单片机课程设计报告 汤命起

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1、 单片机原理与接口技术课程设计报告题 目:单片机与PC机间的串行通信 班 级:2008计算机应用技术一班 指导老师:李 君 君 姓 名:汤 命 起 学 号:A083GZ053010116 2010年11月11日前 言随着科技的日益发展，单片机已经成为公司必不可少的控制系统。单片机的开发应用，给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成

2、的一个小而完善的计算机系统。目前，单片机的应用领域主要包括：办公自动化设备；单片机在机电一体化中的应用；在实时过程控制中的应用；单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；在计算机网络和通信领域中的应用；商业营销设备；单片机在医用设备领域中的应用；汽车电子产品；航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域.计算机技术在其发展过程中形成两个重要分支：通用计算机领域，现在以Pc机为代表，着重发展海量高速数值运算技术，而其控制能力是有限的；嵌入式计算机领域，现在以单片机为代表，着重发展计算机的控制

3、技术，而其计算机速度是有限的。在目前的许多实时工业控制和数据采集系统中，常常采用PC机做上位机和多个单片机做下位机的主从式系统。在主从分布式控制系统中，单片机主要完成实时数据采集，被采集数据经初步处理后通过串口传送给主机。主机将从机发送来的数据进行处理后随时向用户提供各种统计报表和整个控制过程的具体数据。主机同时根据从从机接收的过程参数进行判断处理并给从机(单片机)发送各种控制命令。它既利用了单片机的价格低、功能强、抗干扰能力强、温限宽和面向控制等优点，又利用PC机操作系统的高级用户界面、多任务、自动内存管理等特点。 单片机与微机的串行通信可以弥补单片机在数据处理方面的不足和PC机在控制方面的

4、欠缺。数据的各位逐位送出。串行通信方式只要用一根传输导线，将组成一个数据的各个二进制位按先后顺序逐位进行传送。由于一根导线在同一时刻只能有一种电平出现，即一个二进制位占据整根导线，所以组成一个数据的二进制位只能分时传送，因此其传送速度相对较慢。串行通信就是指甲、乙双方通过其间的单根连接线路进行数据的分位传送，通信终端设备可以是同一种类型，如计算机之间的通信；也可以是不同类型，如计算机通过电话线进行的拨号上网。根据通信双方的信息传送方向，可以把串行通信分为单工、半双工及全双工三种形式。目 录一、设计要求3二、串行通信系统设计方案/并行通信系统设计方案3（一）总体方案3（二）具体方案4三、硬件设计

5、方案7（一）系统各组成部分硬件设计7 （二）总体硬件设计8四、软件设计方案10（一）软件设计流程10（二）完整的源程序设计11五、调试与结果分析15六、总结16七、参考资料17一、 设计要求用AT89C2051单片机设计一个串行通信系统，具体要求如下：1、利用点平转换器件RS-232实现单片机与PC间的串行通信。主要利用虚拟终端仿真单片机与PC间的串行通信。PC先发送从键盘输入的数据，单片机接收后会发给PC机，双方收发数据是相同的。单片机接收到的30H39H间的数据转换成09显示，其他的数据直接显示为字符的ASCAII码。2、用PROTEUS实现该接口的电路设计和程序设计，并进行实时仿真。3、

6、PROTEUS VSM虚拟终端（VIRTUAL TERMINAL）的应用。4、A/D转换器是一种将模拟量转换成与其成比例的数字量的器件，常用ADC表示单片机工业现场A/D转换器接口电路传感器、变送器z 图1 模拟量输入通道的一般结构二、 课程设计的方案无论在什么设计中设计者都应该设计出多套方案供参考，一遍提高系统功能的完善，并且设计者在设计方案是应该要考虑到性价比，考虑到用户用到此产品是是否功能最齐全，但是操作最简单最明了使用户最放心。因此我们设计了两种方案以供参考：(一)总体方案 本次课程设计主要用到了AT89C2051单片机，针对AT89C2051的特点进行说明AT89C2051是美国AT

7、MEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。程序保密。89C2051设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。软硬件的开发：AT89C2051可以采用下面2种方法开发应用系统。 1、由于89C2051内部程序存贮

8、器为Flash，所以修改它内部的程序十方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。当做这种调试不能够了解片内RAM内容和程序的走向等有关信息。2、将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0P1.7和P3.0P3.6引出仿真2051,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够实，比2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。主要性能：（1）和MCS-51产品兼容；（2）2KB可重编程FLASH存储器（1000次）

