通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)串行通信協(xié)議設(shè)計(jì)

1、 *大 學(xué)本 科 畢 業(yè) 論 文科 目：?jiǎn)纹瑱C(jī)串行通信協(xié)議設(shè)計(jì) 學(xué) 院：工學(xué)院 專 業(yè)：通信工程 年 級(jí)：2009級(jí) 姓 名：* 指導(dǎo)老師：*摘 要本文介紹了89c51單片機(jī)的發(fā)展歷史和簡(jiǎn)單介紹，并展望了它們的前景。著重介紹了單片機(jī)串行接口技術(shù)，指出了它們的重要性并闡述了其實(shí)現(xiàn)原理。根據(jù)串行通訊原理結(jié)合rs232串口設(shè)計(jì)了串行通訊協(xié)議，利用匯編語(yǔ)言為基礎(chǔ)，編寫(xiě)了一個(gè)基于rs232串口的通信程序，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)-pc機(jī)的雙機(jī)通訊。在硬件上測(cè)試完好，測(cè)試表明，在基于設(shè)計(jì)的通信協(xié)議上的單片機(jī)-pc機(jī)的通訊狀況良好。關(guān)鍵詞：89c51單片機(jī)；串行通訊原理；rs232串口；串行通訊協(xié)議abstractth

2、is article describes the development and give a brief history of the 89c51 microcontroller and look forward to their future.focused on single-chip serial interface technology, pointed out the importance of them and described the principles of its realization. serial communication in accordance with

3、the principle of combining the design of a serial rs232 serial communication protocol, based on the use of assembly language, the preparation of a rs232 serial communication based on the procedures, to achieve a single-chip dual-pc machine communication. well-tested in hardware, testing showed that

4、the single-chip-pc communications machine based on the design of communication protocols in good condition.key words:89c51 microcontroller,；principle of serial communication,；rs232 serial port,；serial communication protocol目 錄摘 要iabstractii目 錄ii緒 論21.單片機(jī)概述21.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史21.2 單片機(jī)的特點(diǎn)21.3單片機(jī)的應(yīng)用214 at89c5

5、1單片機(jī)簡(jiǎn)介22.單片機(jī)的串行接口22.1 基本概念22.2 串行口和控制寄存器23.串行通訊技術(shù)及硬件基本組成23.1硬件的基本組成23.2串行通信原理23.3雙機(jī)通信連接方法24.軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程24.1 程序流程圖24.2 通信協(xié)議24.2.1 串行口控制寄存器scon的設(shè)置24.2.2 定時(shí)器的初始化設(shè)置24.2.3 波特率計(jì)算24.3程序演示2總 結(jié)2參考文獻(xiàn)2致 謝2iii緒 論在工業(yè)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)種，串行通信是微機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的主要方式。而在現(xiàn)代社會(huì)中，短距離的雙機(jī)通信，最常用的就是串口通信。目前存在的一些通信協(xié)議（如rs-232,rs-484等），僅對(duì)通信線

6、路的電氣特性進(jìn)行了約定，并沒(méi)有涉及通信內(nèi)容的格式，類型等信息。針對(duì)這一現(xiàn)象，我對(duì)于rs-232接口設(shè)計(jì)了比較規(guī)范的串行通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了上位單片機(jī)與下位計(jì)算機(jī)的串行通信。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明該串行通信協(xié)議是可靠可行的。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，是把構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要部件如中央處理器(cpu)、存儲(chǔ)器(ram/rom)和各種功能i/o接口集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)(single chip micro computer),簡(jiǎn)稱單片機(jī).由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的。是把構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要部件如中央處理器(cpu)、存儲(chǔ)器(ram/rom)和各種

