51单片机与PC串口通讯

I 目录 第第 1 章章需求分析需求分析 1 1 1课题名称 1 1 2任务 1 1 3要求 1 1 4设计思想 1 1 5课程设计环境 1 1 6设备运行环境 2 1 7我在本实验中完成的任务 2 第第 2 章章概要设计概要设计 2 2 1程序流程图 2 2 2设计方法及原理 3 第第 3 章章详细设计详细设计 3 3 1电路原理 3 3 1 1STC89C52 芯片 3 3 2串口通信协议 4 3 3程序设计 5 3 3 1主程序模块 5 3 3 2串口通讯模块 6 3 3 3控制部分文件 8 3 3 4公共部分模块 11 3 4电路搭建 12 3 4 1电路原理图 12 第第 4 章章上位机关键代码分析上位机关键代码分析 12 4 1打开串口操作 12 4 2后台线程处理串口程序 15 4 3 程序运行界面 18 第第 5 章章课程设计总结与体会课程设计总结与体会 19 第第 6 章章致谢致谢 19 参考文献参考文献 19 1 第第 1 章章 需求分析需求分析 1 1 课题名称课题名称 故障诊断数据采集通信系统设计与制作 1 2 任务任务 1 进行协议分析 完成单片机硬件电路原理图设计 在面包板上搭建电路 2 测试上位机与单片机的通讯状态 实现实验要求部分的功能 1 3 要求要求 1 单片机能接收并识别上位机的查询请求 2 单片机能够查询对应接口的状态 并返回接口状态给上位机 3 能够通过按钮来控制单片机相应接口的状态 相应接口的状态通过 LED 灯的亮灭 状态来表示 1 4 设计思想设计思想 根据实验要求 设计数据采集电路 选择合适的元器件 按照原理图 并根据各个元器件的 特性以及接口电路结构形式 在面包板上搭接实际电路 搭接完毕之后对电路做优化设计 使 电路尽量简洁 通过与上位机的连接测试 来优化单片机程序的代码 使上位机和下位机能够很协调 的工作 软件编程 使用 C 语言实现下位机的程序设计 1 5 课程设计环境课程设计环境 1 Windows XP 的 PC 机 2 Keil uVision3 集成开发环境 3 串口调试助手 3 单片机最小系统开发板 4 面包板和外围器件 5 万用表等辅助工具 1 6 设备运行环境设备运行环境 由 STC89C52 单片机和面包板搭建的电路板 1 7 我在本实验中完成的任务我在本实验中完成的任务 在和小组成员讨论之后 我们小组成员分工合作 我完成的工作是单片机串口的设置 及接收上位机的串口数据 并对流数据进行分析 第第 2 章章 概要设计概要设计 2 1 程序流程图程序流程图 发送接口状态给上位 机 开始 初始化串口设置 初始化控制口 串口数据分析 查询接口状态 是否有控制 按键按下 检查串口中 是否有数据 返回查询要求 确定按下的按钮 改变按钮对应接口状态 Y N N Y 2 2 设计方法及原理设计方法及原理 1 USB 转串口模块将 USB 接口转化为串口后与单片机相连 用来实现单片机与 PC 机通过串口通讯 2 初始化单片机串口的设置 使之与上位机的设置相符 具体为通信速率 9600B S 停止位 1 位 数据位 8 位 3 本系统串口数据接收是采用的查询方式 单片机每次循环查询串口是否收到了数据 4 上位机若连续查询接口状态 2 次都收不到回复 上位机可以判断与从机失去联系 所 有接口状态都置为不正常状态 第第 3 章章 详细设计详细设计 3 1 电路原理电路原理 3 1 1 STC89C52 芯片芯片 1 芯片引脚 51 系列的 DIP 封装的单片机共有 40 个外部引脚 其中有 P0 P1 P2 P3 四 组 IO 口 详细如右图 2 芯片串口工作原理 1 波特率选择 波特率 Boud Rate 就是在串口通 信中每秒能够发送的位数 bits second MSC 51 串行端口在四种工作模式下有 不同的波特率计算方法 下面以工作模 式 1 为来说明串口通信波特率的选择 在串行端口工作于模式 1 其波特 率将由计时 计数器 1 来产生 通常设置 定时器工作于模式 2 自动再加模式 在此模式下波特率计算公式为 波特率 1 SMOD 晶振频率 384 256 TH1 其中 SMOD 寄存器 PCON 的第 7 位 称为波特率倍增位 TH1 定时器的重载值 2 SBUF 数据缓冲寄存器 这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器 SBUF 包含了两个独立的寄存器 一个 是发送寄存 另一个是接收寄存器 但它们都共同使用同一个寻址地址 99H CPU 在读 SBUF 时会指到接收寄存器 在写时会指到发送寄存器 3 SCON 串行口控制寄存器 通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态 都会引用到接口控制寄存器 SCON 就是 51 芯片的串行口控制寄存器 它的寻址地址是 98H 是一个可以位寻址的寄存器 作 用就是监视和控制 51 芯片串行口的工作状态 51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作 模式下 其工作模式的设置就是使用 SCON 寄存器 它的各个位的具体定义如下 MSB LSB SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI 串行口控制寄存器 SCON SM0 SM1 为串行口工作模式设置位 这样两位可以对应进行四种模式的设置 看表串行口工作模式设置 SM0SM1模 式功 能波特率 000同步移位寄存器fosc 12 0118 位 