單片機串行通信實驗報告實驗要求、原理、仿真圖及例程

1、嵌入式系統(tǒng)原理與實驗實驗指導實驗三 調(diào)度器設計基礎一、 實驗目的和要求1. 熟練使用Keil C51 IDE集成開發(fā)環(huán)境，熟練使用Proteus軟件。2. 掌握Keil與Proteus的聯(lián)調(diào)技巧。3. 掌握串行通信在單片機系統(tǒng)中的使用。4. 掌握調(diào)度器設計的基礎知識：函數(shù)指針。二、 實驗設備1. PC機一套2. Keil C51開發(fā)系統(tǒng)一套3. Proteus 仿真系統(tǒng)一套三、 實驗內(nèi)容1. 甲機通過串口控制乙機LED閃爍（1） 要求a. 甲單片機的K1按鍵可通過串口分別控制乙單片機的LED1閃爍，LED2閃爍，LED1和LED2同時閃爍，關閉所有的LED。b. 兩片8051的串口都工作在模式

2、1，甲機對乙機完成以下4項控制。i. 甲機發(fā)送“A”，控制乙機LED1閃爍。ii. 甲機發(fā)送“B”，控制乙機LED2閃爍。iii. 甲機發(fā)送“C”，控制乙機LED1，LED2閃爍。iv. 甲機發(fā)送“C”，控制乙機LED1，LED2停止閃爍。c. 甲機負責發(fā)送和停止控制命令，乙機負責接收控制命令并完成控制LED的動作。兩機的程序要分別編寫。d. 兩個單片機都工作在串口模式1下，程序要先進行初始化，具體步驟如下：i. 設置串口模式（SCON）ii. 設置定時器1的工作模式（TMOD）iii. 計算定時器1的初值iv. 啟動定時器v. 如果串口工作在中斷方式，還必須設置IE和ES，并編寫中斷服務程序

3、。（2） 電路原理圖Figure 1 甲機通過串口控制乙機LED閃爍的原理圖（3） 程序設計提示a. 模式1下波特率由定時器控制，波特率計算公式參考：b. 可以不用使用中斷方式，使用查詢方式實現(xiàn)發(fā)送與接收，通過查詢TI和RI標志位完成。2. 單片機與PC串口通訊及函數(shù)指針的使用（1） 要求：a. 編寫用單片機求取整數(shù)平方的函數(shù)。b. 單片機把計算結果向PC機發(fā)送字符串。c. PC機接收計算結果并顯示出來。d. 可以調(diào)用Keil C51 stdio.h 中的printf來實現(xiàn)字符串的發(fā)送。e. 單片機的數(shù)碼港顯示發(fā)送的次數(shù)，每9次清零。（2） 參考電路原理圖Figure 2 單片機與PC串口通訊

4、及函數(shù)指針的使用原理圖（3） 程序設計要求a. 編寫求平方函數(shù)時，采用函數(shù)指針來編寫。 b. 參考頭文件模式，完善設計項目文件結構。四、 思考題1. 如果實驗1如何使用實驗2的成果來改寫？2. 請結合實例說明什么是函數(shù)指針及如何使用函數(shù)指針。五、 實驗報告要求1. 簡述編寫C程序，并聯(lián)合調(diào)試程序的過程。2. 解釋編寫的實驗程序的代碼，描述實驗結果。3. 解答思考題。4. 簡述實驗的心得。嵌入式系統(tǒng)原理及實驗實驗報告Lab 3調(diào)度器設計基礎一、 甲機通過串口控制乙機LED閃爍(一) 實現(xiàn)原理1. 總體思路通過發(fā)送緩沖寄存器SBUF，以及接收緩沖寄存器SBUF，將在甲機上初始化的要發(fā)送的數(shù)據(jù)A,B