7、功能i/o接口集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)(single chip micro computer),簡(jiǎn)稱單片機(jī).由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,且近年來(lái)單片機(jī)著力擴(kuò)展了各種控制功能如a/d、pwm等,因此我們更多時(shí)候稱其為一個(gè)單片形態(tài)的微控制器可靈活地組裝成各種智能控制裝置,并能有針對(duì)性設(shè)計(jì)成專用系統(tǒng),解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種需要,實(shí)現(xiàn)最佳的性價(jià)比。特別是單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合,使原有機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制智能化。如數(shù)控機(jī)床就是典型實(shí)例。近年來(lái),單片機(jī)發(fā)展極快,其產(chǎn)量占微機(jī)產(chǎn)量的70%以上控制線和地線進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定

8、的時(shí)間長(zhǎng)度。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)字符一般使用一個(gè)8位二進(jìn)制代碼表示。在數(shù)據(jù)通信中1.單片機(jī)概述單片機(jī)也被稱作“單片微型計(jì)算機(jī)”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。單片機(jī)一詞最初是源于“single chip microcomputer”,簡(jiǎn)稱scm。隨著scm在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來(lái)表達(dá)其內(nèi)涵。國(guó)際上逐漸采用“mcu”(micro controller unit)來(lái)代替，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國(guó)際接軌，以后應(yīng)將中文“單片機(jī)”一詞和“mcu”唯一對(duì)應(yīng)解釋。在國(guó)內(nèi)因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”一詞已約定俗成，故而可繼續(xù)沿用。1.1 單片機(jī)的發(fā)

9、展歷史如果將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那么單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個(gè)階段：第一階段（19761978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的探索階段。以intel公司的mcs-48為代表。mcs-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有motorola、zilog等。都取得了滿意的效果。這就是scm的誕生年代，“單片機(jī)”一詞即由此而來(lái)。第二階段（19781982）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的完善階段。intel公司在mcs-48基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列mcs-51。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。1.完善的外部總線。mcs-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16

10、位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。2.cpu外圍功能單元的集中管理模式。3.體現(xiàn)工控特性的地址空間及位操作方式。4.指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（19821990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。intel公司推出的mcs-96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。第四階段（1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片

11、機(jī)，以及小型廉價(jià)的專用型單片機(jī)。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，今后單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著cmos化、低功耗化、低電壓化、低噪聲與高可靠性、大容量化、高性能化、小容量、低價(jià)格化、外圍電路內(nèi)裝化和串行擴(kuò)展技術(shù)。1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)：1.有優(yōu)異的性能價(jià)格比。2.集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境 下工作。3.制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、

12、i/o口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。4.低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。5.外部總線增加了i2c（inter-integrated circuit）及spi(serial peripheral interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。6.單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。1.3單片機(jī)的應(yīng)用由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用2.單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用3.單片機(jī)在實(shí)時(shí)控

13、制中的應(yīng)用4.單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用5.單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面，另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。a：由單片機(jī)組成控制器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)： 單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，是把構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要部件如中央處理器(cpu)、存儲(chǔ)器(ram/rom)和各種功能i/o接口集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)(single chip m

14、icro computer),簡(jiǎn)稱單片機(jī).由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的,且近年來(lái)單片機(jī)著力擴(kuò)展了各種控制功能如a/d、pwm等,因此我們更多時(shí)候稱其為一個(gè)單片形態(tài)的微控制器(single chip micro controller),或直接稱其為微控制器(micro controller)。b：用單片機(jī)組成的微機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):1.受集成度限制,片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小,一般片內(nèi)rom小于48k字節(jié),片內(nèi)ram小于256字節(jié);但可在外部進(jìn)行擴(kuò)展,如mcs51系列單片機(jī)的片外可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom)、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(sram)可分別擴(kuò)展至64k字節(jié)。2.可靠性高。單片

