單片機與PC通訊.doc

單片機原理與應用課程設計單片機與PC機通訊及動態(tài)顯示1、摘要： 在單片機的應用中，單片機的通訊是不可缺少的一部分。單片機的通訊分為并行通信和串行通信。并行通信時，數(shù)據(jù)的個位同時傳送。其優(yōu)點是傳送速度快；缺點是數(shù)據(jù)有多少位就需要多少根數(shù)據(jù)線，在長距離傳輸中，傳輸線過多是不經(jīng)濟的，并使系統(tǒng)的抗干擾能力降低。串行通信時，數(shù)據(jù)的個位按照一定的順序逐位分時傳送。它的突出優(yōu)點是只需要一對數(shù)據(jù)線，大大的降低了網(wǎng)絡成本，特別適用于遠距離通信。其缺點就是通信速度較低。相比之下，并行通信雖然傳輸效率高，但是所需要設備復雜，遠距離通信成本太高，所以其只適用于實時性較強，傳輸速率要求較高的設備中。而串行通信則相對需要設備簡單，成本低廉，適合遠距離傳輸通信，所以已經(jīng)被廣泛應用于各工業(yè)控制系統(tǒng)中。在此系統(tǒng)設計報告中，硬件方面包括單片機供電穩(wěn)壓系統(tǒng)、單片機基礎(chǔ)介紹、MAX232芯片介紹、數(shù)碼管的動態(tài)顯示介紹、硬件的連線等。軟件方面包括了程序框圖、程序流程圖、C語言的最后程序。關(guān)鍵詞：串行通信 動態(tài)顯示 中斷2、簡介 系統(tǒng)功能：在PC機上輸入00FF的十六進制數(shù)據(jù)，通過串行口發(fā)送至單片機，單片機接收之后用中斷系統(tǒng)控制兩個八位數(shù)碼管動態(tài)顯示出來。且將數(shù)據(jù)回發(fā)至PC機，以確定單片機系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)是否正確。本系統(tǒng)基于AT89S52單片機開發(fā)，其中數(shù)碼管的片選信號由P2口控制，各段的顯示由P0口控制。所有器件集中在銳志開發(fā)板上，有串行總線經(jīng)USB連接至PC機上。3、系統(tǒng)硬件說明 3.1 單片機各引腳分布及其簡要介紹 （1） P0口：是八位雙向三態(tài)I/O口。在訪問外部存儲器時可以做低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線。沒有接上拉電阻。（2） P1口：內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O口。能接收低八位地址，（3） P2口：內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O口。訪問外部存儲器的時候可以送出高八位地址。（4） P3口：內(nèi)部帶有上拉電阻的八位雙向三態(tài)I/O口。有第二功能。 P3.0 RXD 串行輸入口P3.1 TXD 串行輸出口 P3.2 /INT0 外部中斷0 P3.3 /INT1 外部中斷1 P3.4 T0 定時計數(shù)器0 P3.5 T1 定時計數(shù)1 P3.6 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 P3.7 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通（5） Vcc和Vss分別是+5V電源和地（6） XTAL1和XTAL2外接晶振引腳（7） RESET 復位引腳（8） EA 內(nèi)部外部存儲器選通信號（9） ALE 實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址的分離（10） /PSEN 外部程序存儲器讀選通信號3.2 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從下圖可知，它主要由8個部件通過片內(nèi)總線連接而成。部件有中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM/EPROM）、并行輸入/輸出口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。CPU（運算部件）（控制部件）數(shù)據(jù)存儲器P0口P2口程序存儲器P1口串行口定時/計數(shù)器P3口中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器（SFR）3.3 本設計中所用特殊功能寄存器介紹3.3.1 TMODGATAC/TM1M0GATAC/TM1M0 (1) GATA:門空位。是定時控制器的開啟與外部中斷和單片機內(nèi)部開啟結(jié)合起來。(2) C/T: 為0時，是定時器。為1時，是計數(shù)器(3) M0和M1：用來選擇工作方式。3.3.2 TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 (1) TF1和TF0： 定時計數(shù)器0和1的溢出標志位。(2) TR1和TR0： 定時計數(shù)器0和1的開啟位。(3) 其中低四位與中斷系統(tǒng)的外部中斷有關(guān)。本設計中不涉及。3.3.3 SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI(1) SM0和SM1: 用來確定串行都得工作模式。(2) SM2: 用于多機通信，本設計中不涉及。(3) TB8和RB8： 本設計中不涉及；(4) TI: 發(fā)送數(shù)據(jù)標志位。表示發(fā)送緩沖器以空。(5) RI： 接收數(shù)據(jù)標志位。表示接收緩沖器已滿。3.3.4 PCON該寄存器的SMOD位是波特率倍增位。3.4 MAX232芯片介紹3.4.1 MAX232引腳介紹 (1)第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。(2)第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。(3)8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。(4)TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。(5)第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。