《通过串口调试助手优化单片机与PC的数据交互》

通过串口调试助手优化单片机与PC的数据交互

目录

第一章绪论..............................................................1

1.1本课题的目的和意义.................................................1

1.2本课题的国内外研究现状.............................................1

1.3此次设计的工作内容.................................................2

第二章串行通信基础.......................3

2.1串口通信的理论基础.................................................3

2.2RS-232串行通信接口标准............................................3

2.3MSCOMM串行通信控件.............................................4

2.3.1串行通信控件的属性..............................................5

第三章总体设计..........................................................6

3.1可行性分析..........................................................6

3.2硬件与软件的设计与分析.............................................6

3.3功能分析...........................................................7

第四章硬件设计..........................................................8

4.1单片机的选型及其简介...............................................8

4.2串行接口的基本结构的认识...........................................8

4.3电路原理图.........................................................9

第五章程序设计.........................................................12

5.1PC机的串行通信程序................................................12

5.2单片机的串行通讯程序..............................................17

5.3PROTUES仿真软件简介.............................................19

5.4仿真结果分析......................................................19

结语....................................................................18

参考文献...........19

摘要

摘要;在本次毕业设计论文中主要目的为实现单片机和电脑能够将数据一位一位的

依次传输的软件及其硬件电路设计。本次毕业设计在单片机与PC机之间主要运用

了主从机操作结构。在设计中，通过USB转TTL转换模块将单片机与PC计算机连接

起来,PC机把数据直接传输到单片机中，单片机将收到的数据传输信号显示出来放置

在LCD1602（液晶显示屏）上，单片机接收数据后，在通过分析，对PC机进行数

据反馈，如果输入的是错误信息，则同样会在经过检测后在LCD屏上显示出来报错。

在本文中,PC机的串行通讯控件程序的开发和编写通过Keil4中编写加串口调试助手

跟虚拟串口软件进行。然后再通过Protcus8.0跟串口调试助手跟虚拟串口软件仿真

检验，证明我们设计的电路能够实现单片机和电脑的将数据一位一位，跟随传输的

实验目的。

关键词：单片机；串行通信；转换模块；Proteus8.0;接口电路

第一章绪论

1.1课题目的和意义

当今社会是一个工业产值在国民生产总值中的比重不断攀升，信息技术不断发

展的社会，如今，万物互联的时代已经到来，在与产生活中，信息的发展传递越来

越重要。而当今工业体系的一大特点就是，将生产环节的各个工业设备相互连接，