9、；（3）2.7-6V电压范围；（4）全静态工作：0Hz-24KHz（5）2级程序存储器保密锁定（6）128*8位内部RAM（7）15条可编程I/O线（8）两个16位定时器/计数器（9）6个中断源（10）可编程串行通道（11）高精度电压比较器（P1.0，P1.1，P3.6）直接驱动LED的输出端口 正因为AT89C2051有以上特点所以用它来设计一个串行通讯系统是很可靠地设计电路的时候也比较灵活大大提高了电路设计的速度，利用AT89C2051单片设计的系统也比较稳定，调试方便容易，给我省去了许多繁琐的步骤，本次设主要用到了AT89C2051的P1口与P3口的第二功能，串行口输入端P3.0/RXD

10、串行口输出端P3.1/TXD。（二）具体方案 在控制系统中需要PC机与MC51单片机共同组成一个工作系统，在这种情况下常需要PC机与MC51单片机通过串行通信的方式交换数据，PC机与MC51单片机间的串行通信常采用零调试三线制型方式，即PC机与MC51单片机的串行口连接只采用三根线，也可实现简单的全双工串行通信，如图2所示： TXD PC 机 RXD GNDRXD 8031TXD GND5V 2 10 148912V 3 1488 11Z 7-12V20 图2 PC机与单片机串行通信连接图由于PC机中8250的串口发送与接收数据的电压为+12V到-12V，而8031单片机串口发送与接收的电压为

11、0到+5V的TTL电平，二者的电气标准不同，因此为使PC机与单片机间能够通信需要进行电平转换，如图2中。机串行口发出的电平数据经过器件转换为单片机所能接收的到的电平数据，而单片机发出的到的电平数据需要经过器件转换为机需要是到电平数据。实现单片机与PC机间的串行通讯主要用到了AT89C2051，其中用到了单片机的P1口与P3口的第二功能口，串行口输入端与输出端，另外用到了RS232串口的数据接收端与数据发送端。RS232串口引脚定义如下表：9芯信号方向来自缩写描述1调制解调器CD载波检测2调制解调器RXD接收数据3PCTXD发送数据4PCDTR数据终端准备好5GND信号地6调制解调器DSR通讯设

12、备准备好7PCRTS请求发送8调制解调器CTS允许发送9调制解调器RI响铃指示器 表串口的电气特性：（1）、RS-232串口通信最远距离是50英尺=15m（2）、RS232可做到双向传输，全双工通讯，最高传输速率20kbps（3）、RS-232上传送的数字量采用负逻辑，且与地对称逻辑1：-3 -15； 逻辑0：+3+15V。所以与单片机连接时常常需要加入电平转换芯片：如图1所示图串口通信参数：（1）、波特率：RS-232标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、 4800、9600、19200波特。（2）、数据位：标准的值是5、7和8位，如何

13、设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0127（7位）；扩展的ASCII码是0255（8位）。（3）、停止位：用于表示单个包的最后一位，典型的值为1，1.5和2位。由于数是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。（4）、奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验

14、位位1，这样就有3个逻辑高位。串口通信的传输格式：串行通信中，线路空闲时，线路的TTL电平总是高，经反向RS232的电平总是低。一个数据的开始RS232线路为高电平，结束时Rs232为低电平。数据总是从低位向高位一位一位的传输。示波器读数时，左边是数据的高位。例如，对于16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图2(TTL电平)和图(RS-232电平)所示。 55H=01010101B，取反后10101010B，加入一个起始位1，一个停止位0，55H的数据格式为0101010101,55HaaH=10101010B，取反后01010101B，加入一个起始位

15、1，一个停止位0，55H的数据格式为0010101011,aaH 图 图 串口通信的接收过程：异步通信：接收器和发送器有各自的时钟；同步通信：发送器和接收器由同一个时钟源控制。RS232是异步通信（1）、开始通信时，信号线为空闲（逻辑1）,当检测到由1到0的跳变时，开始对“接收时钟”计数。（2）、当计到8个时钟时，对输入信号进行检测，若仍为低电平，则确认这是“起始位”，而不是干扰信号。（3）、接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。若为逻辑1, 作为数据位1；若为逻辑0，作为数据位0。（4）、再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D

