單片機(jī)與PC機(jī)串口通信實(shí)現(xiàn).doc

指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)： 審定成績(jī)： X X X X 大 學(xué)自 動(dòng) 化 學(xué) 院自動(dòng)化專業(yè)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)與PC機(jī)串口通信實(shí)現(xiàn)單位（二級(jí)學(xué)院）： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2010 年 10 月XXXXX大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院制摘 要計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊合并航通訊二種方式。由于串行通訊具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路不一致而被廣發(fā)采用。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS-232C接口（又稱EIA RS-232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳上的DB25連接器，對(duì)連接器的每一個(gè)腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片機(jī)微型技術(shù)的發(fā)展，人們已越來(lái)越多地采用單片機(jī)來(lái)對(duì)一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、流量和壓力參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理能力，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過(guò)PC機(jī)的RS-232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通訊，使許多控制系統(tǒng)中常用到的一種通信解決方案。因此如何實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義?！娟P(guān)鍵詞】：串口通信 單片機(jī) PC機(jī)串口目 錄摘 要1目 錄21.設(shè)計(jì)題目21.1題目?jī)?nèi)容21.2實(shí)現(xiàn)目標(biāo)21.3設(shè)計(jì)要求32.設(shè)計(jì)報(bào)告正文32.1串行通信概述32.1.1串行通信的原理32.1.2 8051單片機(jī)的串行接口結(jié)構(gòu)42.1.3串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式52.2通信協(xié)議的采用52.3電平轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)73.調(diào)試結(jié)果（負(fù)責(zé)部分）93.1二進(jìn)制的調(diào)試93.2字符串的調(diào)試92. 3波特率的調(diào)試104.設(shè)計(jì)總結(jié)124.1調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決方法124.2心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13單片機(jī)與PC機(jī)串口通信實(shí)現(xiàn)1.設(shè)計(jì)題目1.1題目?jī)?nèi)容單片機(jī)與PC機(jī)串口通信實(shí)現(xiàn)1.2實(shí)現(xiàn)目標(biāo)1.掌握串口通信基本原理；2.掌握一種單片機(jī)基本操作與實(shí)現(xiàn)；3.熟悉和掌握VB程序編寫；1.3設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)電路原理圖，并搭建電路；2.編制PC機(jī)與單片機(jī)通信的協(xié)議；3.完成單片機(jī)和PC機(jī)軟件編寫與調(diào)試；4.測(cè)試并完成報(bào)告。2.設(shè)計(jì)報(bào)告正文2.1串行通信概述2.1.1串行通信的原理通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種。并行通信：是將組成數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送，并通過(guò)并行門（如P1口等）來(lái)實(shí)現(xiàn)。在并行通信中，數(shù)據(jù)傳送線的根數(shù)與傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)相等，傳送數(shù)據(jù)速度快，但所占用的傳輸線位數(shù)多。因此，并行通信適合短距離通信。如圖2-1所示。串行通信：是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送。串行通信通過(guò)串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)。在全雙工的串行通信中，僅需要一根發(fā)送線和一根接收線，串行通信可大大節(jié)省傳送線路的成本，但數(shù)據(jù)傳送速度慢。