5、,C,D存入一個數(shù)組，通過超級循環(huán)內(nèi)設定的一個按鍵控制函數(shù)，依次發(fā)送給乙機，由乙機接收并讓相應的LED燈閃爍。2. 硬件設計上圖所示的是單擊Play以后開始仿真，此時沒有按鍵按下，甲機乙機均處于等待狀態(tài)之下。*上圖所示按鍵第一次按下，甲機發(fā)送字符A，D1燈閃爍，乙機接收字符A，并顯示相應與甲機D1燈位置對應的D2燈閃爍。*以上兩幅圖是在一起的，也許是LED燈啟動以及延遲還有甲、乙機發(fā)送接收數(shù)據(jù)時間差等各方面的差異，甲機的D3燈和乙機的D4燈亮不到一塊去，它們交替著閃爍，此閃彼滅。總之，以上兩幅圖所呈現(xiàn)的，是當按鍵第二次按下，甲機發(fā)送字符B，并閃爍D3燈，乙機接收字符B，并閃爍相應的D4燈。*上

6、圖所示按鍵第三次按下，控制甲機發(fā)送字符C，并同時閃爍D1和D3燈，與此同時，乙機接收甲機發(fā)來的字符C，并同時閃爍D2、D4燈。圖中所示的是LED燈一閃一滅時的亮狀態(tài)，滅狀態(tài)的截圖此處省去。*上圖所示按鍵第四次按下，甲機向乙機發(fā)送字符D，同時使得D1、D3燈滅掉，乙機接收完字符D之后，也使得其控制的D2、D4燈停止閃爍。3. 軟件設計流程圖： 開始 是否有按鍵按下？ 否 是第幾次按下按鍵？ 1 2 3 4 甲機發(fā)送字符：A B C D LED1 LED3 LED1 LED1&LED3全滅閃爍 閃爍 &LED3 都閃爍 乙機接收相應字符A B C D LED2 LED4 LED2 LED2&LED

7、4全滅閃爍 閃爍 &LED4 都閃爍關鍵代碼段+解釋：甲機代碼段/*/按鍵控制函數(shù)void button(void)/按鍵控制函數(shù)debouncing();/調(diào)用消抖函數(shù)if(n=1)SBUF=sendi;/發(fā)送第i個數(shù)據(jù)while(TI=0);/查詢等待發(fā)送是否完成 TI=0;/發(fā)送完成，TI由軟件清0n=0;switch(i)case 0: while(debouncing()=0)D1=D1;delay_ms(150);break;/甲機D3燈滅狀態(tài)，D1燈不斷閃爍，直到有新的按鍵按下為止case 1: D1=1;while(1)D3=D3;delay_ms(150);if(deboun

8、cing()break;break;/甲機D1燈滅狀態(tài)，D3燈不斷閃爍，直到有新的按鍵按下為止case 2: D3=1;while(1)D1=D1;D3=D3;delay_ms(150);if(debouncing()break;break;/甲機D1、D3燈一起不斷閃爍，直到有新的按鍵按下為止case 3: D1=1;D3=1;break;/甲機D1、D3燈均處于滅狀態(tài)default: ;i+;if(i=4)/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行i=0;/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行*/*/甲機相關初始化TMOD=0x20;/定時器T1工作于方式2TL1=0xf4;/波特率為2400bpsTH1=0xf

9、4;TR1=1;SCON=0x40;/定義串行口工作于方式1*/乙機代碼段/*/乙機接收顯示函數(shù)void disp(void)/乙機接收顯示函數(shù)REN=1;/允許接收while(RI=0);/查詢等待接收標志為1，表示接收到數(shù)據(jù) bufferi=SBUF;/接收數(shù)據(jù)RI=0;/RI由軟件清0 switch(i) case 0: while(!RI)D2=D2;delay_ms(150);break;/乙機D4燈滅狀態(tài)，D2燈不斷閃爍，直到乙機接收到新傳來的數(shù)據(jù)為止case 1: D2=1;while(1)D4=D4;delay_ms(150);if(RI)break;break;/乙機D2燈滅