15、機(jī)芯片本身是按工業(yè)控制環(huán)境要求設(shè)計(jì)的,其抗工業(yè)噪聲的能力優(yōu)于一般通用cpu;程序指令及其常數(shù)、表格固化在rom中不易破壞;常用信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi),故可靠性高。3.易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必須的部件,芯片外部有許多供擴(kuò)展用的總線及并行、串行輸入/輸出端口,很容易構(gòu)成各種規(guī)模的微機(jī)控制系統(tǒng)。4.控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求,單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、i/o口的邏輯操作以及位處理功能。一般來(lái)說(shuō),單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。5.一般的單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)管理軟件,軟件開(kāi)發(fā)工作量大。但近年來(lái)已開(kāi)始出現(xiàn)了片內(nèi)固化有basic解釋程序及fr

16、oth操作系統(tǒng)的單片機(jī),使單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提高了一個(gè)新水平。此外,單片機(jī)成本低、集成度高、控制功能多,可靈活地組裝成各種智能控制裝置,并能有針對(duì)性設(shè)計(jì)成專用系統(tǒng),解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種需要,實(shí)現(xiàn)最佳的性價(jià)比。特別是單片機(jī)與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合,使原有機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、控制智能化。如數(shù)控機(jī)床就是典型實(shí)例。近年來(lái),單片機(jī)發(fā)展極快,其產(chǎn)量占微機(jī)產(chǎn)量的70%以上。目前，至少有50個(gè)系列400余種機(jī)型，性能和結(jié)構(gòu)各不相同,intel、motorola、zilcg等公司都有系列單片微型計(jì)算機(jī)。國(guó)內(nèi)普及的幾乎都是intel公司的產(chǎn)品。14 at89c51單片機(jī)簡(jiǎn)介at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電

17、壓，高性能的cmos8位單片機(jī)片內(nèi)4kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。at89c51單片機(jī)可為你提供許多高性價(jià)的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖1.1 單片機(jī)at89c51主要性能參數(shù)：與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容 4k字節(jié)可重擦寫(xiě)flash閃速存儲(chǔ)器1000次可擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作：0hz-24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部ram 32個(gè)可編程i/o口線2個(gè)16位

18、定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式 at89c51功能特性描述：at89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，竄行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。（1） at89c51引腳功能說(shuō)明：vcc：電源電壓gnd：地p0

19、口：po口是一組8位漏極開(kāi)路行雙向i/o口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r(shí)，每位可吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，po口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求接上拉電阻。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。作輸入口時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)

20、拉低時(shí)輸出一個(gè)電流（i）。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1口接收8位地址。p2口：p2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸入緩沖極可以驅(qū)動(dòng)（輸入或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)和作為輸出口，作輸出口時(shí)，因?yàn)榇嬖趦?nèi)部上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或1位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movxdptr指令）時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行movxri指令）時(shí)，p2口線的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中r2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。flas

21、h編程或校驗(yàn)時(shí)，p2亦接收高地址和其他控制信號(hào)。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1的輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)p3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流。p3口除可作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表1.2所示：p3口還接收一些用于flas 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)圖1.2 at89c51方框圖rst：復(fù)位輸出。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平使機(jī)器復(fù)位。 ale/當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允

22、許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，即使不訪問(wèn)外部字節(jié)，ale仍時(shí)鐘震蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。要注意的是：每次訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置位后，只有一條movx和movc指令可激活。此外，此引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)該置ale無(wú)效。：程序存入允許（）輸出的是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)表1.3 at89c51端口at89c51由外部程序取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器

23、周期兩次有效，既輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的信號(hào)不出現(xiàn)。ea/vpp：外部訪問(wèn)允許。欲使cpu僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000h-ffffh），ea端必須保持低電平（接地）。要注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v的編程電壓vpp。xtal1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。xaal2：震蕩器反向放大器的輸出端。時(shí)鐘震蕩器：at89c51中有一個(gè)構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)

24、放大器與作為反饋元件的片外石英或陶瓷震蕩器一起構(gòu)成自激震蕩器震蕩電路如圖。外接石英晶體（或陶瓷震蕩器）及電容c1、c2接在放大器的震蕩回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容c1、c2雖然沒(méi)有非常嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pf10pf，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇40pf10pf。用戶還可以采用外部時(shí)鐘，采用外部時(shí)鐘如圖所示。在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到xtal1端，既內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2懸空。 圖1.4 內(nèi)部震蕩電路 圖1.5 外部震蕩電路由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻的觸發(fā)器后作