形成一个整体，并在中央软件的管理下，生产环节的各个部分，各司其职，相互分

工，又能互通有无，传递信息。这极大的提高了三产的效率，也让生产体系更加安

全、可靠。在大部分的自动化生产中，需要用电脑监控端对产品的产出过程的情况

进行随时随地有最真实的情报掌握，对下面的信息采集端采集来的数据快速的进行

处理，以及掌握命令的发出跟传递等，在这般的条件下在这种情况下，为了能够掌

握最直接真实的情况，就要求计算机能够随时随地的畅通无阻的对端口操作。

1

目前，使用一台自己主要操作的计算机也就是主机跟一台听从主机命令实时现

场分析参与操作的从机共同组成的结构，被广泛应用。主机和从机直接也以相互交

流信息的形式式来完整的实现功能。因此研究单片机和电脑之间的将数据一位一位

一次传输的技术对于社会的发展和工业水平的进步具有深远的实际意义和经济价

值。

1.2国内外研究现状

如今，在经济对内改革，对外的开放的今天，科学技术也迎来了一个高速进步

的时代。我国的新型科技产业在三十年内快速发展了起来，这其中串口通信技术可

以说是方兴未艾，串口通信技术说大不大，说小不小，在生产生活日益发达的今天,

人们的生活被紧紧的联系在一起，从这些评论可以理解全球都呈现了一种信息化的

大趋势。仅仅是在我的认知中，一大批国产手机公司，通信公司，在这短短的二十

年的时间里纷纷出现。电子通信的发展可以说从目前来开永不过时，在这样的大潮

趋势下，研究串口通信技术就是在为这些电子产品的研发打下基础（赵晨光，李雅

宁,2022）。如今，人们的生存活动跟工作已经离不开这类电子产品。所以，这是一

条光明大道。

现如今国外串行通信接口技术的发展也离不开政府对于整个行业的支持。优惠

政策跟人才培养计划的出台使整个电子通信行业跟其他的相关技术产业走上了快

车道。而单片机与PC机间的通信离不开接口技术的运用（王子墨，陈云霞,2023）。从

这些评论中感受到而在人们印象中所谓国外科技的发达其实就是通信技术跟计算

机技术的发达，在如今全球化趋势下，通信技术对于人们的生产生活跟跟社会的发

展与迸步有着重要的影响跟意义。

1.3此次设计的工作内容

单片机都具有串行通信接口，通过其串口，可以与电脑相连接并且可以通信。在

主从机系统中，计算机作为主机发送命令状态，单片机作为从机处于待命状态，对

接收到的命令进行解析，根据接收到的命令完成相应的任务。在此类情况下用这种

模式，使各个行业都能够充分利用到计算机显著的码能的招数据存储、检索、采集、

加工的处理能力和信息化管理功能以及基于单片机的收集信息和信息化设备实时

2

注和参与。

由上可知，RS・232的输出方式分别为输入和电压的正、负,TTL表示逻辑状态

的输出方式分别为输入和电平的高低，由于所有规定输出方式的差异。

但是，由于时代的变化，现在的电脑上已经没有了UART口，现在电脑上更多

使用的是USB接口，在这类情况下然而现在通用的USB接口的协议与单片机的串

口电平并不相同，所以需要采用USB转TTL转换模块从而使电脑与单片机的电平

达到一致，这样才能是电脑与实物有了通信的前提，让我们所需要的信息能够建立

通道，达到我们想要的目的(高文和，杨涵韵,2024)。

在连接实物的过程中，有了这个转换的模块，就能让一般的电脑可以与单片机

进行数据一位一位的依次传输。只需在连接上实物时点击桌面里的8m4端口，聘

端口匹配上就可以用串口助手来开始操作。

2.3串行通信控件

我所选用的用来进行实验设计的串行控件是MSComm,它的“母亲”是美国知

名公司微软公司,通过使用该控件可以对我们编程的系统进行非常成功的简化，该

控件能够为用户提供了许多便利,我们可以通过使用它来建立一个高效率的能够实

现实验目的的程序，它是一种能够为将数据一位一位，依次传递的接口功能的应用程

序提供发送和接收信息的常用的没有门槛的可以理解的技术方法，使得该应用可以

更好地实现了将数据依次传递的功能.因此，从这些背景中看出通过使用这个控件的

运用编程运算，简直是“张飞吃豆芽-小菜一碟”一般可以很直接的实现串行通信。

该控件的处理方式的运行主要有两种，分别为事件驱动和可以操作的查询模式(王子

和，何丽娜,2024)。

2.3.1串口通信助手的属性

移动通信串行控件含有许多的重要属性，以下为其中经常使用的功能介绍：

(1)通信端口:设置一个通信端口号并且招该信号返回；

(2)输入端口:用于返回并自动强制删除一个在数据接收器看到的数据缓冲

器分区内的一个数据输出流;；

(3)输出端口:写入数据流；

(4)开关控制端口:设置反馈一个可运行的状态(开或关)；

4

(5)环境设置：设置并返回将传输的个数进行检验，有效的数据信号的调制

载波的速率，质量控制参数(李明宇，郑雯静,2019);

