课设：基于单片机的RS-232C串行通讯接口设计

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1、沈阳航空航天大学课程 设 计（论文) 题目基于单片机的R-23C串行通讯接口设计班 级 9407102 学 号 学 生姓 名 徐茂哲 指导教 师 张晓东 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课程 名称 专业综合课程设计 院（系) 自动化学院 专业 测控技术与仪器 班级 9407102 学号 姓名 徐茂哲 课程设计题目 基于单片机的RS-32C串行通讯接口设计 课程设计时间: 年12月 29日至 年 月 1 日课程设计的内容及规定： 运用805单片机开发S-C串行通信系统，运用dbs通信合同,实现单片机与PC机的通信,规定实现数据收发功能。 具体规定如下: （1)按以上规定制定设计方案，并

2、绘制出系统工作框图; （2）按规定设计单片机系统，给出电路原理图; (3)用单片机系统和PC机进行程序设计与调试; （4)接受机发送数据，并将其回发给单片机;指引教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日目 录0.前言1 总体方案设计2.硬件电路的设计22.1 单片机系统2. MAX232芯片2.3 整体电路设计3 软件设计7.联合调试5. 课设小结及进一步设想9参照文献10附录 元件清单11附录II 整体电路图12附录II 源程序清单13基于单片机的RS-232C串行通讯接口设计徐茂哲 沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文重要设计了一种基于R22C的单片机串行通讯接口系统,运用

3、Modbus通信合同，实现单片机与PC机的通信，规定实现数据收发功能。核心字：S-C；数据发送；数据接受；ED显示 ；单片机与P机串行通信。0 前言计算机的发展对通信起了巨大的推动作用，计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息解决系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。随着电子技术和计算机技术的发展，特别是单片机的发展,使老式的测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面发生了巨大的变化，形成了一种完全突破老式概念的新一代测试仪器智能仪器。智能仪器是以微解决器为核心的电子仪器,它不仅规定设计者熟悉电子仪器的工作原理，并且还规定其掌握微型计算机硬件和软件的原理。目

4、前，有诸多的老式电子仪器已有相应的替代产品，并且还浮现不少全新的仪器类型和测试系统体系。在科学技术高速发展的今天,如何用简朴便宜、性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的重要趋势。在自动化技术中，无论是过程控制技术还是数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机，在工业自动化的领域中,机电一体化技术发挥越来越重要的作用，在通信方面,单片机得到了广泛运用。在实现计算机与计算机、计算机与外设的串行通讯时,一般采用原则的通讯接口。所谓原则的通讯接口，就是明拟定义若干信号线的机械、电器特性，使接口电路原则化、通用化,这样就能以便地把不同的计算机、外设等有机地连接起来,进行串行通讯。

5、RS22C是由美国电子工业协会（EI)制定的用于串行通信的原则通信接口，运用它可以很以便地把多种计算机、外围设备、测量仪器等有机地连接起来,进行串行通信。它涉及按位传播的电气和机械方面的规定，合用于短距离或带调制解调器的通信场合。 RS-232原则合用于DE和DTE之间的串行二进制通信,最高的数据速率为192bt/s,在使用此波特率进行通信时，最大传播距离在0之内。减少波特率可以增长传播距离。对于RS-23C原则接口的使用是非常灵活的,实际通信中常常采用9针接口进行数据通信。1. 总体方案设计在本次设计中，硬件部分,对于一片9C1和P机，采用232进行通信,硬件的连接措施如图1所示。电平转换芯

6、片采用MAX2，传播距离一般不超过5m，传播不不小于20kt/s。发送方的数据由串行口T段输出，通过电平转换芯片MAX2将TL电平转换为RS22电平输出,通过传播线将信号传送到接受端。为提高抗干扰能力,还可以在输入输出端加光耦合进行光电隔离。软件部分，通过通信合同进行发送接受。串行口的工作方式为8位UART,波特率可变(T1溢出率n）。定期器的工作方式为工作方式2。 D T2IN 2UT X T9C51 MAX3 串行接口 RXD R2OUT 2IN 图1 RS-232C电平信号传播的连接图.硬件电路的设计2.1 单片机系统原则型8系列单片机是与MC-5系列单片机兼容的。在内部具有4KB或KB

7、可反复编程的Flas存储器,可进行10次擦写操作。全静态工作为033MHz,有级程序存储器加密锁定，内具有128256字节的RAM、32条可编程的I/端口、23个1位定期器/计数器，68级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。T89C1相称于将01中的4B RO换成相应数量的lash存储器，其他构造、供电电压、引脚数量及封装均相似，使用时可直接替代。A8951在内部采用40条引脚的双列直插式封装,引脚排列如图2所示:图2AT89C51芯片引脚在自动化测量和控制系统中，各台仪表之间需要不断地进行多种信息的互换和传播,这种信息的互换和传播是通过仪表的通信接口，按照一定的合同进行的。通

