串口通信測試系統(tǒng)設計

1、 畢業(yè)設計(論文)開題報告題 目： 串口通信測試系統(tǒng)設計 院 系： 專 業(yè)： 自 動 化 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2010年 3 月 26 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見。3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內，學生寫文

2、獻綜述的參考文獻應不少于10篇（不包括辭典、手冊），其中至少應包括1篇外文資料；對于重要的參考文獻應附原件復印件，作為附件裝訂在開題報告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨成冊，隨畢業(yè)設計（論文）說明書等資料裝入文件袋中。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1文獻綜述：結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫2500字以上的文獻綜述，文后應列出所查閱的文獻資料。文獻綜述一、背景和意義隨著現代控制技術的發(fā)展，在工業(yè)控制領域需要對現場數據進行實時采集，在一些重要場合對數據采集的要求更高，例如在電廠、鋼鐵廠、化工領域的生產中都需要對大量數據進行現場采集，而溫度采集又是其中極為重

3、要的部分，因此，需要一種高精度、低成本的數據采集與控制系統(tǒng)。串行通訊接口標準經過使用和發(fā)展，目前已有多種，不過都是在RS-232C的基礎上改進而形成的。RS-232C標準是美國EIA（電子工業(yè)聯合會）與BELL公司一起開發(fā)并于1969年公布的通訊協(xié)議。因此，他作為一種標準，目前已在微機通訊接口中被廣泛采用，他不僅已被內置于每臺計算機，同時也已被內置于從微處理器到主機的多種類型的計算機及其相連設備。而串口與單片機的通訊技術可以解決多臺下位機的多內容同時顯示，還可以方便地完成多機通訊技術、多數據處理等優(yōu)點。但是當同時用到兩種通信方式時，很可能產生串口沖突或其他不可預料的錯誤，對開發(fā)工作極其不利。所

4、以，此系統(tǒng)解決了這種開發(fā)中的問題，依靠軟件仿真數據信號的發(fā)送、接收和多種通訊方式的測試。利用簡單的硬件連接去檢測串口和單片機通訊是否能正常工作。二、定義及原理串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議。大多數計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實現遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，

5、規(guī)定設備線總長不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數據同時在另一根線上接收數據。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數必須匹配。RS-232是個人計算機上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口。通常 RS-232 接口以9個接腳

6、 (DB-9) 或是25個接腳 (DB-25) 的型態(tài)出現，一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。在多數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規(guī)定的數據傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。串行通信接口標準經過使用和發(fā)展，目前已經有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以RS-232C為主來討論。RS-323C標準是美國EIA(電子工業(yè)聯合會）與BELL等公司一起開發(fā)的19

7、69年公布的通信協(xié)議。它適合于數據傳輸速率在020000b/s范圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。RS232是單片機間，或單片機與上位機間通訊聯絡用。MAX232作為RS232的電平轉換芯片，完成TTL電平到RS232電平的轉換。三、硬件設計 串行口的發(fā)送過程由指令MOV SBUF，A啟動，即CPU由一條寫發(fā)送緩沖器的指令把數據（字符）寫入串行口的發(fā)送緩沖器SBUF（發(fā)）中，再由硬件電路自動在字符的始、末加上起始位（低電平）、停止位（

8、高電平）及其它控制位（如奇偶位等），然后在移位脈沖SHIFT的控制下，低位在前，高位在后，從TXD端（方式0除外）一位位地向外發(fā)送。串行口的接收與否受制于允許接收位REN的狀態(tài)，當REN被軟件置“1”后，允許接收器接收。接收端RXD一位位地接收數據，直到收到一個完整的字符數據后，控制電路進行最后一次移位，自動去掉啟始位，使接收中斷標志RI置“1”，并向CPU申請中斷。CPU響應中斷，用一條指令（MOV A，SBUF）把接收緩沖器SBUF（收）的內容讀入累加器。3.1MCS51模塊MCS51是指由美國INTEL公司生產的一系列單片機的總稱，其中8051是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8