(6)输入环境：识别被输入端口属性读取的字符个数，设定输入数字为0时,

则输入端口属性读取缓冲区里的所有数据；

(7)输入模式：确认被输入模式读取的数据是属于哪种类型，设输入模式为文

本时，输入的属性会经由一个变化来返回给该文本的数据,设定为箱时，输入信号会

经由一个变化来返回一个数字进制量为2的数据纪。

5

第三章总体设计

3.1可行性分析

在查阅了许多与申口通信相关的资料和书籍后，又进行了更进一步的课题搜索

与查阅后，确定完成该课题所需要的硬件组件，在这种理论框架的基础上探讨可得

出然后在理论上分析相关的软件程序，发现串口通信课题在理论上可以进行，课题

有可行性。

3.2硬件与软件的设计与分析

在单片进行相关硬件控制电路设计以及工作处理过程中，经过3线程控制式的

单片嵌入性网络数据通讯控制硬件，选用了通讯软件人机互动式的握手操作模式，单

片的主机和串口PC使用计算机的三个单片串口3脚（TXD,RXD,GND）相互建立联系

和互相连通，交叉使用连接后的PC和两个单片的主机串口TXD（接收发送接地数据

线）和串口RXD（发送接收接地数据线）.直接使用连通它们的串口GND（发收接地

线）（孙泽宇，王佳慧,2019）。硬件集成电路设计过程经过了极大简化，可以更为便捷的

直接达到工作目的。但是，因为电脑的接口电平跟单片机的电平不一致，所以我需

要采用转换模块来让两种电平逻辑达到吻合，从而完成我的设计（何俊贤，郭心

怡,2019）。本研究特别重视跨学科的整合，引用了经济学、社会学等领域的理论工

具和分析模型，力求构建一个全面、多维度的研究框架。通过跨学科的视角和方法,

本文能够更深入地理解研究对象的本质和复杂性，揭示不同领域之间的内在联系和

相互影响。这种跨学科的整合不仅有助于本文突破传统学科界限的束缚，还能激发

新的研究思路和方法，为问题的解决提供更广阔的视野和更丰富的资源。通过综合

运用不同领域的理论和方法，本文得以更全面地分析和解释研究现象，为相关领域

的研究和实践提供更加深入和细致的洞察。

系统的软件设计主要涉及到两个大部分的内容:一个就是采用KEIL4语言来直

接编写PC机的串口通讯程序，二个就是在PROTEUS8.0上进行电路设计则采用汇编

语言方式来直接编写串行通讯程序和对数据处理的程序，PROTEUS8.0是是常用的

仿真软件，具有界面友好，操作简单快捷，从这些证据中可以看出适用性强的优点。

6

KEIL4软件是我学习单片机过程中教材上提供的主要编写软件。个人感觉相较于其

他软件而言更加的简单，易学，容易上手（吴天宇,刘昕怡,2019）。

3.3功能分析

在我一段时间如同在黑夜中前行的摸索中，我终于把我的课题的功能得到了如下总

结：

1.确定我所需要实验的设计；

2.采用能够将USB协议转换为单片机电平的转换模块；

3.电脑的串口程序代码编写可以选择为KEIL4软件进行远程编写,单片机的串口

通讯控制程序和其在数据处理器上的通讯控制程序则主要是能够写出适合与整个

单片机的软硬件操作系统的一种单片机程序语言，来进行远程编写（周浩然，陈梓

萱,2024）。

第四章硬件设计

4.1单片机的选型及其简介

选择单片机的主要需求为能处理大量数据，功率消耗低，工作中产出的热量少等

因此，AT89C51系列单片机被我挑选出来作为一种特别适合于这次本科毕业设

计的单片机设计类型，其的主要设计特点之一就是它本身具有一种低电压，高性能的

特点。其内置4KBPEROM和128bytesRAM,片上分别装有内置8位元和CPU（随机

集成器的一个中心部分）（李承泽，李晓琳,2023）。

AT89C51有着很多的重要性能参数:对于,MCS-51指令系统完美的相互兼容，具

有内部的一个可重新进行擦写的的Flash的闪速中断存储器（4kB）和内部的的

RAM（128x8字节），可重新进行擦写的工作周期时间长度大约为一个小时，这在某种

程度上凸显了同时还可以拥有一个可编程中断"。口线（32个）,中断的优先级（2个）,

中断源（6个），定时/中断计数器（16位,2个）”低功率消耗程序空闲和自动掉电操作模

式（黄伟杰，杨星辰,2024）。

7

4.2串行接口的认识

AT89C51单片机由CPU（中央处理器），定时器，计数器，ROM（程序存储

器），串行接口，数据总、线，RAM（数据存储器），地址总线，控制总、线和中断系

统构成，如图4.1所示，通过引脚TXD（P3.1串行□数据发送端）和引脚RXD（P3.（）

串行□数据接收端），电脑通信，其引脚配置如图4.2所示。

I程序存储器I

数据

tmtmm总线

地址

总线

控制