10、狀態(tài)，D4燈不斷閃爍，直到乙機接收到新傳來的數(shù)據(jù)為止case 2: D4=1;while(1)D2=D2;D4=D4;delay_ms(150);if(RI)break;break;/甲機D2、D4燈一起不斷閃爍，直到乙機接收到新傳來的數(shù)據(jù)為止case 3: D2=1;D4=1;break;/乙機D2、D4燈均處于滅狀態(tài)default: ; i+;if(i=4)/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行 i=0;/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行 */*/乙機相關初始化TMOD=0x20;/定時器T1工作于方式2TL1=0xf4;/波特率為2400bpsTH1=0xf4;TR1=1;SCON=0x40;/定義串行

11、口工作于方式1*/(二) 調(diào)試1. 調(diào)試的方式軟件仿真調(diào)試現(xiàn)象： 單擊Play以后開始仿真，此時沒有按鍵按下，甲機乙機均處于等待狀態(tài)之下。 P1.0口按鍵第一次按下以后，甲機D1燈閃爍，同時乙機D2燈也閃爍。 當按鍵第二次按下，甲機閃爍D3燈，乙機閃爍D4燈。 按鍵第三次按下時，甲機同時閃爍D1和D3燈，與此同時，乙機同時閃爍D2、D4燈。 按鍵第四次按下，甲機的D1、D3燈同時滅掉，乙機控制的D2、D4燈也都停止閃爍。 若接下來還有按鍵按下，那將回到，如此循環(huán)執(zhí)行下去。(三) 實驗再思考1. 進一步改進的設想可以用串行口中斷服務程序來實現(xiàn)。2. 實驗的收獲學會了雙機串行口通信3. 實驗中尚不

12、能解決的疑問的確有個疑問：若是我把程序中的任何一個switch語句改成如下形式：switch(SBUF) case A: ; break; case B: ; break; case C: ; break; case D: ; break; default: ;這樣的switch語句無論出現(xiàn)在甲機還是乙機的程序里面，都無法實現(xiàn)相應的任何控制功能了。SBUF存儲數(shù)據(jù)的情況具體是怎樣的呢？switch語句不能夠引用SBUF嗎？二、 單片機與PC串口通訊及函數(shù)指針的使用(一) 實現(xiàn)原理1. 總體思路按鍵接的是P3.2復用口，于是就想到用外部中斷0控制。所以，將數(shù)碼管顯示程序以及串口通訊程序都一起放入

13、外部中斷INT0服務程序當中，就可以實現(xiàn)實驗要求。另外，在C51程序編寫當中還應當特別注意以下幾點：TH1=0xf3;TL1=0xf3;/設置串行口波特率為2400bps，定時器初值，波特率設置 非常嚴格/要是設置錯了，在發(fā)送和接收的時候，就會出現(xiàn)莫名其妙的符號，比如說：xxxxxxx 諸如此類.O_O調(diào)用printf之前應該關閉串口中斷使能 ES=0;/禁止串行口中斷 TI=1;/必須置高TI，RI RI=1; printf(%d*%d=%d,n,n,c); putchar(n); while(!TI);/等待printf語句執(zhí)行完畢 while(!RI);/等待printf語句執(zhí)行完畢2.

14、 硬件設計上圖所示有關串口COMPIM的相關參數(shù)設置應該注意的地方*上圖所示虛擬終端相關參數(shù)設置應該注意的地方，虛擬終端相關參數(shù)設置應該與串口的相關參數(shù)設置一致，也應該與C51編程中串口初始化時設定的波特率的數(shù)值一致，即都應該是2400bps。注意，虛擬終端的RXD應當與串口第3腳TXD（即發(fā)送端）連接，否則仿真時無法虛擬終端調(diào)試窗口無法顯示printf語句內(nèi)容。*上圖所示的是單擊Play以后開始仿真，此時沒有按鍵按下，數(shù)碼管靜止在顯示0的狀態(tài)當中，此時沒有任何的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。*上圖所示當?shù)谝淮伟聪掳存I時，觸發(fā)外部中斷，單片機調(diào)用函數(shù)指針指向的求取整數(shù)平方的函數(shù)，并將計算結果發(fā)送給PC機，此