9、051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的， 89C51是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產的。MCS51單片機的內部總體結構其基本特性如下：RS232是個人計算機上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口。通常 RS-232 接口以9個接腳 (DB-9) 或是25個接腳 (DB-25) 的型態(tài)出現，一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。在多數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條發(fā)送線、一條接收線及

10、一條地線。MCS-51內部含有一個可編程全雙工串行通信接口，具有UART的全部功能。該接口電路不僅能同時進行數據的發(fā)送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。在進行異步通信時，數據的發(fā)送和接收分別在各自的時鐘（TCLK和RCLK）控制下進行的，但都必須與字符位數的波特率保持一致。MCS-51串行口的發(fā)送和接收時鐘可由兩種方式產生，一種是由主機頻率fosc經分頻后產生，另一種方式是由內部標準的51單片機都有一個全雙工串行 通訊接口，利用這個通訊接口，我們可以方便地與其它單片機系統(tǒng)或電腦（PC機）進行串行通信，相互交換數據，串口對單片機意義重大，不但可以將單片機采集 的實時數據傳輸到電腦上，而且也

11、能接受電腦對單片機的控制指令，實現對單片機的智能化控制，從而開發(fā)出以計算機為控制中心的數據采集監(jiān)控自動化控制系統(tǒng)，這樣不僅拓寬了單片機的應用領域，而且使我們的控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)可以充分利用計算機強大的數據處理能力和管理功能，使系統(tǒng)功能更加完善、更加強大，更加完美。3.2 RS-232-C模塊RS-232-C是目前最常用的一種串行通訊接口，它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制數據交換接口技術標準”。在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標準有22根線，采用

12、標準25芯D型插頭座。后來的PC上使用簡化了的9芯D型插座。現在應用中25芯插頭座已很少采用?，F在的臺式電腦一般有兩個串行口：COM1和COM2，從設備管理器的端口列表中就可以看到。硬件表現為計算機后面的9針D形接口，由于其形狀和針腳數量的原因，其接頭又被稱為DB9接頭?，F在有很多手機數據線或者物流接收器都采用COM口與計算機相連，很多投影機，液晶電視等設備都具有了此接口，廠家也常常會提供控制協(xié)議，便于在控制方面實現編程受控，現在越來越多的智能會議室和家居建設都采用了中央控制設備對多種受控設備的串口控制方式。3.3 MAX232與PC的連接電路MAX232是一種雙組驅動器/接收器，片內含有一個

13、電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數據時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在+5+15V，負電平在-5-15V電平。當無數據傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數據到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。電容可以取0.1uF到10uF、左右的電容，有極性無極性均可，但是使用有極性的電容一定注意正負方向。據查閱資料：由RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變小于4的情況下，傳輸電纜長度應為15m，在實際應用中。約有99的用戶是按碼元畸變10-20的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過15m，一般能滿足

14、個人和近距離設備的需要。參考文獻1 汪志鋒. 可編程序控制器原理與應用M.山東：山東建材工業(yè)學院信息與控制工程系, 20031 王紹燕,王衛(wèi)江. PC機與單片機間通信程序的實現J. 電子產品世界, 2002 (3) :39-40.2 梁建均. 32位視窗系統(tǒng)串行通訊的串口設置J. 陽師范學院學報, 2002 (2) :13-15.3 馮雪飛,陳文亮. Windows 平臺下串行通信的幾種現方法J. 機械制造與自動化, 2002 (1) :33-38.4 任全, 陳西宏. Win32 環(huán)境下Modem 數據傳輸現方法及通信協(xié)議研究J. 計算機應用研究, 2002: 55-57.5 Humm Ge