16、1位数据。.，直到全部数据位都输入。（5）、检测校验位P（如果有的话）。（6）、接收到规定的数据位个数和校验位后,通信接口电路希望收到停止位S(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志。若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中送数据输入寄存器。若校验错，在状态寄存器中置奇偶错标志。（7）、本幀信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。（8）、当信号再次变为低时，开始进入下一幀的检测。如图所示图单片机常用11.0592M的的晶振，这个奇怪数字是有来历的：波特率为9600BPS每位位宽t1=1/9600s，晶振周期t2=1/

17、11.0592/1000000S单片机机器周期t3=12*t2，t1/t3=96即对于9600BPS的串口，单片机对其以96倍的速率进行采样。如果单片机晶振用的不正确，会对串口接受产生误码。三、 硬件设计方案（一）系统各组成部分硬件设计根据设计原理及需要我们得出了如图的元器件、图所示单片机与PC间的串行通信电路原理图：1、打开PROTEUS软件从库中选取元器件 a、AT89C2051：单片机 b、RES：电阻； c、7SEG-BCD-GRN：绿色BCD数码管； d、CAP、CAP-ELEC：电容、电解电容； e、CRYSTAL：晶振； f、MAX232、MAX220:RS232收发器；g、CO

18、MPIM：串口模型；图图2、串口模型 串口模型COMPIM及其引脚功能如图所示：数据载波检测数据设备准备好接受数据请求发送发送数据清除数据数据终端准备振铃指示 图3、虚拟终端 从虚拟仪器中选取虚拟终端VIRTUAL TERMINA4、放置元器件、放置电源和地、连线、元器件属性设置、电器检测所有操做都是在ISIS中进行的（如图）。放置4个虚拟终端，分配给单片机的串行口及COMPIM的2脚、3脚。COMPIM的3脚与虚拟终端的发送端TXD相连，将单片机串口的RXD、TXD，以及COMPIM的2脚分别接入虚拟终端的RXD他。（二）总体硬件设计器件名称器件个数数码管个 AT89C2051个MAX232

19、CPU个电容器个电阻器个导线若干焊接板快外部接线正面图： 图10外部接线背面图 图11四、软件设计方案 N Y N Y NN Y NY N Y N Y （一）软件设计流程：开始判断CY位是否等于1设置定时器寄存器TMOD(A)=58设置电源制寄存器PCON传送A中的数据给P1口装入初值判断CY位是否为0?保护现场开中断传送A中的内容给BUFF中断允许Cy等于0装入指针初值TI=0?A中的内容与30H相减设置串行控制寄存器SCON结束RI=0? RI=0N传送数据给A保护现场（A）=48图2（二）完整的源程序设计 ORG 30H SJMP STARTSTART:MOV TMOD,#20H ;设置

20、定时方式寄存器MOV PCON,#0 ;设置电源制寄存器 MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H ;装初值 SETB TR1 ;开中断 CLR ES ;中断允许 MOV SP,#5FHLOOP:MOV SCON,#50H JNB RI,$ ;判断RI=1? CLR RI ;清零 MOV A,SBUF ;读进收到的数据 PUSH ACC CJNE A,#30H,RANG1 ;判断A的内容是否等于48RANG1:JC RANG3 ;判断Cy=1？ CJNE A,#3AH,RANG2 ;判断A的内容是否等于58RANG2:JNC RANG3 ;判断Cy=0？ CLR C;Cy=0 S

21、UBB A,#30H ;转换为ASCII码RANG3:MOV P1,A ;输出到数码管显示 POP ACCRANG4:NOP NOP NOP NOP NOP MOV SBUF,A ;启动发送 JNB TI,$ ;判断TI=1？ END 五、调试与结果分析1、加载目标代码文件 打开元器件单片机属性窗口，在“Program File”栏中添加上面编译好的目标代码文件fjdpjktsj.HEX；在“Clock Frequency”栏中输入晶振频率为12MHz。2、串口模型属性设置串口模型属性设置如图9所示。3、虚拟终端属性设置 PCS代表计算机发送数据，PCR用来监视PC接收到的数据，PCS、PCR