由于其所需電纜線少，接線簡(jiǎn)單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運(yùn)用。如圖2-2所示。 圖2-1 圖2-2串行通信有同步通信和異步通信兩種基本方式。（1）異步通信方式(Asynchronous Communication)：數(shù)據(jù)通常是以字符(或字節(jié))為單位組成字符幀傳送的。發(fā)送方發(fā)送各個(gè)字符的間隔時(shí)間是不定的，收發(fā)雙方各用自己的時(shí)鐘源來(lái)控制發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。接收端是依靠字符幀格式來(lái)判斷發(fā)送端是何時(shí)開始發(fā)送及何時(shí)結(jié)束發(fā)送。平時(shí)，發(fā)送線為高電平(邏輯“1”)，每當(dāng)接收端檢測(cè)到傳輸線上發(fā)送過(guò)來(lái)的低電平邏輯“0”(字符幀中起始位)時(shí)，就知道發(fā)送端已開始發(fā)送，每當(dāng)接收端接收到字符幀中的停止位時(shí)，就知道一幀字符信息己發(fā)送完畢。（2）同步通信方式(Synchronous Communication)：是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀和異步通信中的字符幀不同，通常有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。同步字符幀由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符三部分組成。同步字符位于幀結(jié)構(gòu)開頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開始(接收端不斷對(duì)傳輸線采樣，并把采到的字符和雙方約定的同步字符比較，只有比較成功后才會(huì)把后面接收到的字符加以存儲(chǔ))；數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)不受限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長(zhǎng)度決定；校驗(yàn)字符有12個(gè)，位于幀結(jié)構(gòu)末尾，用于接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)字符的正確性的校驗(yàn)。在本次課程設(shè)計(jì)中采用的是串行異步通信方式。2.1.2 8051單片機(jī)的串行接口結(jié)構(gòu)8051單片機(jī)串行接口是一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口。它可用作異步通信方式（UART universal asynchronic reciever and transmitter），與串行傳送信息的外部設(shè)備相連接，或用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)異步通信協(xié)議進(jìn)行全雙工的8051多機(jī)系統(tǒng)也能通過(guò)同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器來(lái)擴(kuò)充I/O口。8051單片機(jī)通過(guò)管腳RXD（P3.0，串行數(shù)據(jù)接收端）和管腳TXD（P3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界通信。SBUF是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器。它們有相同名字和地址空間，但不會(huì)出現(xiàn)沖突，因?yàn)樗鼈儍蓚€(gè)一個(gè)只能被CPU讀出數(shù)據(jù)，一個(gè)只能被CPU寫入數(shù)據(jù)。如圖2-3串行接口結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-3串行接口結(jié)構(gòu)示意圖2.1.3串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種傳送方式。如圖2-4。單工方式：通信線的一端接發(fā)送器，另一端接接收器，它們形成單向連接，只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送。數(shù)據(jù)只能單方向傳送。半雙工方式：數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)雙方向傳送，但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。全雙工方式：系統(tǒng)的每端都含有發(fā)送器和接收器，數(shù)據(jù)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送。圖2-42.2通信協(xié)議的采用1.方案采用的依據(jù)串行通信中，只有通信雙方采用相同的接口標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行正常的通信。由于不同設(shè)備串行接口的信號(hào)線定義、電器規(guī)格等特性都不盡相同，因此要使這些設(shè)備能夠相互連接，需要一個(gè)統(tǒng)一的串行通信接口。在本次設(shè)計(jì)中，采用RS-232協(xié)議作為通信協(xié)議。