25、為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的所以外部 寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容pc0000htmod00hacc00htcom00hb00hth000hpsw00htlo00hsp07hth100h0dptr0000hth100hp1p30ffhscon00hipxxx00000sbuf不定ie0xxx00000pcon0xxx00000表1.6 at89c51寄存器時(shí)鐘的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時(shí)間和最大低電平持續(xù)的時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。flash閃速存儲(chǔ)器的編程：at89c51單片機(jī)內(nèi)部有4k字節(jié)的flash perom，這個(gè)flash存儲(chǔ)存儲(chǔ)陣列出廠時(shí)已處于擦除狀態(tài)（既所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容均為ffh

26、），用戶隨時(shí)可對(duì)其進(jìn)行編程。程序接收高電壓（+12v）或低電壓（vcc）的允許編程信號(hào)。低電壓編程模式，適用與用戶在線編程系統(tǒng)。而高電平模式可與通用eprom編程程序兼容。編程方法：編程前需設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，編程單元的地址就、加在p1口和p2口的p2.0p2.3（11位地址范圍為0000h0fffh），數(shù)據(jù)從p0口輸入，引腳p2.6、p2.7和p3.6、p3.7的電平設(shè)置見(jiàn)表。psen為低電平，rst保持高電平，ea/vp 引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ale/prog引腳輸入編程脈沖（負(fù)脈沖）編程時(shí)可采用420mhz的時(shí)鐘震蕩器at89c51的編程方法如下：1.0 在

27、地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。1.在數(shù)據(jù)線上加上要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字節(jié)。2.激活相應(yīng)的控制信號(hào)。3.在高電壓編程時(shí)，將ea/vpp端加上+1v編程電壓。4.每對(duì)flash存儲(chǔ)陣列寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)，加上一個(gè)ale/prog編程脈沖。（2） at89c51控制信號(hào)rst/vpd（9腳）復(fù)位信號(hào)時(shí)鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始復(fù)位，復(fù)位后片內(nèi)存儲(chǔ)器的狀態(tài)如表所示，p1p3口輸出高電平，初始值07h寫(xiě)入堆棧指針sp、清0程序計(jì)數(shù)器pc和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內(nèi)ram狀態(tài)，只要該引腳保持高電平，89c51將循環(huán)復(fù)位，rat/vpd從高電平到低電平單片機(jī)將從0號(hào)單元

28、開(kāi)始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復(fù)用功能，只要將vpd接+5v備用電源，一旦vcc電位突然降低或斷電，能保護(hù)片內(nèi)ram中的信息不丟失，恢復(fù)電后能正常工作。at89c81通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)手動(dòng)復(fù)位，我們采用的是手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)如圖所示：圖1.7 手動(dòng)開(kāi)關(guān)手動(dòng)開(kāi)關(guān)未按下之前，電容正極處于家電狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下去后，vcc與gnd導(dǎo)通，電容放電，從而實(shí)現(xiàn)放電。2.單片機(jī)的串行接口mcs-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 全雙工的串行接收和發(fā)射緩沖器（sbuff），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)射器，即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，但接收緩沖器只可以讀出不能寫(xiě)入，而發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入不能讀出，它們的地址是99h。這個(gè)通信口

29、即可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的rs-232接口。下面我們分別介紹。2.1 基本概念數(shù)據(jù)通信的傳輸方式：常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和工方式。單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定的方向傳送。因?yàn)檫@種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡(jiǎn)單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。雙工方式：數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收發(fā)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送，但一般全雙工電路的線路和設(shè)備比較復(fù)雜。多工方式：以上三種傳輸方式都是同一線路傳輸一種頻

