51单片机与PC的RS232接口串行通信实现研究-范文模板

1、Word专业资料目录一概述.41.1引言.41.2设计目的RS232串行接口简介.16四系统软件设计.184.1波特率51单片机与PC的RS232接口串行通信实现研究-大学毕业论文毕业设计学位论文文模板参考资料和意义.4二案功能详述及论证.52.1 案功能详述 .52.1.1总体功能设计 .52.1.2具体功能模块设计 .52.2案论证.5 三系统硬件设计 .93.1选用设备和设计总框图 .93.2串行接口通信硬件线路图 .93.3 电源电路 .113.4主要芯片说明 .113.4.1 单片机AT89C51 概述 .113.4.2MAX232 芯片简介： .143.4.3的设置 .184.2系

2、统软件设计参考程序如下 .194.3系统软件仿真 .204.4系统程序流Word专业资料程图.22五结论与展望.23参考文献.23摘要本文设计了一种采用 51系列单片机与采用了MAX232 芯片的PC通过标准的RS232接口实现串行通信的功能。为了使系统所需电缆线少接线简单稳定可靠工作，采用了零调制三 线经济行的连接式，这是进行全双工通信所必需的最少线 路。应为 MCS-51输入输出电平为 TTL电平，而 PC配置 的是RS-232标准接口，二者的电气规不同，所以要加电平 转换电路。本文采用了 MAX232 芯片的PC和51单片机 串行接口电路，与PC相连采用9芯标准插座。 在本文描 述的系统

3、中，硬件线路图根据本次设计的要求，采用CAD制图软件绘制，流程图采用Word和Photoshop软件绘制。本次设计的特色在于采用了零调制三线经济型连接电 路，该电路的优点是成本低、 电路简单。关键词：单片机；PC机；串行通信；数据交换一概述1.1引言 当今，串口的应用始于1960，RS-232的初始版本于 1969得到认证。 其标准主要适用于通信设备如调制解调器，串行接口称为COM 口。目前串口通信的最大速率，RS-232是20Kbps，RS-422/485 是300Mbps。就距离围来说，RS-232通常为50英尺，RS-422/485为4000英尺，当然还可以用中继 器进行扩展。一个串行局

4、域网的最大设备数量为32个，通Word专业资料过中继器这个数值还可以更大，但最大不能超过所用设备的 地址限制通常为 256。多年以来，串行技术与连接设备都 得到了很大的发展。串口设备仍有大量应用，设备电缆和软 件的大量库存证明了这一点。毫无疑问，串行连接仍然是工 商业及医疗应用中的广泛标准。1.2设计目的和意义（1）设计目的 串行通信仅仅使用一条数据线，就可以将数据一 位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。 其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，如计算机与 计算机、计算机与单片机以及外设之间的远距离通信（2）设计意义 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送 可以采用串行通

5、讯和并行通讯二种式。由于串行通讯式具有 使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线 路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双都采用一个标准接口，使不同的设备可以便地连接起来进 行通讯。随着计算机技术尤其是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。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，是多测控系统中常用的一种通信解决案。因此如实现 PC机与单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义。二 案功能详述及论证2.1案功能详述2.1

6、.1总体功能设计 通过编写单片机Word专业资料侧的串口通信程序，设置相应的波特率如9600b/s。使单片机接收到PC机所发送的命令后，收到正确的命令后开始将“天净沙秋思”这篇短文的数据传送到PC机。2.1.2具体功能模块设计 本文论述的单片机与 PC机串行口通信包括 如下功能模块。（1）单片机系统模块：实现和 PC机通信的串口通信程序。（2 ）外围电路模块：实现单片机和 PC机 之间的串口电平转换。（3 ）通信程序模块：一面是单片机的程序，另一面是 PC机的通信程序。2.2案论证本文采 取了专用电平转换芯片 MAX232 实现PC机与MCS51 单片机之间的串行通信法。 通过对系统的通信式选

7、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信。系统还通过（该软件的下载网址是.wave-. “伟福51软件仿真器”）进 行编译，本系统的设计和具体实际应用相结合，系统的安全 性、可靠性及实用性强，操作简单、扩展功能强，设计具有 良好的可行性和可操作性。按照单片机系统的设计法，这一 阶段，我需要考察实际应用环境的需要，确定单片机与PC机串行通信系统的整体设计案。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。2.2.1可行性分析 这次设计是我的毕业设计任务，在指导老师的指 导下和搜集、查阅相关资料、确定单片机系统能

8、达到需要的 设计目标，而且达到目标需要的经济成本没有超出可接收的Word专业资料围。222系统功能分析 单片机以其体积小、价格低、抗干 扰性好等特点，在现在控制系统中常用在操作现场进行数据 采集，以及实现现场控制中。但是由于其数据存储容量和数 据处理能力都较低，所以一般情况下要通过通信手段使它与 PC机相连，把所采集到的数据传送到PC机上，再在 PC机上进行数据处理，充分发挥两者各自的优势。由于单片机 输入、输出电平是 TTL电平，而 PC机配置的是 RS-232 标准串行接口，两者的电气规不一致，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。单片机和 P