RS-232（又稱EIA RS-232C）是目前最常見(jiàn)的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生廠廠家共同制定的用于串行通信的標(biāo)準(zhǔn)。RS-232適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020 000bit/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定，作為一種標(biāo)準(zhǔn)在微機(jī)通信接口中廣泛采用。由于單片機(jī)系統(tǒng)使用的是TTL電平，單片機(jī)中的串口輸出的信號(hào)也是如此，但是串行通信中使用的RS-232C通信協(xié)議，二者的電平并不相同，在和單片機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，還需要有一定的外圍電路的配合，使得單片機(jī)的通信電平和標(biāo)準(zhǔn)的串行通信協(xié)議相匹配。2.RS-232C的電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能TXD、RXD：高電平（邏輯1）為-5V-15V，低電平（邏輯0）為+5+15V。RTS、CTS、DSR、DTR和DCD：控制線，信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）時(shí)的電平為+5V+15V，信號(hào)無(wú)效時(shí)（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）的電平為-5V-15V。對(duì)于RS-232C的信號(hào)而言，當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-5V+5V之間的電壓無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義。所以，RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。RS-232C中的RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)示號(hào)，C表示修改的次數(shù)。RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了21個(gè)信號(hào)和25個(gè)引腳，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道。設(shè)計(jì)中我采用的是簡(jiǎn)化的9芯D型連接器（DB9）。對(duì)于一般雙工通信，僅需要幾條信號(hào)線就可以實(shí)現(xiàn)，包括一條收發(fā)線、一條接收線和一條地線。也就是RS-232C連接的最簡(jiǎn)單形式：3線制，如表2.1為計(jì)算機(jī)9芯串口引腳信號(hào)功能。腳號(hào)信號(hào)名稱方向信號(hào)功能1DCD對(duì)方至PC機(jī)PC機(jī)收到遠(yuǎn)程信號(hào)（載波檢測(cè)）2RXD對(duì)方至PC機(jī)PC機(jī)接收數(shù)據(jù)3TXDPC機(jī)至對(duì)方發(fā)送數(shù)據(jù)4DTRPC機(jī)至對(duì)方PC機(jī)準(zhǔn)備就緒5GND信號(hào)地6DSR對(duì)方至PC機(jī)對(duì)方準(zhǔn)備就緒7RTSPC機(jī)至對(duì)方PC機(jī)請(qǐng)求接收數(shù)據(jù)8CTS對(duì)方至PC機(jī)雙方已切換到接收狀態(tài)（清除發(fā)送）9RI對(duì)方至PC機(jī)通知PC機(jī)，線路正常（振鈴指示）表2.1計(jì)算機(jī)9芯串口引腳信號(hào)功能2.3電平轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)方法和其他的單片機(jī)器件一樣，作為單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)外圍電路，串口的電平轉(zhuǎn)換也有專用的芯片，但也可以使用三極管自行調(diào)整電平匹配。本次設(shè)計(jì)我主要采用專用芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的方法。目前較為廣泛的是使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL和RS-232C的雙向電平轉(zhuǎn)換。在這里我采用的芯片是MAX232。 2.MAX232 的引腳介紹MAX232 的引腳主要為5個(gè)部分。（1）外接電容：有5個(gè)外接電容、進(jìn)行電壓匹配和電源去耦。（2）TTL的輸入：電路TTL電平的輸入引腳11和10引腳，連接單片機(jī)的TXD輸出端口。實(shí)驗(yàn)中MAX232 的11引腳與單片機(jī)的P3.1引腳相連。（3）TTL的輸出：電路TTL電平的輸出引腳12和9引腳，連接單片機(jī)的RXD輸出端口。實(shí)驗(yàn)中MAX232 的12引腳與單片機(jī)的P3.0引腳相連。（4）RS-232的輸入：兩路RS-232電平的輸入引腳13和8引腳，連接RS-232的TXD的輸出端口。實(shí)驗(yàn)中MAX232 的13引腳與RS-232的2引腳相連。（5）RS-232的輸出：兩路RS-232電平的輸出引腳14和7引腳，連接RS-232的RXD的輸出端口。實(shí)驗(yàn)中MAX232 的14引腳與RS-232的3引腳相連。