30、率信號(hào)，為了充分的利用線路資源，可通過(guò)使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時(shí)分、或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們稱之為多工傳輸方式。串行通信的兩種通信形式a. 異步通信 在這種通信方式中，接收器和發(fā)射器有各自的時(shí)鐘，他們的工作是非同步的，異步通信用一幀來(lái)表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，緊接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位，圖 是傳輸45h的數(shù)據(jù)格式。b.同步通信 同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，為了克服在異步傳輸中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送的數(shù)據(jù)量較大的c. 串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率： 串行數(shù)據(jù)傳輸率有兩個(gè)概念，既美秒傳送

31、的位數(shù)bps(bit per second)和美秒符號(hào)數(shù)-波特率（band rate）,在具有調(diào)治解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)治速率有關(guān)。2.2 串行口和控制寄存器mcs-51單片機(jī)串行口專用寄存器結(jié)構(gòu)如圖所示。sbuf為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)射器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個(gè)寄存器具有同一地址（99h）。mcs-51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)就可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)既可接收數(shù)據(jù)。此外，接收緩沖器前還加上一級(jí)輸入移位寄存器，mcs-51這種結(jié)構(gòu)的目的在于接收數(shù)據(jù)時(shí)避免發(fā)生重疊現(xiàn)象，文獻(xiàn)稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)

32、據(jù)就不需要這樣設(shè)計(jì)，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)，cpu是主動(dòng)的，不可能出現(xiàn)這種情況。a：串行通信寄存器在上一節(jié)我們已經(jīng)分析了scon控制寄存器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制，單元地址是98h，其結(jié)構(gòu)格式如下：表2.1 寄存器scon結(jié)構(gòu)scond7d6d5d4d3d2d1d0sm0sm1sm2rentb8rb8tiri位地址9fh9eh8dh9ch9bh9ah99h98h表2.1 scon寄存器結(jié)構(gòu)下面我們對(duì)個(gè)控制位功能介紹如下：（1）sm0、sm1：串行口工作方式控制位 smo sm1 工作方式 功能說(shuō)明 0 0 方式0 移位寄存器方式（用于i/o擴(kuò)展） 0 1 方式1 8位uart，

33、波特率可變（t1溢出率/ n） 1 0 方式2 9 位uart，波特率為fosc/64或fosc/321 1 方式3 9位uart，波特率可變（t1溢出率/ n） （2）sm2：多機(jī)通信控制位多機(jī)通信是工作方式2和方式3，sm2位主要用于方式2和方式3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作方式2或3，以及sm2=1時(shí)，只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（rb8）為1時(shí)，才把接收的前8位數(shù)據(jù)送入sbuf，且置位ri發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)sm2=0時(shí)，只有在接收到有效停止位時(shí)才啟動(dòng)ri，若沒(méi)接收到有效停止位，則ri清“0”。在方式0中sm2應(yīng)該為“0”。ren：允許接收控制位。由軟件置“1”時(shí)，允許接收；

34、軟件置“0”時(shí)，不許接收。tb8：在方式3和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時(shí)用軟件置位和清零。tb8：在方式2和方式3中是接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1時(shí)，如sm2=0，rb8接收到的停止位。在方式0中，不使用rb8。ti：發(fā)送中斷標(biāo)志。由硬件在方式0發(fā)送完第8位時(shí)置“1”，或在其它方式中串行發(fā)送停止位的開(kāi)始時(shí)置“1”。必須由軟件清“0”。ri：接收中斷標(biāo)志。由硬件在方式0串行發(fā)射第8位結(jié)束時(shí)置“1”b:特殊功能寄存器pconpcon：主要是是chmos型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為87h其機(jī)構(gòu)格式如下表： pcond7d6d5d4d3d2d1d0位符號(hào)smodgf1gf0p