总线

图4.1AT89C51功能图

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图4.2AT89c51弓|脚

8

使得我们同时能够将其中的一些数据发送到终端出去，然后从我们接受接收到

的发送缓冲器中被读出便可以用作我们所需要接受的发送数据。由此便可以明白单

片机的串行数据传输原理还是较为简单的（龚浩然，王晓璐,2019）。这一发现与指定

的理论模型相符，在研究时严格遵守了科学研究的规范和方法论原则。本文采用了

严格的设计确保了研究和的准确性和可靠性，同时进行深入分析以验证理论模型的

有效性。在研究过程中本文还不断对外部条件进行控制以排除潜在干扰因素，确保

研究结果的客观性和可重复性。这一系列的严谨操作不仅增强了本文对研究现象的

理解，也为理论模型的验证提供了有力的实证支持。

图4.3MAX232引脚

4.4电路原理图

这次主要内容是选择设计电路要用的元器件，选择要连接的端口，设计程序，

设计连线的方案，规划模拟电路，仿真等。

我使用的仿真软件是PROTUES8.6工具软件，是当今广泛应用于直接模拟各

种类型单片机的仿真工具,不论是小型电路还是大型仿真或者代码的验证都可以使

用该软件进行仿真（张弘扬，李安琪,2019）。上述结果在全面性和合理性上均达标，

凸显了本研究团队的严谨态度和科学方法。通过深入分析不仅验证了已整理的理论

基础，还发现了一些新的现象和趋势，这些发现为相关领域的研究提供了新的视角

和思路。在研究过程中，本文注重细节，对每一个关键点都进行了严格的审查和验

证，以确保研究结果的准确性和可靠性。同时，本文还积极与同行交流，吸收他们

的宝贵意见和建议，不断完善和优化研究方法。这种严谨的科学态度和科学方法，

9

不仅保证了本研究的质量和价值，也为后续研究提供了可借鉴的范例。

首先进行元器件的选择，在这般的场景下然后通过设计思路进行电珞的规

划，我的设计思路主要是电路串口发送内容到单片机，单片机串口中断接收信息，

然后将接收到的信息在LCD屏上显示出来，并返回。设计好电路之后，就按配置

连接引脚，最后汇成通路（孙俊熙，王悦琪,2019）。

遵循上面的步骤最后就得到了如图4.4完整的电路图。

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POt.'ADf

F02AD2

W1AD3

rO4AD4

F05AEA

FO&ADC

POT2T

P2GA8

及，,2

F21A11

P2*A12

P2&A13

p2aAM

*239

P30F3O

P34/TQ

P3W

PJ咆

P3：死I

□ERWCP□

图4.4电路原理图

如图4.4中各组成部分以及其他元器件分别是:单片机AT89C51;复位电路

BUTTON,对单片机有着使单片机复位的作用；电子显示屏LCD1602;对电路起到

保护作用的电容CAP跟电阻RES;PC机的串口1-COM3,USB转TTL转换模块。

从本框图4.4中我们已经可以清楚地明显看出，硬件控制电路的基本工作状态原

理基本框图由一个小型单片硅电机组成AT89c51,电脑串口端一COM4,LCD1602

（液晶屏幕），和对电路有着不可或缺的作用或者起着保护作用的一些部件（如电阻,

电容等）连接在一起松成。在这般的条件下单片机的10引脚（RXD）接模拟开关

10

的2引脚(RXD),11引脚(TXD)连接开关的3引脚(TXD),单片机的21、

22、23、24、25、26、27、28引脚分别与LCD1602(液晶显示屏)上的DO、D1、

D2、D3、D4、D5、D6、D7引脚相连接，单片机的15引脚(T1)与LCD1602(液

晶显示屏)上的4引脚(RS)相连，16引脚(WR)8gLCD1602(液晶显示屏)上

的5引脚(RW),17引脚(RD)跟LCD1602(液晶显示屏)上的6引脚(E)相

连接。而单片机的左边则分别通过18引脚(XTAL1)和19引脚(XTAL2)和9引脚

(RST)分别连接电容，电阻和复位电路。单片机旁边的复位电路其主要作用就是在

在工作时引导单片机复位。在单片机启动时，它的9引脚(RST)是在高电平的状

态(杨文杰，赵佳瑶,2019)。而保护电路中的电容(C1)开始充电，降低RST的电平，

从这些评论可以理解从高电平变成了低电平。在仿真启动时，连接模拟开关的com4

接口设置好波特率为19200,然后迸行数据传输，在串口助于软件中，打开串口，

设置并且定义好com3串口，选中19200波特率，在输入窗口中出入字符，如“999”

