方式的逻辑电路结构图3-7可知，在工作方式2下，把16位计数器分成两部分，即以TL0作计数器，以TH0作预置寄存器，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，而是由预置寄存器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3-7 定时器/计数器工作方式2逻辑电路结构图 4.采用