35、didl表1.2 特殊功能寄存器pcon在chmos型單片機(jī)中，除smod位外其它位均為虛設(shè)的，smod是串行波特率倍增位，當(dāng)smod=1時(shí)串行口波特率加倍，系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為smod=0。c：中斷允許寄存器ie中斷允許寄存器這里重述一下對(duì)串行口有影響的位es。es為串行中斷允許控制位，es=1允許串行中斷，es=0，禁止串行中斷。2.2.2 串行口工作方式串行口具有4種工作方式，我從應(yīng)用和畢業(yè)設(shè)計(jì)的角度，重點(diǎn)討論方式1發(fā)送。串行口定義為方式1時(shí)傳送1幀數(shù)據(jù)為10位，其中1位起始地址、8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）、1位停止位方式1的波特率可變，波特率=(t1的溢出率)符號(hào)eaeset1ex1etoe

36、x0位地址afhaehadhachabhaaha8ha8h表2.3 中斷允許寄存器3.串行通訊技術(shù)及硬件基本組成通常情況下，人們是通過(guò)外部設(shè)備使用計(jì)算機(jī)的，但是由于種種原因，外設(shè)往往不能與cpu直接相連，它們之間的信息交換需要一個(gè)中間環(huán)節(jié)（或界面），我們稱之為接口電路。接口是cpu與外界的連接部件（電路）。串行接口是計(jì)算機(jī)的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用中，串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，同時(shí)，串行接口也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)短距離的雙機(jī)通信。串行通信具有連接簡(jiǎn)單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點(diǎn)。3.1硬件的基本組成單片機(jī)89c52、11.059m晶震、30pf電容、22uf/10

37、v電容、1k電阻、max232轉(zhuǎn)換器，db9接口，按鍵。3.2串行通信原理所謂“串行通信”是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間或者兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間使用了數(shù)據(jù)線、控制線和地線進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)字符一般使用一個(gè)8位二進(jìn)制代碼表示。在數(shù)據(jù)通信中，通常將待傳送的每個(gè)字符的二進(jìn)制代碼按照由低位到高位的順序依次發(fā)送的方式成為串行通信。 圖3.1 串行通信的示意圖3.3雙機(jī)通信連接方法對(duì)于db-9串口，3線連接法只使用電纜中的3條線，一條作為信號(hào)地線，一條作為發(fā)送線，一條作為接收線。在連接這種電纜時(shí)需要注意，電纜中的發(fā)送線和接收線需要交叉，也就是

38、說(shuō)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的rs-232發(fā)送引腳需要和另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的rs-232發(fā)送引腳相連，連接方法見(jiàn)圖3.2所示。圖3.2硬件連接圖4.軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程4.1 程序流程圖程序流程圖是編寫(xiě)軟件的重要前提，它是在圖表上直觀的體現(xiàn)擬設(shè)計(jì)的目的及過(guò)程。也是編譯的重要依據(jù)，按照流程圖一步一步編寫(xiě)程序，下面是我的流程圖;圖4.1 串口程序設(shè)計(jì)流程 圖4.2程序設(shè)計(jì)流程4.2 通信協(xié)議通信協(xié)議是單片機(jī)和pc機(jī)之間通信不可缺少的部分，也是我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)最重要的部分，包括下面幾方面的設(shè)置;4.2.1 串行口控制寄存器scon的設(shè)置串行口控制寄存器的基本情況在前面已經(jīng)介紹，這里不再重復(fù)。根據(jù)我們所做的內(nèi)容，我們采用了

39、串行工作方式1，ren設(shè)置為“1”（允許接收），綜上所述我們?cè)O(shè)scon的初始值為50h，如下表所示：sm0sm1sm2rentb8tb8tiri01010000表4.1 串行口控制寄存器4.2.2 定時(shí)器的初始化設(shè)置在定時(shí)器為方式1時(shí)，方式字為：catec/m1mot10010t0表4.2 定時(shí)計(jì)數(shù)器的初始化gate：表示不參與控制c/：選擇計(jì)數(shù)/時(shí)鐘方式m1mo：選定定時(shí)器1工作方式2所以定時(shí)器tmod初始值為20h4.2.3 波特率計(jì)算方式l和方式3的波特率方式1和方式3的移位時(shí)鐘脈沖由定時(shí)器t1的溢出率決定，故波特宰由定時(shí)器t1的溢出率與smod值同時(shí)決定，即：方式1和方式3的波特率2s