并以#字符作为结尾符。点击发送，最后在仿真中的LCD1602(液晶显示屏)中显

示出相应的字符(林晨曦，王一婷,2024)。

11

第五章程序设计

5.1串行通信程序

要让单片机系统整体可以运行，就不止要有硬件，还要有软件。汇编语言经常

被用于单片机系统的软件设计，PC机的软件则用keil4来编写。

电脑的串行通讯程序设计包括创建项目文件，编写程序，加入串口通信控件，

设计电路，选择元器件，仿真验证（王泽楷，刘舒婷,2024）。每个理论模型都是现实

世界的一种简化表现，因此总是会包含一些近似处理。这可能导致模型在某些特定

情境或极端条件下无法完全准确地反映实际情况。为了弥补这一不足，本文在构建

和验证理论模型时，特别注重了模型的适用范围和限制条件，并在研究中进行了充

分的讨论和说明。同时，本文还通过与其他研究万法和实证数据的对比，来评估模

型的准确性和可靠性。这种综合性的评估方法，有助于本文更全面地理解模型的局

限性和潜在风险，为后续的研究和应用提供有益的参考和启示。

首先运行一个keil4软件，然后点击project—NewuVisionProject,新建

一个工程。

12

图5.1创建项目文件

然后选择一个保存的目录，把这个工程保存下来。

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图5.2创建工程

在弹出对话框中，在CPU类型下我们找到并选中Atmel下的AT89C51,并

点击0K。点击菜单栏中的file,选择new,创建好一个新的文本如图5.3所示。

13

I百E4«vc冉R»s*Dtfrvg=。*>8Tt4KSVCS*9

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7以上“♦・

图5.3创建文本

5.2单片机的串行通信程序

在此课题设计中，使用PROTEUS8.0进行仿真开发，然后通过串口调试助手，

跟虚拟串口软件在连接PROTEUS8.0进行仿真调试（郭嘉熙，张梓涵,2024）。最后程

序具备的功能是：单片机接收数据并显示于数码管和LCD屏上，从这些评论中感

受到在接收数据的同时，进行反馈。如果信息发送错误则会显示出来，出现乱码报

错。主要程序见附录。

14

5.3仿真软件简介

该软件不只包含了其他模拟软件的仿真应用功能，目前能够把模拟软件的电路

等设备整合成为一个仿真系统软件，在人们进行代码编译时，它也被人们认为更像是

一个可以兼容各种不同代码类型的的编译器（田子阳，王雨萱,2024）。本文结合各学

科的专业见解、探究途径与技术平台，研究者们能更高效地应对科学难题，发掘更

具创新性和实用性的解决方案。通过跨学科的合作与交流，本文得以汇聚不同领域

的专业知识和技术资源，共同攻克科学难题，推动相关领域的发展与进步。这种综

合性的研究方法，不仅有助于本文更深入地理解研究对象的本质和规律，还能激发

新的研究思路和方法，为科学研究的创新提供源源不断的动力。通过本文的研究，

本文展示了跨学科合作在科学研究中的巨大潜力和价值，为未来的研究提供了新的

方向和思路。

虚拟串口软件：由于这次的设计需要采用的通信方式是用串口进行通信，所以

在仿真过程中，我们需要用串口软件来模拟串口才能让仿真顺利进行。第一步是安

装虚拟串口驱动，在此类情况下一切安装提示都可以在默认状态下进行安装。在安

装后打开软件，设置好com3,com4端口。定义好端口后进行在打开串口助手软件。

0虐拟串口驱动6.9by眈II汉化X

浦口选项帮助

SerialportsexplorerManageportsPortaccesshstCustompinout