UART可变 1029 位 UARTfosc 32 或 fosc 64 1139 位 UART可变 3 2 串口通信协议串口通信协议 通信协议是通信设备在通信前的约定 单片机 计算机有了协议这种约定 通信双方 才能明白对方的意图 以进行下一步动作 主机通过轮询方式访问从机 通过发送从机地址呼叫从机 地址相符合的从机把数据 发送给主机 通信格式 主机发送数据格式 起始字节地址字节结束字节 从机地址 1 个1 个1 个 主机每隔 5 秒钟查询一遍 从机发送数据格式 校验为和校验 地址字节数据字节校验字节 1 个1 个1 个 备注 1 上述字节都表示只占一个字节空间 每次发送 3 个字节 从机地址分配 号 0X01 号 0X02 号 0 x03 号 0X04 号 0X05 号 0X06 号 0X07 号 0X08 号 0X09 3 数据字节 表示检测到故障 01 55 56 表示没有检测到故障 3 3 程序设计程序设计 3 3 1 主程序模块主程序模块 1 main c include include include uart h include common h include control h UCHAR rstr TX PAYLOAD WIDTH 0 void main 接收 uchar t bool sta uchar key InitUart 串口初始化 InitControl 控制端口初始化 while 1 主程序不断的对接收到的数据进行分析 if RI 1 检查一下串口中有没有数据 每次一个字节 AppendByte SBUF 向协议窗口中增加一个数据 RI 0 清除串口中断 t ProtocolAnalysis 进行协议分析 if t 0 sta GetSta t 查询接口状态 SendSta t sta 发送接口状态 UartSend ENA 3 对按钮状态进行查询 如果有按钮被按下 将对应接口状态改变 然后将对应 接口状态发给上位机 key GetKey if key 0 有键盘按下 ChangeSta key 使用下面两句话接口状态改变之后会立刻通知上位机 现在上位机采用查 询方式来了解接口的状态 故不需要这两句话 if key 3 sta GetSta key 查询接口状态 SendSta key sta 发送接口状态 3 3 2 串口通讯模块串口通讯模块 1 Uart c include include include uart h uint m nEndIndex 下一个将要插入数据的下标 uchar m wsBlock WINDOW SIZE 定义接收缓存区的大小 uchar m wsTemp WINDOW SIZE 这是一个供数据交换的缓存区 void InitUart 初始化串口工作模式 在使用串口之前必须被调用一次 TMOD 0 x20 定时器 1 工作于 8 位自动重载模式 用于产生波特率 TH1 unsigned char 256 XTAL 32L 12L Baudrate TL1 unsigned char 256 XTAL 32L 12L Baudrate 定时器 1 赋初值 SCON 0 x50 mode1 方式 启用接收 PCON 0 x00 TR1 1 启用定时器 1 IE 0 x00 接收数据缓存区初始化部分 memset m wsBlock 0 WINDOW SIZE 将窗口清零 m nEndIndex 0 串口接收处理 采用的是中断处理方式 对于发送中断该函数不处理 串口发送函数 void UartSend UCHAR Data int Len Data 为数据指针 len 为要发送的数据长度 UCHAR c int i for i 0 i Len i c Data i SBUF c 要发送的字符放入缓冲区 while TI 0 TI 0 第一个参数为接口编号 第二个参数为接口状态 为真接口状态为 1 为假接口状态为 0 void SendSta uchar num bool sta uchar buf PROT LEN 0 buf 0 num if sta buf 1 0 xAA 没有故障 else buf 1 0 x55 有故障 buf 2 buf 0 buf 1 按位异或 UartSend buf 3 用于向窗口中插入一个字符 只有这一个函数会修改窗口中的数据 void AppendByte uchar ch if WINDOW SIZE WINDOW SIZE 说明窗口已近满了 需要将顶位最前面的字符溢出 后面的所有字符向前移动一位 memcpy m wsTemp m wsBlock 1 WINDOW SIZE 1 memcpy m wsBlock m wsTemp WINDOW SIZE 1 m nEndIndex WINDOW SIZE 1 m wsBlock m nEndIndex ch m nEndIndex 用于协议分析 返回值为 0 说明协议分析没有分析到有效请求 不需要状态监测 为 1 说明要对端口 1 监测 为 2 说明要对端口 1 监测 为 3 说明要对端口 1 监测 int ProtocolAnalysis uchar t if m nEndIndex0 x00 return 0 2 Uart h ifndef UART H define UART H include common h define XTAL CUP 晶振频率 define baudrate 9600 define Baudrate9600L define WINDOW SIZE 3 定义窗口数据缓存区大小 define TX PAYLOAD