通過(guò)MAX232的TTL和RS-232 的輸入/輸出端口，自動(dòng)地調(diào)節(jié)了單片機(jī)串口的TTL電平信號(hào)和RS-232的串行通信信號(hào)的電平匹配，如圖2-5所示。圖2-53.電平轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)、RS-232的連接地址分配和連接：只列出和系統(tǒng)相關(guān)的、關(guān)鍵部分的單片機(jī)與各個(gè)模塊管腳的連接和相關(guān)的地址分配。MAX232的11引腳：MAX232 的TTL電平輸入引腳，連接單片機(jī)的TXD，TTL串口輸入信號(hào)。MAX232的12引腳：MAX232的TTL電平輸出引腳，連接單片機(jī)的RXD、TTL串口輸入信號(hào)。MAX232的14引腳：MAX232 的RS-232電平輸出引腳，連接RS-232的RXD，RS-232的串口輸入信號(hào)。MAX232的13引腳：MAX232 的RS-232電平輸入引腳，連接RS-232的TXD，RS-232的串口輸出信號(hào)。4.用于MAX232的電器元件的選擇一個(gè)+5V的電源、五個(gè)1u的電容和若干導(dǎo)線。3.調(diào)試結(jié)果（負(fù)責(zé)部分）3.1二進(jìn)制的調(diào)試開始時(shí)按下復(fù)位開關(guān)，選擇“十六進(jìn)制發(fā)送”與“十六進(jìn)制顯示”。按下數(shù)值增加按鍵，按下4次；再按下數(shù)值減少按鍵，按下5次。在整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)按下數(shù)值增加或減少按鍵時(shí)，同時(shí)觀察LED顯示的二進(jìn)制與在上位機(jī)接收區(qū)的數(shù)值是不是一致。在上面完成無(wú)誤后，再在上位機(jī)的發(fā)送區(qū)輸入“00”并按下手動(dòng)發(fā)送，觀察在接收區(qū)的數(shù)值是否與“00”一致。如圖3-1所示為以上操作的結(jié)果。圖3-13.2字符串的調(diào)試開始時(shí)按下復(fù)位開關(guān)，選擇“字符格式發(fā)送”與“字符格式顯示”。在上位機(jī)的發(fā)送去輸入“cai jie shi xue sheng”并按下手動(dòng)發(fā)送，然后觀察接收區(qū)接收到的信息是否一致。操作結(jié)果如圖3-2所示。圖3-22. 3波特率的調(diào)試開始時(shí)按下復(fù)位開關(guān)，選擇“字符格式發(fā)送”與“字符格式顯示”。選擇波特率9600，此時(shí)可以在上位機(jī)的接收區(qū)顯示“success!”,這表明現(xiàn)在上位機(jī)和單片機(jī)的波特率都已經(jīng)是9600。然后再輸入“cai jie shi xue sheng”同時(shí)在接收區(qū)可以觀察到顯示同樣的字符串。結(jié)果如圖3-3所示。圖3-3再在波特率的窗口選擇4800，此時(shí)可以在上位機(jī)的接收區(qū)顯示“”， 這表明現(xiàn)在上位機(jī)和單片機(jī)的波特率都已經(jīng)是4800。然后再輸入“cai jie shi xue sheng”同時(shí)在接收區(qū)可以觀察到顯示同樣的字符串。結(jié)果如圖3-4所示。 圖3-4再在波特率的窗口選擇2400，此時(shí)可以在上位機(jī)的接收區(qū)顯示“&3”， 這表明現(xiàn)在上位機(jī)和單片機(jī)的波特率都已經(jīng)是2400。然后再輸入“cai jie shi xue sheng”同時(shí)在接收區(qū)可以觀察到顯示同樣的字符串。結(jié)果如圖3-5所示。圖3-5再在波特率的窗口選擇1200，此時(shí)可以在上位機(jī)的接收區(qū)顯示“壙”， 這表明現(xiàn)在上位機(jī)和單片機(jī)的波特率都已經(jīng)是1200。然后再輸入“cai jie shi xue sheng”同時(shí)在接收區(qū)可以觀察到顯示同樣的字符串。結(jié)果如圖3-6所示。圖3-64.設(shè)計(jì)總結(jié)4.1調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決方法在開始進(jìn)行調(diào)試時(shí)，先是在開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試。在開發(fā)板上成功后，有負(fù)責(zé)做硬件的同學(xué)開始做實(shí)物部分。在實(shí)物完成后，就將之前的單片機(jī)程序燒到單片機(jī)里面，然后在與用VB編寫的界面進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的程序怎么也燒不進(jìn)去，在將MAX232這塊最小系統(tǒng)從新焊了幾個(gè)還是出現(xiàn)相同的結(jié)果。于是，就將原來(lái)的電容為0.1uf改成了1uf后，操作可以正常進(jìn)行。當(dāng)在上位機(jī)的發(fā)送區(qū)以十六進(jìn)制發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在接收區(qū)以十六進(jìn)制顯示卻出現(xiàn)了亂碼。在分析各方面因素后，最終認(rèn)定為是12MH的晶振出了問(wèn)題。在查及關(guān)于晶振方面的資料后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)波特率為9600（初始設(shè)定值），晶振