8、信接口是各台仪表之间或者是仪表与计算机之间进行信息互换和传播的联系装置。计算机与外界的信息互换称为通信,常用的通信方式有两种：并行通信和串行通信。所谓并行通信是指数据的各位同步在多根数据线上发送或接受，其特点是传播信号的速度快,但所用的信号线较多，成本高,传播的距离较近。串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，根据一定的顺序逐位进行传送的通信方式,其特点是只用两条信号线（一条信号线,再加一条地线作为信号回路)即可完毕通信，成本低，传播的距离较远。5单片机内部有一种可编程全双工串行通信接口。该部件不仅能同步进行数据的发送和接受,也可作为一种同步移位寄存器使用。51单片机串行接口的构造如下：（1

9、)串行数据缓冲器（SUF)接受或发送的数据都要先送到SB缓存。SBUF涉及缓存寄存器和发送寄存器,以便能以全双工方式进行通信。此外,在接受寄存器之前尚有移位寄存器,从而构成了串行接受的双缓冲构造，这样可以避免在数据接受过程中浮现帧重叠错误。发送数据时，由于CPU是积极的,不会发生帧重叠错误,因此发送电路不需要双重缓冲构造。在逻辑上,BUF只有一种，它既表达发送寄存器,又表达接受寄存器，具有同一种单元地址9H。但在物理构造上,则有两个完全独立的SBU，一种是发送缓冲寄存器SBUF,另一种是接受缓冲寄存器SBUF。如果CPU写SBUF,数据就会被送入发送寄存器准备发送;如果CPU读BF，则读入的数

10、据一定来自接受缓冲器。即CPU对UF的读写，事实上是分别访问上述两个不同的寄存器。（2）串行控制寄存器(PON)串行控制寄存器SON用于设立串行口的工作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接受的状态等。它是一种既可以字节寻址又可以位寻址的8位特殊功能寄存器。其格式如表1所示: 表1 串行口控制寄存器SC位地址FHEDCHBHH9H98SCONM0SMSM2RENBRB8T11SM2:多机通信控制位。REN：接受容许控制位。软件置1容许接受；软件置0严禁接受。：方式2或时，TB8为要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。RB9:在方式2或3时，R8位接受到的第9位数据,实际为主机发送的第

11、9位数据B8，使从机根据这一位来判断主机发送的时呼喊地址还是要传送的数据。T：发送中断标志。发送完一帧数据后由硬件自动置位,并申请中断。必须要软件清零后才干继续发送。RI：接受中断标志。接受完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。必须要软件清零后才干继续接受。S0，M1:串行口工作方式选择位，这两位组合成00,1，10,11相应于工作方式0、工作方式、工作方式、工作方式3。串行接口工作方式如表2:表 串行工作方式SM0SM1工作方式功能波特率 08位同步移位寄存器(用于/扩展)fORC201110位异步串行通信(UAT)可变（T溢出率*2SMOD32)1021位异步串行通信（UART）fRC/

12、4或fORC3211311位异步串行通信(UAR）可变（T溢出率*2SMOD/32）(3)输入移位寄存器接受的数据先串行进入输入移位寄存器，位数据全移入后,再并行送入接受SBUF中。（4)波特率发生器波特率发生器用来控制串行通信的数据传播速率的,51系列单片机用定期器T作为波特率发生器,1设立在定期方式。波特率是用来表达串行通信数据传播快慢限度的物理量，定义为每秒钟传送的数据位数。(5）电源控制寄存器PCN波特率系数控制寄存器CON的最高位为Smod，仅仅是最高位与串行口有关。在工作方式1工作方式3时,若SO=1，则串行口波特率增长一倍。若SMD0,波特率不加倍。系统复位时,O。PCON字节地

13、址为87H，不能位寻址。PCON的格式如表3PCD7D6DD4D32D1D0位名称SMO-GFGF0PDD表 特殊功能寄存器PCON的格式(）波特率计算 串行口每秒钟发送（或接受）的位数称为波特率。设发送一位所需要的时间为，则波特率为1/T。对于不同方式，得到的波特率的范畴是不同样的,这是由定期器/计数器T1在不同方式下计数位数的不同所决定的。串行口工作在方式1或方式3时,常用定期器T作为波特率发生器，关系式为：波特率2SMD（1溢出率)2。2. MAX232芯片在电气特性上RS-22C采用负逻辑，规定高、低两信号间有较大的幅度,原则规定为：逻辑1：-5-5V ,逻辑:+515V 。而单片机的

14、信号电平与TTL电平兼容,逻辑1不小于4,逻辑0为0.4如下。很显然，S-22C信号电平与TT电平不匹配，为了实现两者的连接,必须进行电平转换。AX32为单一+5V供电,内置自升压电平转换电路,一种芯片能同步完毕发送转换和接受转换的双重功能。其引脚如图3: 图3电平转换芯片MX232 (1) C，1-,C2+，C；外接电容端。（） R1I,R2IN:两路R-32C电平信号输入端,可接传播线。(3)R1OUT,R2T：两路转换后的TTL电平输出端，可接单片机的RD端。(4） TUT,T2OUT：两路转换后的RS232C电平信号输出端,可接传播线。(5) 1IN,TI：两路TTL电平输入端,可接单

