单片机与PC机串口通信的设计

本文格式为Word版，下载可任意编辑——单片机与PC机串口通信的设计引言

AT89C51是一款高性能的8位单片微型计算机，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度NVRAMUII(易失性随机存储器)技术，片内带有一个4KB的FLASHFPROM(可擦除、可编程只读存储器)，作为INTEL8051的换代产品，其输出引脚和指令系统与MCS一51完全兼容。由于AT89C51单片机具有集成度高、面向控制、系统结构简单、价格低廉等诸多优点，因而在智能化仪器仪表、数据采集、数据测量等方面有着广泛的应用。但是，实际应用中单片机在数据处理能力、人机交互等方面往往不能满足要求，因而寻常用PC来弥补单片机的这些不足。例如，在工程应用中，往往由一台PC机和一台单片机构成主从式计算机测控系统。在这样的系统中，以单片机为核心的智能测控仪表(从机)作为现场测控设备，完成数据的采集、处理和控制各种任务，同时将数据传给PC机(主机)，PC机将这些数据加工处理后，进行显示、打印报表等，PC机也可以将各种控制命令传送给单片机，干预单片机系统的运行，从而发挥PC机的优势。

随着单片机和微机技术的不断发展，特别是网络技术在测控领域的广泛应用，由PC机和多台单片机构成的多机网络测控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在实时数据采集和微机对图形处理、显示的优点。同时，windows环境下后台微机在数据库管理上具有明显的优势。二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。

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1总体方案设计

硬件由单片机89C51、11.059M晶振，30PF电容、22uf/25V电容、10uf/25V电容10K电阻、

LCM1601、4×4键盘、LM386、蜂鸣器、按键、Max232组成。具体可实现由AT89C51键盘（P1）发送数据（由LCD显示），PC做接收且屏幕显示该值；也可由PC键盘发送数据，由8051接收并显示至LCD。系统结构如图1-1所示。

LCD单片机PC键盘串行通信电平转换接口发声电路图1-1系统结构图

LCD：系统显示界面采用LCM1601，一行16字符的液晶显示模块，显示AT89C51接收或PC发来的数据。

键盘：输入按键采用4行4列非编码矩阵键盘，协同液晶界面用于和PC机通信。

发声电路：发声电路采用LM386作为音频放大电路，在有按键按下的时候会发出相应的按键音。串行通信电平转换接口：AT89C51与PC间的串行数据通信采用的是最简单的TxD，RxD，GND三线制连接，从单片机TX和RX端CMOS电平到PC的标准RS-232电平的转换器件选用Maxim的Max232。

2硬件电路设计

总电路图见附录C。2.1单片机AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为好多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51的管脚图如图2-1所示。

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图2-1AT89C51的管脚图

主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保存时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM管脚说明：

VCC：供电电压。GND：接地。

·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平日，将输出电流，这是由于内部上拉的起因。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1〞时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的起因。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特别功能寄放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1〞后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口

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将输出电流（ILL）这是由于上拉的起因。

P3口也可作为AT89C51的一些特别功能口，如表2-1所示：

表2-1P3口的一些特别功能口

口管脚P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

备选功能

RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）/INT0（外部中断0）/INT1（外部中断1）T0（记时器0外部输入）T1（记时器1外部输入）/WR（外部数据存储器写选通）/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平日间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平日，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想阻止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MO，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假使微处理器在外部执行状态ALE阻止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平日，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平日，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。AT89C51的时序：

AT89C51的振荡器输入分别有引脚19（XTAL1）和引脚18（XTAL2）来完成。只要将这两个引脚接石英晶体和陶瓷电容，如图图2-2所示，就可以与CPU内部组成完整的振荡电路。

AT89C51的一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，因此一个机器周期共有12个振荡周期，如振荡器的频率为12MHZ，一个振荡器周期为1/12微秒，而一个机器周期为1微秒。

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C19图2-2AT89C51的振荡电路

XTAL2石英晶体AT89C51C18XTAL1在本设计中石英晶体的频率为11.0592MHZ,陶瓷电容的取值为30PF。AT89C51的复位:

单片机微处理器的复位都是以外部电路来执行的，在CLOCK工作后，只要在RESET引脚上接

上10MS以上的高电平，单片机微处理器便执行状态复位。一、寄放器的复位

单片机在RESET为高电平控制下，程序计数器（PC）和特别功能寄放器的复位如表2-2所示。单片机的复位并不影响芯片内部RAM状态，只要RESET引脚保持高电平，单片机将循环复位。在复位有效期内，ALE，PSEN将输出高电平。

表2-2寄放器复位后的状态

寄放器PCACCBPSWSPDPTRP0~P3IPIE

复位状态0000H00H00H00H07H0000HFFH（×××00000）（0××00000）

寄放器TMODTCONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON

复位状态00H00