22、终端属性设置一样，如图所示，注意他们的RX/TX极性相反。SCMS、SCMR分别为单片机发送、接收终端，分别监视，他们的属性设置如图15、图16所示。单片机与PC双方的波特率、数据位、停止位、校验位保证一致。SCMS、SCMR、PCR终端的RXD脚分别于单片机的TXD、RXD及串口模型的2脚相接;PCS终端的TXD串口模型的3脚相接。图3图4图5 图164、启动仿真单击按钮开始仿真，设置PCS虚拟终端的“Echo Typed Characters”,在本虚拟终端上右击，在弹出的框中选中该选项， 鼠标指针在PCS终端窗中单击，该窗口出现闪烁的光标，当不输入数字或者字母时，如图17 图17当输入数

23、字5时则显示ASCII码为：05当输入字母A时则显示ASCII码为41当输入小写字母a时则显示ASCII码为：61当输入符号！号时则显示ASCII码为：21当输入字符F时则显示ASCII码为:46当清空显示器是则显示ASCII码为：08经过重复的从键盘上输入数字、字母、符号后，数据通过键盘输入，则在PCS虚拟终端中回应相应的数据，表示PC发送数据。按程序设计，单片机接收到该数据，所以单片机接收SCMR虚拟终端上显示此数据，并将它显示在数码管上，与此同时，单片机又将该数会发给PC，所以SCMS终端也显示该数据，PC也接收到该数据，所以PCR终端上同样显示相同的数据。从PC键盘得到的数据为字符的A

24、SCII码，单片机已将ACSII码30H-39H处理为数字0-9。六、总结 通过本次课程设计，使我对单片机的综合应用有了一定的掌握。本次课程设计的主要内容是利用电平转换器件RS-232实现单片机与PC机之间的串行通信，通过我们小组的共同努力和老师以及同学们的帮助，顺利的完成了本次课程设计的任务。在做这次课程设计的同时，也帮助我理解了很多课堂上懵懵懂懂的知识，顺利攻克了很多难关，虽然完成的不是很理想，但也是把我们所学的知识串联起来，使我有了很大的收获。 在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通信。随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信的功能越来越重要。通信是指计算机与外界

25、的信息传输，既包括计算机与计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。 串行通信是指 使用一条数据线，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，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。并行通信时数据的各个位同时传送，可以字或字节为单位并行进行。并行通信速度快，但用的通信线多、成本高，故不宜进行远距离通信。计算机或PLC各种内部总线就是以并行方式传送数据的。另外，在PLC底板上，各种模块之间通过底板总线交换数据也以并行方式进行。在做本次课程设计的同时，我也对所学的知识进行了一次大总结，

26、通过此次课程设计，使我将这些知识系统的连贯起来，进而融会贯通。对Proteus软件的使用也有了一定的熟悉，通过一次又一次的实验，使我对该软件的使用也感到得心应手，对于自己多掌握了一门技术而感到高兴。最后还是在同组人的齐心协力下，圆满的完成了此次的课程设计，看着自己的成就，心里有种说不出的兴奋，但兴奋的同时，我也深深感到自己的知识有限，还需要继续提高。只有不断学习，才能不断进步，不断提高。作业分工及自我评价姓 名作业分工自我评价同组人评价付 娟程序调试、连接仿真图9595赵娜娜连电路原理图、焊接9595刘 驰编写报告9090汤命起收集资料、排版9090金沐烨编写报告9090潘发娟收集资料、排版9

27、090进度情况第一周：上机实验，连电路、调试、得出实验结果,收集资料 第二周：焊接电路板、编写报告、检查报告。七、参考资料1、李明 李君君. 单片机原理与接口技术. 大连：大连理工大学出版社，2009 2、张靖武，周林彬.单片机系统的Proteus设计与仿真 . 北京：电子工业出版社，2008. 3、周坚 . 单片机项目教程.北京：北京航空航天大学出版社，2008 4、胡建.单片机原理及接口技术实践教程.北京：机械工业出版社，2004. 5、何力民. 单片机高级教程应用与设计. 北京：北京航空航天大学出版社，20076、张迎新. 单片机初级教程单片机基础. 北京：北京航空航天大学出版社，20067、张友德，赵志英，涂时亮. 单片微型机原理、应用与实验. 上海：复旦大学出版社，8、胡汉才. 单片机原理及系统设计. 北京：清华大学出版社，20029、周景润等. Prtoeus在MCS51&ARM7系统中的应用百例. 北京：电子工业出版社，18