15、時虛擬終端顯示：12=1; 即1=1; （似乎虛擬終端顯示框要顯示的文字在這個截圖里面有點小，看不太清楚），數(shù)碼管此時顯示發(fā)送次數(shù)為1。*上圖所示當?shù)?次按鍵按下，數(shù)碼管顯示發(fā)送次數(shù)為5，此時也可以清楚地觀察到虛擬終端調(diào)試窗口的顯示：1*1=12*2=43*3=94*4=165*5=25*數(shù)碼管顯示每9次清零，求整數(shù)平方數(shù)也是09循環(huán)，上圖所示虛擬終端顯示結果有異常情況。到目前為止，我改寫過多種printf語句形式，可是還是解決不了上圖所示的異常顯示問題。為什么會顯示成：$62=36;172=49;82=64;Q92=81; (o)呢？好奇怪??？*如上圖所示，就算我改了printf語句形式，也

16、還是會有同樣的問題出現(xiàn)。*上圖所示是數(shù)碼管每9次清零，然后再執(zhí)行到3的情況，從虛擬終端調(diào)試窗口可見09求平方已經(jīng)循環(huán)執(zhí)行到了第二輪的3。3. 軟件設計流程圖： 開始初始化定時器1、串口、外部中斷0 等待中斷 是否有外部中斷？否是 轉入外部中斷0中斷服務程序 按鍵消抖 函數(shù)指針調(diào)用求整數(shù)平方函數(shù) 在數(shù)碼管上顯示發(fā)送次數(shù) 發(fā)送求取結果 查詢等待發(fā)送是否完成 發(fā)送完成，TI由軟件清0 在虛擬終端上顯示求平方結果 中斷返回 關鍵代碼段+解釋：/*/串口初始化TH1=0xf3;TL1=0xf3;/設置串行口波特率為2400bps，定時器初值，波特率設置非常嚴格 /要是設置錯了，在發(fā)送和接收的時候，就會出

17、現(xiàn)莫名其妙的符號，比如說：xxxxxxx 諸如此類.O_OSCON=0x50;/0101，0000：串行口方式1EN=1允許接收，8位異步通信方式，8-bit UART，TI= 0; RI=0 PCON=0x00;/SMOD=0EA=1;/開總中斷允許位ES=1;/開串行口中斷*/*/求取整數(shù)平方函數(shù)uint pow2(uint x)/求取整數(shù)平方函數(shù)uint q;q=x*x;return q;/return返回平方數(shù)結果*/*/虛擬終端顯示void vir_ter(uint n,uint c)/虛擬終端顯示ES=0;/禁止串行口中斷TI=1;/必須置高TI，RI，TI=1發(fā)送填充字節(jié)，中斷“

18、不”使能RI=1;printf(%d*%d=%d,n,n,c);/*.調(diào)用printf之前應該關閉串口中斷使能putchar(n);while(!TI);/等待printf語句執(zhí)行完畢while(!RI);/等待printf語句執(zhí)行完畢ES=1;TI=0;RI=0; */*/外部中斷INT0中斷服務程序void intsvr0(void) interrupt 0 /外部中斷INT0debouncing();/調(diào)用消抖函數(shù)c=(*p)(n);/用函數(shù)指針形式調(diào)用求取整數(shù)平方函數(shù)disp(n);/在數(shù)碼管上顯示發(fā)送次數(shù)SBUF=c;/發(fā)送求取結果while(TI=0);/查詢等待發(fā)送是否完成 TI

19、=0;/發(fā)送完成，TI由軟件清0vir_ter(n,c);/在虛擬終端上顯示求平方結果*/(二) 調(diào)試1. 調(diào)試的方式軟件仿真調(diào)試現(xiàn)象： 單擊Play以后開始仿真，此時沒有按鍵按下，數(shù)碼管靜止在顯示0的狀態(tài)當中，此時沒有任何的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 P3.2口按鍵第一次按下以后，觸發(fā)外部中斷，單片機調(diào)用函數(shù)指針指向的求取整數(shù)平方的函數(shù)，并將計算結果發(fā)送給PC機，此時虛擬終端顯示：12=1; 即1=1; 不端按下按鍵觸發(fā)外部中斷，當外部中斷一到來，單片機就執(zhí)行調(diào)用函數(shù)指針指向的求取整數(shù)平方數(shù)的函數(shù)，并將求取結果發(fā)送給串口。單片機09不斷循環(huán)求取整數(shù)平方數(shù)，并也循環(huán)顯示在虛擬終端調(diào)試窗口上，數(shù)碼管顯示求