日VirtualSerialPortDriver

里Physicalports翁胎鹭勰犒辔瞿嘴常耀城翻黑了

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-i踊口一C0M5V

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COM4

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□二nopoftselected

使用倩崎的波特军模拟

畿路中断，重新帔复连接

所有成椒湍口将被帚

确认所有就口此时ifl重置端口

ForhelppressF1-2:

串口调试助手：在定义好上述工作以后，在打开桌面上的串口调试助手，首先

是在端口号选项选项中选出所需要的端口，在此类环境内由于仿真模拟中的com4

端口.所以在助手中选定的端口号为com3.然后选择波特率为19200.这样雨波特

15

率是适合信息传输的，之后点击打开串口号，然后在信息输入框中输入想要的输入

的字符，并以#字符作为终止符，然后点击发送按钮（刘书涵，陈思雨,2024）。在这类

情况下过一段时间后会在仿真中的LCD1602（液晶显示屏）显示出输入的字符，过

一段时间之后还会的到单片机中返回的receivedo

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5.4结果分析

先在电脑上进行串行电路的仿真和数据分析,首先用PROTEUS8..0打开仿真程

序，然后打开虚拟串口软件迸行端口设定，添加对应串口conE,com4,在定义串口

8m3,com40然后在打开串口调试助手在串口选项中选定8m3然后点击“打开串

口”，在仿真中设定串口com4,设定值为勺92（X）”。然后开始仿真。在串口调试

助手中输出一串数字并用结尾（邱文静.马佳怡,2024）。随后就会在LCD屏上

显示出来所输入的数字。在整个过程中串口调试助手相当于是一台PC机，而仿真

软件OX相

当于单

片上ismiK：012

机o：

•口金秀：kOMI***:i«acoMinff»c^)fMWW»wdg«

遇中

图5.4电脑的运行结果

然后再开始对单片机的仿真和测试分析，利用仿真软件开始测试软件的设计是

否符合要求，设计的电路是否连通，为了左击鼠标勾选仿真器设置一目标文件一生

成.Hex文件，经过一段外间后，前后分别得到图5.5和图5.6的仿真结果（王俊霖、李

雯琪,2024）。最后测试反馈，发送完信息一段时间后，主机收到了来自单片机的反

回信息。最后测试报错，由于我的程序编写没有带汉字编码，所以只要在主机中输

入汉字并且发送后，单片机的LCD屏上便会显示乱码。从这些背景中看出表示信

息发送错误。借助这一过程，本文不仅证实了研究结果与现有理论的一致性，还在

多个层面提出了新颖的观点或扩充，进一步充实了相关领域的理论框架与实践运

用。这些新颖的观点或扩充不仅加深了本文对研究对象本质和规律的理解，也为后

续的研究和实践开辟了新的路径和视角。通过本又的探究，本文不仅验证了现有理

论的精确性和可信度，还促进了相关领域的知识更新与进步，为将来的研究和实践

提供了有价值的参考。从最终在LCD（液晶显示屏）上得到的表现来看，单片机上

的LCD屏可以成功的显示接收到的数据，实现了我们所希望完成的单片机与电脑

进行的数据交流反馈。证明是了这次设计的成功（雷晓兰，程志远,2024）。

ABCDEFGDP

图5.5开始时的仿真结果图

17

•卜卜卜卜卜I

图5.6一段时间后的仿真结果