40、mod/32t1溢出率其中，溢出率取決于計(jì)數(shù)速率和定時(shí)器的預(yù)置值。計(jì)數(shù)速率與tmod寄存器中ct的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)ct0時(shí)，計(jì)數(shù)速率fosc2；當(dāng)ct1時(shí)，計(jì)數(shù)速率取決于外部輸入時(shí)鐘頻率。當(dāng)定時(shí)器tl作波特率發(fā)生器使用時(shí)，通常選用可自動(dòng)裝入初值模式(工作方式2)，在工作方式2中，tll作為計(jì)數(shù)用，而自動(dòng)裝入的初值放在thl中，設(shè)計(jì)數(shù)初值為x，則每過(guò)“256一x”個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)器t1就會(huì)產(chǎn)生一次溢出。為了避免因溢出而引起中斷，此時(shí)應(yīng)禁止t1中斷。系統(tǒng)晶振頻率選為110592mhz就是為了使初值為整數(shù)，從而產(chǎn)生精確的波特率。如果串行通信選用很低的波特率，可將定時(shí)器tl置于工作方式0或工作方式1，但在

41、這種情況下，t1溢出時(shí)，需用中斷服務(wù)程序重裝初值。中斷響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行指令時(shí)間會(huì)使波特率產(chǎn)生一定的誤差，可用改變初值的辦法加以調(diào)整。4.3程序演示本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)89c52單片機(jī)的串行通信端口tx（rc7）發(fā)送引腳，rx（rc6）接收引腳，手法信息，把下位機(jī)（單片機(jī)）的信息通過(guò)rs232總線傳輸給上位機(jī)（pc機(jī)），上位機(jī)借助串口調(diào)試軟件接手或發(fā)送信息給下位機(jī)。為了能夠在計(jì)算機(jī)端看到單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，我們必須借助一個(gè)windows軟件進(jìn)行觀察，這里我們主要使用串口調(diào)試軟件做演示工具，所謂串口調(diào)試軟件是指：1.用于串口調(diào)試，支持常用的110-25600波特率，能設(shè)置端口參數(shù)；2能以字符或十六進(jìn)制收發(fā)

42、數(shù)據(jù)，真正支持中文字符的收發(fā)；3.支持文件數(shù)據(jù)的發(fā)送；4.允許設(shè)置發(fā)送周期，自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)；5.綠色軟件，不需安裝。總 結(jié)我所做的是單片機(jī)通信協(xié)議設(shè)計(jì)，從開(kāi)學(xué)初我就開(kāi)始準(zhǔn)備。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了，達(dá)到了預(yù)期的目的。一開(kāi)始拿到這個(gè)題目的時(shí)候，真不知道從哪下手，在老師的指導(dǎo)下，自己找資料、看書(shū)，總算完成了。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)單片機(jī)有了更深的認(rèn)識(shí)，從理論和實(shí)踐上都得到了很大的提高，所以這次任務(wù)的完成是我學(xué)到了很多東西。首先，豐富了自己的知識(shí)面，學(xué)到了以前沒(méi)能學(xué)通的東西，具體了解了怎樣去完成一個(gè)電路的設(shè)計(jì)：從流程圖、電路圖、焊接電路板、檢查電路板、仿真到燒片一整套東西。從畢業(yè)設(shè)計(jì)中，學(xué)到了單片機(jī)at89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理，了解了時(shí)鐘電路和控制電路的工作原理，鞏固了匯編語(yǔ)言的使用能力，提高了自己動(dòng)手的能力，學(xué)到了很多經(jīng)