20、取整數(shù)平方數(shù)結果發(fā)送次數(shù)，每9次清零。2. 遇到問題的處理虛擬終端的RXD應當與串口第3腳TXD（即發(fā)送端）連接，否則仿真時無法虛擬終端調(diào)試窗口無法顯示printf語句內(nèi)容。虛擬終端相關參數(shù)設置應該與串口的相關參數(shù)設置一致，也應該與C51編程中串口初始化時設定的波特率的數(shù)值一致，在此次實驗報告中即都應該是2400bps。在編寫C51程序時，TH1=0xf3;TL1=0xf3;/設置串行口波特率為2400bps。波特率的設置非常嚴格，要是設置錯了，在發(fā)送和接收的時候，就會出現(xiàn)莫名其妙的符號，比如說：xxxxxxx 諸如此類.O_O(三) 實驗再思考1. 進一步改進的設想目前還沒有設計得出外部中斷

21、服務程序和串行口中斷服務程序同時一起用的C51程序，遇到很多問題。希望老師今后能指導我們關于雙重中斷程序的編寫，我自己搗鼓了好久還沒搗鼓出來。2. 實驗的收獲收獲當然很多，諸如：虛擬終端的RXD應當與串口第3腳TXD（即發(fā)送端）連接等等都是我對單片機新的認識，新的收獲。還有：SBUF=c;/發(fā)送求取結果while(TI=0);/查詢等待發(fā)送是否完成 TI=0;/發(fā)送完成，TI由軟件清0ES=0;/禁止串行口中斷TI=1;/必須置高TI，RI，TI=1發(fā)送填充字節(jié)，中斷“不”使能RI=1;printf(%d*%d=%d,n,n,c);/調(diào)用printf之前應該關閉串口中斷使能putchar(n)

22、;while(!TI);/等待printf語句執(zhí)行完畢while(!RI);/等待printf語句執(zhí)行完畢以上語句應該熟記，是使能虛擬終端的常用語句。3. 實驗中尚不能解決的疑問上圖所示便是最大的疑問！(四) 附錄（粘貼完整代碼）甲機通過串口控制乙機LED閃爍甲機完整代碼-Target 1-Source Group+F.cF.h+main.c/F.h/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit D1 = P00;sbit D3 = P03;sbit P1_0 = P10;uint debouncing(voi

23、d);void button(void);void delay_ms(uint xms);/F.c/#includeF.huint n=0;uchar i=0;extern uchar send4;/聲明全局變量void delay_ms(uint xms)/ms級延時函數(shù) uint x,y; for(x=xms;x0;x-)for(y=130;y0;y-);uint debouncing(void)/debouncing：消除抖動的意思，按鍵消抖函數(shù)：若確實有按鍵按下，函數(shù)返回值為1；否則返回值為0if(P1_0=0)/有鍵按下嗎？delay_ms(10); /延時消抖if(P1_0=0)/

24、確實是有鍵按下n=1;while(P1_0=0);/等待按鍵松開return 1;/若有按鍵按下，函數(shù)返回值為1else return 0;/若無按鍵按下，函數(shù)返回值為0else return 0;/若無按鍵按下，函數(shù)返回值為0void button(void)/按鍵控制函數(shù)debouncing();/調(diào)用消抖函數(shù)if(n=1) SBUF=sendi;/發(fā)送第i個數(shù)據(jù) while(TI=0);/查詢等待發(fā)送是否完成 TI=0;/發(fā)送完成，TI由軟件清0 n=0; switch(i) case 0: while(debouncing()=0)D1=D1;delay_ms(150);break;/