9、C的串口通信原理案如图2-1所示。 图2-1串口通信原理案2.2.3单片机选型 单片机的选型的依 据为，应用系统本身对数据处理能力的要求，以及是否有其 他面的特殊需要（低功耗、工作温度、接口电路）的原则来 确定。 在此，本人选择Intel公司的MCS-51系列单片机 中的8051单片机。MCS-51系列的单片机是 Intel公司在 1980年推出的8位机系列，8051为这一系列的代表产品。8051单片机部包括 8位 CPU、4KB片ROM、128KB片 RAM、4个8位并口、一个全双工的串口，支持64KB 寻址空间，并提供 5个中断源和两级中断。其性能指标如表 2-1。表2-1 MCS-51系

10、列单片机8051的性能指标单片机 片 片 1/计串行 DM A/中 空闲和掉 ROM ROM O 数口 A D断电式类型型号（KB） （KB）并器源口Word专业资料ROM 8051 4 128 4 2 16 UART 无无5无 以上我选用的单片机的种类和型号，取决于对该类型号的熟悉程度以及手 头所具备开发系统的条件。而在第六章我用单片机实验板对 系统软件进行调试所用到的单片机是STC89C52RC，其特点是可以直接用串口进行ISP编程，对于使用就变得很简单了，我在这里作一个说明。2.2.4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PC的

11、串口通信原理案，实现该案需要 从通信协议（串行通信总线标准接口）、硬件电路和程序3个面考虑。1）通信协议 标准接口，就是明确定义若干信号 线，使接口电路标准化、通用化，借助串行通信标准接口， 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通用接口。根据协 议的广泛性和此次设计为短距离通信，并且PC机配置的是RS 232标准串行接口等条件。 标准接口即通信协议米用基 本的RS-232，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，可以采用无奇偶检 验的

12、10位数据，而需要数据稳定性时，可以采用软件握手 的法。 根据单片机对串口的使用还有初始化串口的要求， 其通信协议也需要结合单片机的信号和在实际使用中的通 信式而定。2）硬件电路 如图2-1所示，数据通信的硬件Word专业资料上采用3线制，将单片机和 PC串口的3个引脚（TXD、 RXD、GND ）分别连在一起，即将PC机和单片机的发送数据线TXD与接收数据线 RXD交叉连接，两者的地线 GND直接相连，而其他信号线如握手信号线均不用，采用 软件握手的式。这样既可以实现预定的任务又可以简化电路 设计。但由于单片机的 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

13、定为515V之间，逻 辑1电平为-5-15V之间，因此在将 PC机和单片机的 TXD 和RXD交叉连接时必须进行电平转换，这里我选用的是 MAX232 电平转换芯片。3）传输程序 单片机和 PC的通信，在程序上涉及两个部分的容：一面是单片机的 C51程序或者汇编程序，完成数据的收发。二是PC机的串口通信程序和界面的编制。2.2.5本章小结 经过这一阶段的设计，已经有比较成型的系统设计框架，对软硬件系统的分工有较明 确的案。现在总结如下：1）确定单片机与 PC机串行数据通信系统的通信案，如图2-1 ； 2）选择Intel公司的MCS-51系列单片机中的 8051实验板对系统软件进行调试 所用到的

14、单片机是 STC89C52RC ；3串行通信总线标准接口采用RS-232C ； 4）串行数据通信的硬件上采用3线制，选用的是 MAX232 芯片进行单片机与 RS-232接口的电平 转换；5）单片机端用 C51程序或者汇编程序进行编程， 完成数据的收发，PC机端完成串口通信程序和界面的编制。Word专业资料此时，可以开始进行系统的硬件设计工作了。三 系统硬件设计3.1选用设备和设计总框图本系统选用8051 (4KBEPROM )单片机一片，MAX232 芯片的 PC 一台、连线若 干进行设计。系统总框图如图 3.1所示。 图3.1系统总框图从设计框图中可以看出用此案设计的系统由电源电 路、MA

15、X232 串行接口电路、单片机外围电路、LED显示电路。 单片机能够接收 PC机所发送的命令，收到正确的 命令后开始将待发送的数据传送到PC机。向PC通信传送一首诗歌或者短文。3.2串行接口通信硬件线路图串行接口硬件线路图如图 3.2所示。图3.2串行接口硬件线路图 本设计的串行通信部分主要是由MAX232电平转换电路，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

16、 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1。AT89S52的串行通信引脚的 TXD和RXD分 别接到 MAX232具体连线如上图 3.2所示，的T1IN和 T1OUT 上，3 MAX232 的 R1OUT 和 R1IN 分别接到 RS232的2、 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10Word专业资料卩F / 50V的电解电容。单片机外围电路由LED显示电路、晶振电路组成。3.3电源电路 电源电路如图 3.3所示。 U17 1 2 Vin 5V 1 GND T1 LM7805