15、片机的X端。(6)V+，Vs-:分别经电容接电源和地。23 整体电路设计 最后设计电路如图4所示，发送方的数据由串行口XD段输出,通过电平转换芯片MAX23将TT电平转换为RS232电平输出,通过传播线将信号传送到接受端。接受方也使用MAX232芯片进行电平转换后，信号达到接受方串行口的接受端。接受方接受后，通过P0口在数码管上显示接受的信息。 图4 串行通信电路3 软件设计通过通信合同进行发送接受,主机先送H给从机，当从机接受到AH后，向主机回答H。主机收到BB后就把数码表1中的16个数据送给从机,并发送检查和。从机收到6个数据并计算接受到数据的检查和,与主机发送来的检查和进行比较，若检查和

16、相似则发送H给主机;否则发送FFH给主机,重新接受。从机收到1个对的数据后送到一种数码管显示。 串行通信软件实现(1）串行口工作于方式；用定期器产生9600its的波特率，工作于方式2。(2)功能:将本机OM中数码表TAB16中的个数发送到从机,并保存在从机内部ROM中，从机收到这16个数据后送到一种数码管循环显示。（3)通信合同:主机一方面发送连络信号(AH),从机接受到之后返回一种连络信号（BBH)表达从机已准备好接受。（4)通信过程使用第九位发送奇偶校验位。（5)从机接受到一种数据后，立即进行奇偶校验，若数据没有错误，则返回00H,否则返回FH。（6)主机发送一种数据后,等待从机返回数据

17、；若为00H，则继续发送下一种数据，若为FH，则重新发送数据。3.2 程序流程图3.2.1单片机向PC机发送数据流程图 开始 初始化 发送数据 按键按下? 否 是 接受数据 结束 图5 单片机向PC机发送数据流程图 .P机向单片机发送数据流程图 开始 初始化 发送数据 接受数据 结束 图6 PC机向单片机发送数据流程图4联合调试在rtu上进行仿真实验。一方面使用eil uVsio 将编写完毕的程序编译生成HEX文献,将EX文献烧录单片机中,进行仿真实验，成果如图所示,可以看到，接受端已将接受到的数据完整的显示出来。 图7 仿真图一 图8 仿真图二. 课设小结及进一步设想通过这次紧张的课程设计,

18、我学到了诸多，特别是对串行通信这方面有了新的结识,加深了对单片机知识点的理解。在繁忙的一种学期即将结束之时，我的思想成熟了,这次的课设让我找到了方向,让我懂得了诸多,有知识方面的,但大部分还是人格方面的。我相信，只要不放弃,只要努力，就一定可以!本文采用的RS-2原则实现单片机与PC机之间的串行通信。-23是目前最常用的一种串行通讯接口。由于S-232-C接口原则浮现较早,难免有局限性之处。重要表目前:、接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片，又由于与T电平不容,故需使用电平转换电路才干与TTL电路连接。2、传播速率较低,在异步传播时，波特率为20Kbps。、接口使用一根信号线和一根信号返

19、回线而构成共地的传播形式,这种共地传播容易产生共模干扰,因此抗噪声干扰性弱。4、传播距离有限，最大传播距离原则值为0英尺,事实上也只能用在50米左右。因此建议使用R-48原则实现,R-45接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传播距离和多站能力等长处就使其成为首选的串行接口。参照文献方彦君.智能仪器技术及其应用.北京: 化学工业出版社,.9 张毅刚，刘杰.MCS51单片机原理及应用哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,.3何立民单片机应用技术选编.北京: 北京航天航空大学出版,.5 附录I 元件清单元件名称型号数量单片机AT8C11接口芯片MAX22A串行接口机械开关1导线若干附录II整体电路图附录 源程

20、序清单#include eg5.h#define uin unsige it#ein uchar nsnecch ReceveBfer101;char Buf_d = 0;uchar coe DSYCDE=0x3,0x,x5，04f,0x66,0x,0x7d,0,x7f,，0x00;vid ela(ui x) uha ;wile(-) f(i;i120;i+);void ain(） har ;P0 0x;Recve_ffer0i;CON = 0x50；TOD =0x20；PCO 0;T1 =0d； = xd；EA = 1;EX0 = 1；IT = 1；E = 1;IP x01;TR1 = 1;

21、hie(1）for(i=0;i10；+) f(RceBferi=1) brak;P0 =D_CODERecive_Bufferi;Del(2）; Dely(200);voi Serial_INT() interrupt 4 char c;if（RI=) ret;S 0;RI = ;c SBUF；if（c=0& c=) Reeiv_ufferBuf_dex=c-0;eceiveBufferf_Inex+=1;Buf_ex (Bufdex+)%10;ES 1;void E_IN0()iteupt0 ucar = (STC89C51r）;chri 0;wie（si!=) SBUF = si;wie（TI = 0)；I 0;i+;