25、甲機D3燈滅狀態(tài)，D1燈不斷閃爍，直到有新的按鍵按下為止case 1: D1=1;while(1)D3=D3;delay_ms(150);if(debouncing()break;break;/甲機D1燈滅狀態(tài)，D3燈不斷閃爍，直到有新的按鍵按下為止case 2: D3=1;while(1)D1=D1;D3=D3;delay_ms(150);if(debouncing()break;break;/甲機D1、D3燈一起不斷閃爍，直到有新的按鍵按下為止case 3: D1=1;D3=1;break;/甲機D1、D3燈均處于滅狀態(tài)default: ;i+;if(i=4)/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行i

26、=0;/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行/main.c/#includeF.hvoid main()uchar send=A,B,C,D;/定義要發(fā)送的數(shù)據(jù)TMOD=0x20;/定時器T1工作于方式2TL1=0xf4;/波特率為2400bpsTH1=0xf4;TR1=1;SCON=0x40;/定義串行口工作于方式1D1=1;/初始化D1燈狀態(tài)為熄滅D3=1;/初始化D3燈狀態(tài)為熄滅while(1)button();/調(diào)用按鍵控制函數(shù)乙機完整代碼-Target 1-Source GroupM.h+M.c+main.c/M.h/#include#define uchar unsigned char#de

27、fine uint unsigned intsbit D2 = P00;sbit D4 = P03;void initLED(void);void flashLED(void);void disp(void);void delay_ms(uint xms);/M.c/#includeM.huchar i=0;uchar buffer=0x00,0x00,0x00,0x00;/定義接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)void disp(void)/乙機接收顯示函數(shù)REN=1;/允許接收while(RI=0);/查詢等待接收標志為1，表示接收到數(shù)據(jù) bufferi=SBUF;/接收數(shù)據(jù)RI=0;/RI由軟件清0 swi

28、tch(i) case 0: while(!RI)D2=D2;delay_ms(150);break;/乙機D4燈滅狀態(tài)，D2燈不斷閃爍，直到乙機接收到新傳來的數(shù)據(jù)為止case 1: D2=1;while(1)D4=D4;delay_ms(150);if(RI)break;break;/乙機D2燈滅狀態(tài)，D4燈不斷閃爍，直到乙機接收到新傳來的數(shù)據(jù)為止case 2: D4=1;while(1)D2=D2;D4=D4;delay_ms(150);if(RI)break;break;/甲機D2、D4燈一起不斷閃爍，直到乙機接收到新傳來的數(shù)據(jù)為止case 3: D2=1;D4=1;break;/乙機D

29、2、D4燈均處于滅狀態(tài)default: ;i+; if(i=4)/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行i=0;/使控制功能能循環(huán)反復地執(zhí)行void delay_ms(uint xms)/ms級延時函數(shù) uint x,y; for(x=xms;x0;x-)for(y=130;y0;y-);/main.c/#includeM.hvoid main()TMOD=0x20;/定時器T1工作于方式2TL1=0xf4;/波特率為2400bpsTH1=0xf4;TR1=1;SCON=0x40;/定義串行口工作于方式1D2=1;/初始化D2燈狀態(tài)為熄滅D4=1;/初始化D4燈狀態(tài)為熄滅while(1)disp();/調(diào)

30、用LED燈顯示函數(shù) 單片機與PC串口通訊及函數(shù)指針的使用-Target 1-Source Group+main.c+PC.cPC.h/PC.h/#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define N 9sbit P3_2=P32;uint pow2(uint x);void disp(uint i);void vir_ter(uint i,uint c);void debouncing(void);void delay_ms(uint xms);/ PC.c/#include PC.huchar led10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uint n=0;uint pow2(uint x)/求取整數(shù)平方函數(shù)uint q;q=x*x;return q;/return返回平方數(shù)結果void disp(uint i)/發(fā)送次數(shù)數(shù)碼管顯示函數(shù)P0=ledi;/數(shù)值顯示碼送至控制口P0void vir_ter(uint n,uint c)/虛擬終端顯示ES=0;/禁止串行口中斷TI=1;/必須置高TI，RI，TI=1發(fā)送填充字節(jié)，中斷“不”使能RI=1;printf(%d*%d=%d,n,n,c)