17、J4AC220V 4 2 C21 C22 5V D1-D4 3 C23 1 2 TRANS1 0.1 卩 F 2200 卩 F 47 卩 F 3 图 3.3电源电路 电源电路是整个系统工作的能量来源，主要由变压器、桥式整流电路、滤波电容电路、低功率三端稳压器 LM7805等组成。上图中我们设计的是系统中所需的5V的电源。其工作原理是变压器把市电220V的交流电降压为低压交流电，通过桥式整流电路把低压交流整流为含有脉动和 谐波成份的直流电，再通过滤波电容把其中含有的脉动的交 流成份滤出，就成为平缓的直流电，直流电压不够稳定，它 再通过三端稳压器 LM7805把电压稳定在一个基本不变的 数值上，L

18、M7805输出的稳定的电压就可以作系统的电源用 了。3.4主要芯片说明3.4.1单片机 AT89C51概述： 1. MCS-51单片机的特点 MCS-51单片机包含中央处理器、 程序存储器ROM、数据存储器RAM、定时/计数器、并行 接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总 线和控制总线等三大总线，他们的特点：（1）面向控制的8位中央处理器（CPU）（2）具有布尔处理（即位处理）能力（3） 64KB程序存储器空间（4） 64KB数据存储器空间（5） 4KB片程序存储器（EPROM ）（6） 128B部数据存储器（RAM ） （ 7） 一组特殊功能寄存器（SFR）（ Word专业资料

19、8）32根双向并可按位寻址的I/O 口线（9） 2个16位定时器/计数器 （10） 5个中断源两个外中断、两个定时 /计数器 中断和一个串行中断（11）一个全双功异步串行口（ 12）片振荡器和时钟电路2. MCS-51单片机的结构 下图是MCS-51系列单片机的部结构示意图，如图3.4所示。图3.4 MCS-51结构框图 3 . MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的 8031、8051及8751均采用40Pin封装 的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我

20、们对这些引脚的功能加以说明：图3.5 MCS-51引脚示意图（1）主电源引脚 Vcc和Vss VCC（40脚）：接5 V电 源正端VSS（ 20脚）：接5 V电源地端。（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1 （19脚）：接外部英晶体的 一端。 在单片机部 它是一个反相放大器的输入端这个放大器构成了片振荡器。XTAL2 （18脚）：接外部晶体的另一端。 在单片机部 接至片振荡器的反相放大器的输出端。（3） RST/VPD （ 9 脚） : RST 即为 RESET VPD 为备用电源 所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。VPD是备Word专业资料用电源输入端，当单片机掉电或电

21、源发生波动导致电源电压 下降到一定值时，备用电源通过VPD端给部RAM供电，保持其中的信息，直至单片机工作电压恢复正常。（4） ALE30脚：当访问外部存储器时ALE （允地址锁存信号）以每机器期两次的信号输出用于锁存出现在 P0 口的低8位地址，的功能是8751等片含有ROM器件的编程脉冲输 入端。（5）/PSEN（ 29脚）：片外程序存储器读选通信号 输出端低电平有效。（6）/VPP （31脚）：为访问外部程序存储器控制信号 低电平有效。VPP是编程电源输入端。（7）P0 口（39 脚32 脚）：P0.0 P0.7 统称为 P0 口。（8）P1 口（ 1脚8脚）：P1.0P1.7统称为 P

22、1 口 可作 为准双向I/O 接口使用。 （9） P2 口（ 21脚28脚）： P2.0P2.7统称为 P2 口 一般可作为准双向 I/O 接口。（10） P3 口（ 10 脚17 脚）：P3.0 P3.7 统称为 P3 口。8751的复位式可以是自动复位，也可以是按钮复位。如下图3.5，图3.5所示。图3.6上电复位电路 图3.7按键 复位电路 单片机进入复位状态的条件是：在部振荡器运行 时，使复位输入端 RESET至少保持两个机器期（24个振荡 期）为高电平，由 CPU采样复位信号，启动复位时序，完 成复位操作。3.4.2 MAX232 芯片简介：图3.8 MAX232 芯片结构框图 RS

23、232接口芯片 MAX232 , SOP封装主要 Word专业资料有以下型号：MAX232CSE、MAX232ESE。后缀第一个字母 如果为“ C” ，代表工业级。后缀第，代表商业级，如果为“ E”二个字母带“ S”，代表SOP封装。后缀最后一个 字母带“”的：表示无铅产品。特殊说明：带“ A”的MAX232A，有 MAX232ACSE、MAX232AESE，它们使用 的是 O.luF外部电容，最高速率 200kbps。而 MAX232 使 用的是1uF外部电容，最高速率 120kbps。3.4.3 MAX232 芯片简介：图3.9 RS232接口图针脚、定义、符号：1载波 检测DCD 2接收数据 RXD 3发送数据 TXD 4数据终端 准备好DTR 5信号地SG 6数据准备好 DSR 7请求发送 RTS 8清除发送 C