WIDTH 3 定义接受数据缓存区的长度 define PROT LEN3 协议长度 void InitUart 初始化串口工作模式 在使用串口之前必须被调用一次 void UartSend char Data int Len 串口发送 Data 为数据指针 len 为要发送的数据长度 void SendSta uchar num bool sta 第一个参数为接口编号 第二个参数为接口状态 为真接口状态为 1 为假接口状态为 0 void AppendByte uchar ch 用于向窗口中插入一个字符 只有这一个函数会修改窗口中的数据 int ProtocolAnalysis 用于协议分析 endif 3 3 3 控制部分文件控制部分文件 1 Control c include include control h sbit key1 P2 0 按钮状态没有按下时为 1 sbit key2 P2 1 sbit key3 P2 2 sbit sta1 P2 3 sta0 为 1 表示正常状态 为 0 表示异常状态 sbit sta2 P2 4 sbit sta3 P2 5 void InitControl 初始化控制 key1 1 key2 1 key3 1 开启三盏灯 sta1 0 sta2 0 sta3 0 int GetSta int t 得到 sta 状态 switch t case 0 x01 return sta1 case 0 x02 return sta2 case 0 x03 return sta3 default return 1 int GetKey 得到按钮的状态 key1 1 if key1 0 wait 1 延时 10ms 消抖 if key1 0 说明确实被按下 while key1 0 等待知道按钮被按下 return 1 key2 1 if key2 0 wait 1 延时 10ms 消抖 if key2 0 说明确实被按下 while key2 0 等待知道按钮被按下 return 2 key3 1 if key3 0 wait 1 延时 10ms 消抖 if key3 0 说明确实被按下 while key3 0 等待知道按钮被按下 return 3 return 0 void ChangeSta int t 改变接口的状态 switch t case 0 x01 sta1 sta1 break case 0 x02 sta2 sta2 break case 0 x03 sta3 sta3 break default break 2 Control h ifndef CONTROL H define CONTROL H include common h void InitControl 初始化控制 int GetSta int t 得到 sta 状态 int GetKey 得到按钮的状态 void ChangeSta int t 改变接口的状态 endif 3 3 4 公共部分模块公共部分模块 1 Common c include include include common h 用于存放一些公共的函数和宏定义 void wait int n 延时函数 n 10ms int i j for i 0 i n i for j 0 j 0 Misc variables DWORD BytesTransfered 0 DWORD Event 0 DWORD CommEvent 0 DWORD dwError 0 COMSTAT comstat BOOL bResult TRUE BOOL haveError FALSE if port m hComm check if the port is opened 清空缓冲区 PurgeComm port m hComm PURGE RXCLEAR PURGE TXCLEAR PURGE RXABORT PURGE TXABORT for bResult WaitCommEvent port m hComm 使用 WaitCommEvent if bResult switch dwError GetLastError case ERROR IO PENDING if haveError 说明可能会进入死循环 ResetEvent port m hEventArray 1 手动将这个事件置为没有信号 防止死循环发生 TRACE 表示查询操作转到后台运行 n break case 87 break default port ProcessErrorMessage WaitCommEvent break else bResult ClearCommError port m hComm if comstat cbInQue 0 确定串口中无数据 重新开始循环 continue end if bResult 主监视函数 该函数将阻塞本线程直至等待的某一事件发生 TRACE 串口线程正在等待 n Event WaitForMultipleObjects 3 port m hEventArray FALSE INFINITE 使用这个函数监视 m hWriteEvent m hShutdownEvent m ov hEvent 这三个事件 TRACE 串口线程等待结束 n switch Event case 0 关闭 port m bThreadAlive FALSE PostMessage port m pOwner m hWnd WM COMM THREADEND WPARAM 0 LPARAM port m nPortNr