大连海事大学毕业设计（一）

1 / 16大连海事大学毕业设计（一）1 引言设计的目及意义一般的 PC 与单片机之间的串行通信，需要单片机采集数据，然后用异步串行通讯方式传给 PC 机。相对而言比较的烦琐，而着重用 VB 具有面向对象的设计方法，友好的用户来探讨在 VB 环境下来实现 PC 机与 51 单片机之间串行通讯的方法。实现起来要简捷方便。 随着计算机系统的应用和微机网络的发展，各种控制设备之间的通信功能越来越显得重要。尤其是伴随着单片微型机技术的发展，人们已越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。在本系统中，下位机采用一片 AT89S51 单片机，用于对发送的数据实施控制，为了实现对输入数据的接收，上位机采用便携式 PC 机，上、下位机之间通过 MAX232 芯片实现串行数据通信。PC 机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过 PC 机的 RS-232 串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。将论述在 VB 环境下 PC 机与单片机之间实现串行通讯的软硬件方案。实现单片机与 PC 机的相互通信。单片2 / 16机部分由汇编语言实现，PC 机的通讯程序使用 Visual Basic 编写，VB 是 Microsoft 公司推出的 Windows 应用程序开发工具，因其具有界面友好，编程简便等优点而受到广泛的使用，而且 Visual Basic 版本带有专门实现串行通讯的 MSCOMM 控件。因此如何实现 PC 机与单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义。利用 的事件驱动方式可以很方便地开发数据采集与监控系统，用单台 PC 机可以测量和监控多路控制信号，整控制系统设计方便，对小型测控系统的设计具有很大的实用性。设计实现的功能实现单片机与 PC 机的相互通信。具体要求有以下两点:单片机发固定编好的代码，在用 VB 编好的界面上接收；在 VB 编好的界面上发送数字，在单片机板上的数码管上显示出来。2 硬件设计方案为了实现 PC 机与单片机之间的串行通信，我们首先要清楚了解整个系统所采用的原理图。原理图就象一根红线贯穿于整个系统设计，通过此图我们就能很清楚的看到3 / 16系统所涉及的内容，然后鉴于此，我们将在以后的章节中依次对所牵涉的内容作详细的论述。下面对原理图作一点说明：从 MAX232 芯片中的两路发送接收中任选一路作为接口，要注意其发送与接收引脚对应，否则可能对器件或计算机串口造成永久性损坏。如选他 T1IN 接单片机的发送端TXD，则 PC 机、的 RS232 的接收端 RD 一定要对应接T1OUT 引脚。同时，R1OUT 接单片机的接受端 RXD 引脚，则PC 机的 RS232 的发送端 TD 一定要对应接 R1IN 引脚。上图为采用 MAX232 芯片接口的 PC 机与 51 单片机串行通信接口原理图AT89S51 单片机AT89S51 单片机简介AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。4 / 16AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器，32 个外部双向输入/输出口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗电路，片内时钟振荡器。AT89S51 单片机的功能AT89S51 主要功能列举如下：1）为一般控制应用的 8 位单芯片2）晶片内部具有时钟振荡器 3）内部程式存储器为 4KB4）内部数据存储器为 128B5）外部程序存储器可扩充至 64KB6）外部数据存储器可扩充至 64KB7）32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制8）5 个中断向量源9）2 组独立的 16 位定时器5 / 1610）1 个全多工串行通信端口11）8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12）单芯片提供位逻辑运算指令AT89S51 各引脚功能介绍：VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端。RESET：AT89S51 的重置引脚，高电平动作。EA/Vpp：存取外部程序代码，低电平动作。ALE/PROG：地址锁存器启用信号。PSEN：程序储存启用，通常这支脚是接到 EPROM 的OE 脚。PORT0：端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极双向输出入端口，共有 8 个位，表示位 0，P 表示位 1，依此类推。其他三个 I/O 端口则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0 在当作 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。如果当 EA 引脚为低电平时，P0 就以多工方式提供地址总线及数据总线。PORT2：端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输6 / 16出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2 除了当作一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候 P2 便不能当作 I/O 来使用了。PORT1：端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。PORT3：端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P：RXD，串行通信输入。P：TXD，串行通信输出。P：INT0，外部中断 0 输入。P：INT1，外部中断 1 输入。P：T0，计时计数器 0输入。P：T1，计时计数器 1 输入。P：WR：外部数据存储器的写入信号。P：RD，外部数据存储器的读取信号。本系统所采用的 AT89S51 芯片如下图所示：AT89S51 ISP7 / 16ISP 为在线编程接口。ISP 在线编程接口为 89S51 单片机提供了方便的在线编程方法，使用时将 ISP 下载线一端与 PC 并口相连接，一端与 ISP 接口相连，使用 ISP 下载软件即可实现 MCU 在线编程。