3.4.2主要特點：(1)符合所有的RS-232C技術(shù)標準(2)只需要單一 +5V電源供電(3)片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-(4)功耗低，典型供電電流5mA（5）內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器（6）高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。3.4.3 RX232 簡單應用電路 （電容器應選擇1F的電解電容。在使用過程中本人曾用過10F的代替。） 注意，由于RS232電平較高，在接通時產(chǎn)生的瞬時電涌非常高，很有可能擊毀max232，所以在使用中應盡量避免熱插拔。3.5 八段數(shù)碼管介紹 3.5.1 LED的分類 八段LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類。 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。3.5.2 LED的封裝led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點。數(shù)碼管各段定義如圖3.5.3LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式 （1）靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動，而一個89S52單片機可用的I/O端口才32個呢，實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。（2）動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。4 模塊設計4.1電源模塊系統(tǒng)供電電源模塊電網(wǎng)電壓為220V交流電，我們自制了直流穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)供電。采取三端可調(diào)式穩(wěn)壓器LM系列作穩(wěn)壓部分制作普通的正壓穩(wěn)壓直流電源，對電路的數(shù)字部分和模擬部分共同供電。 4.2 控制模塊選用AT89S52單片機，它是八位微處理器，集成度高，可靠性高?？捎脜R編語言和C語言編程。（上圖為單片機最小系統(tǒng)）該最小系統(tǒng)由按鍵復位RESET電路、晶體振蕩電路以及I/O接口電路組成。 復位的實現(xiàn)通常用2種方式: 開機上電復位和外部手動復位，本設計用的是外部手動復位。電路圖2.5如下：4 系統(tǒng)設計4.1電路框圖PC循環(huán)檢測有無數(shù)據(jù)輸入據(jù)數(shù)送發(fā)PC數(shù)據(jù)回發(fā)中斷模塊數(shù)碼管的顯示模塊數(shù)據(jù)控制框圖說明： 主程序模塊循環(huán)檢測串行口接收標志位是否為1，即是否有新的數(shù)據(jù)輸入。檢測到有新的數(shù)據(jù)輸入之后，將數(shù)據(jù)送至中斷模塊，由中斷控制，分別取數(shù)據(jù)的高位和低位在兩個八段數(shù)碼管上顯示。 在單片機接收到數(shù)據(jù)的同時，將所接收的數(shù)據(jù)回發(fā)至PC機上，使數(shù)據(jù)發(fā)送者確定單片機接收數(shù)據(jù)的正確性。 4.2程序流程圖開始主程序置 TMOD參數(shù)置 SCON 參數(shù)置定時計數(shù)器初值開啟中斷開啟中斷RI=1？ Y 接收數(shù)據(jù)進入單片機將數(shù)據(jù)回發(fā)至PC定時器0中斷入口定時務程器0中斷服序重置參數(shù) 設其初值取數(shù)據(jù)的高位和低位，在數(shù)碼管上進行動態(tài)顯示。中斷返回4.4 C語言程序及其解釋#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /以上是52系列單片機的頭文件 和預定義字符uchar i,j,t,txd,flag; ucharcode s816=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;void send_char(uchar txd); void time0(); /變量的定義、數(shù)碼管段碼表的輸入、函數(shù)的聲明 void main() TMOD=0x21; TH1=TL1=0xfd; TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256; /定時計數(shù)器的初始化和其初值的設定 SCON=0x50; PCON=0x00; /串行口的初始化 EA=1; ET0=1; TR1=TR0=1; /中斷的開啟 flag=0x00; while(1) if(RI=1) RI=0;/驗證是否有數(shù)據(jù)自PC輸入 t=SBUF; send_char(t) /將數(shù)據(jù)發(fā)送回PC機的函數(shù) void send_char(uchar txd)SBUF=txd; while(!TI);TI=0;void time0() interrupt 1 /使數(shù)據(jù)在兩位數(shù)碼管上動態(tài)顯示的中斷函數(shù)TH0=(65536-1000)/256; TL0=(65536-1000)%256;i=t%16; j=t/16; switch(flag) case 0x00:P0=s8j; P2=0xfe;flag+;break; case 0x01:P0=s8i; P2=0xfd;flag=0;break; 該程序用Keil uVision3軟件編譯成功，且借助串口大師軟件成功運行，并且能達到預期效果，即輸入00FF之間的十六位進制數(shù)可以在數(shù)碼管上得到顯示，并且PC機上可以接受單片機接受的數(shù)據(jù)。y4 設計總結(jié)在系統(tǒng)設計的全過程中我們遵循了以下設計原則，使我們的方案系統(tǒng)化、清晰易懂、可靠性高、可維護性好。總結(jié)如下：（1）正確性和完備性原則：我們在每“級”的設計完成后，都進行反復的過細檢查，確保指標所要求的各項功能全部實現(xiàn)并留有必要的余地，以便最后對設計進行適當?shù)膬?yōu)化