下载线插接说明：两排十针下载口，板图上都有一个小方框，为 1 号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的第一个插孔为 1 号引角，这一点一定要切记，不然的话程序下载不进去。本系统中所用 AT89S51 ISP 原理图如下示:AT89S51 ISP 串行通讯串行通讯的概念串行通讯：一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。分类：根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。8 / 16RS-232C串口通讯原理 RS-232C 是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机之间，计算机与外设之间的数据通信。RS-232C 串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于 15 米，传输速率最高为/s 的场合。RS-232C 标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、和 19200b/s。RS-232C 属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制的共模干扰等问题，因此一般用于短距离通信。1)RS-232C 接口信号一个完整的 RS-232C 接口有 22 根线，采用标准的 25芯连接器。2)RS-232C 典型应用用 RS-232C 总线连接系统时，有近程通信方式和远程通信方式之分。近程通信是指传输距离小于 15 米的通信，这时可以用 RS-232C 电缆直接连接。15 米以上的长距离通信，需要采用调制解调器。下图 a)是计算机与终端之间利用 RS-232C 直接通信的最常用的交叉连线图。图中“发送数据”与“接收数据”是交叉相连的，使得两台设备都能正确地发送和接收。 “数据终端变绪”与“数据装置就绪”两根线也是交叉相连的，9 / 16使得两设备都能检测出对方是否已经准备好。在最简单的全双工系统中，公用发送数据、接收数据和信号地三根即可。对 MCS-51 单片机来说，利用 RXD(串行数据接收端)线、TXD(串行数据发送端)线以及一根地线，就可以构成符合 RS-232C 接口标准的全双工串行通信口。(见图 b)直接连接最简单的 RS-232C 数据通信连接3)RS-232C 接口电平转换RS-232C 是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，完全与 TTL、CMOS逻辑电平不同。RS-232C 采用负逻辑，即：逻辑：-5V-15V。 逻辑：+5V+15V。由于 MCS-51 采用 TTL 电平，若用 RS-232C 标准接口通信必须进行电平转换。目前 RS-232C 与 TTL 电平转换最常用的集成电路芯片是传输线驱动器 MC1488 传输线接收器MC1489。其内部结构和引脚如下图所示。MC1488 可完成 TTL 电平到 RS-232C 的电平转换，输10 / 16入为 TTL 电平，输出为 RS-232C 电平。其内部有个与非门和个反相器。采用12V 或15V 电源供电。MC1489 可完成由 RS-232C 到 TTL 电平转换，输入为RS-232C 电平，输出为 TTL 电平。其内部有 4 个反相器，采用+5V 电源供电。MC1489 中每个反相器都有一个控制端，高电平有效，可作为 RS-232C 操作的控制端。图给出了 RS-232C 接口电路原理图。RS-232C 电平转换芯片 MC1488 和 MC1489(d) RS-232C 接口电路MAX232 芯片MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的接口电路,使用+5v 单电源供电。它的内部结构基本可分三个部分；第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和4 只电容构成。功能是产生+12v 和-12v 两个电源，提供给RS-232 串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据通道。其中13 脚、12 脚、11 脚、14 脚为第一数据通道。8 脚、9 脚、11 / 1610 脚、7 脚为第二数据通道。TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电脑 DP9 插头；DP9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。 第三部分就是供电。15 脚 DNG、16 脚 VCC。串行接口控制串行接口的寄存器有两个，即特殊功能寄存器PCON 和 SCON。1）PCON 中的波特率选择位PCON 是一个特殊功能寄存器，没有位寻址功能，字节地址为 87H。其中 D7 位为波特率选择位。其他位均无意义。复位时的 SMOD 值为 0。可用 MOV PCON。#80H 或 MOV 87H，#80H 指令使该位置 1。当 SMOD=1 时，在串行接口方式 1、2 或 3 情况下，波特率提高一倍。D7 D0PCONSMOD12 / 16波特率选择位 | 无定义位 |2）串行接口控制寄存器 SCON特殊功能寄存器 SCON 用于定义串行接口的操作方式和控制它的某些功能。其字节地址为 98H。寄存器中各位内容如下：SCON位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位地址9F9E9D9C9B9A999813 / 16SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0，SM1串行接口操作方式选择位。两个选择位对应于四种状态，所以串行接口能以四种方式工作。SM2允许方式 2 和 3 的多机通信使能位。REN允许串行接收位。由软件置位或清 0，使允许接收或禁止接收。TB8是在方式 2 和 3 中要发送的第 9 位数据可按需要由软件置位或复位RB8 是方式 2 和 3 中已接收到的第 9 位数据。TI 发送中断标志。RI 接收中断标志。串行接口工作方式串行接口的操作方式由 SM0、SM1 定义，编码和功能14 / 16如下表所示串行接口方式选择SM0 SM0方式功能说明波特率0 00移位寄存器方式Fosc/120 118 位 UART可变1 029 位 UARTFosc/64 或 fosc/321 139 位 UART