15、rhard. Teleservice-the Hotline to the liftJ. Elevator World, 1998: 46(5).6 秦龍. MSP430單片機應用系統(tǒng)開發(fā)典型實例M. 中國電力出版社, 2005.7 祁國梁. 基于單片機的GPRS無線通信協(xié)議D.山東省科學院海洋儀器儀表研究所,青島,2007.8 楊雷,鄭國恒,王立端. 基于GPRS的遠程雨量監(jiān)測系統(tǒng)D. 鄭州大學,物理電子學, 2005.9 張浩,孟開元,曹慶年. 基于MSP430和MAX1452的溫度補償系統(tǒng)設計D.西安石油大學計算機學院, 2006.10 李湘江. 基于VC+串行通信技術的應用開發(fā)J. 2

16、002.4:98-100.11 李建忠. 單片機原理及應用M.西安:西安電子科技大學出版社, 2003. 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現狀和前景展望；三、課題主要內容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報 告一、 目的與意義串行口是計算機與外部設備之間進行數據交換的重要介質，作為一種靈活、方便、可靠的通信方式被廣泛采用，這種通信的實現，經常要組成上位機為PC機而下位機為單片機的二級系統(tǒng)，通過RS-232進行通信?？蓪C機與單片機組成通信系統(tǒng)利用高級語言的通信控件Mscomm及編程方法進行串口通信，這樣可以很好地實現PC機與單片機之間

17、的實時數據傳送。在本系統(tǒng)設計時，需要把單片機采集的溫度在上位機PC上顯示出來。二、 發(fā)展現狀和前景展望1、串口的優(yōu)點串口形容一下就是一條車道，而并口就是有8個車道同一時刻能傳送8位（一個字節(jié)）數據。但是并不是并口快，由于8位通道之間的互相干擾。傳輸時速度就受到了限制。而且當傳輸出錯時，要同時重新傳8個位的數據。串口沒有干擾，傳輸出錯后重發(fā)一位就可以了。所以要比并口快，串口硬盤就是這樣被人們重視的。2、發(fā)展現狀串口叫做串行接口，也稱串行通信接口，按電氣標準及協(xié)議來分包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等。 RS-232-C、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)

18、定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。USB是近幾年發(fā)展起來的新型接口標準，主要應用于高速數據傳輸領域。RS-232-C：也稱標準串口，是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯合貝爾系統(tǒng)、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名 是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間 串行二進制數據交換接口技術標準”。傳統(tǒng)的RS-232-C接口標準有22根線，采用標準25芯D型插頭座。后來的PC上使用簡化了的9芯D型插座?，F在應用中25芯插頭座已很少采用?，F在的臺式電腦一般有兩個串行口：COM1和COM2，從設備管理器的端口列表

19、中就可以看到。硬件表現為計算機后面的9針D形接口，由于其形狀和針腳數量的原因，其接頭又被稱為DB9接頭。現在有很多手機數據線或者物流接收器都采用COM口與計算機相連，很多投影機，液晶電視等設備都具有了此接口，廠家也常常會提供控制協(xié)議，便于在控制方面實現編程受控，現在越來越多的智能會議室和家居建設都采用了中央控制設備對多種受控設備的串口控制方式。3、前景展望USB串口通信產品的發(fā)展目前計算機的USB接口已經大量使用，一般每臺計算機都有2到4個USB口。USB口已經開始逐步取代傳統(tǒng)的PS/2鼠標口、PS/2鍵盤口、CENTRONICS打印口、RS-232串口等。USB將是未來重要的PC機工業(yè)通信接

20、口之一，用于實現工業(yè)通信以及存儲、編程等。在USB技術逐步普及于工業(yè)通信的今天。 第一代產品 USB/RS-232轉換器第一代USB串口通信產品是以波仕電子的USB/RS-232轉換器為典型的。波仕電子是國內最早從事USB/串口轉換器的開發(fā)廠家之一。型號為USB232的USB/RS-232轉換器（如圖1）用于將一個USB口轉換成為一個RS-232串行口。USB/RS-232轉換器實現USB與RS-232串口設備相互通訊的一種協(xié)議轉換裝置（USB協(xié)議-串行通信協(xié)議）。在通信主機 (USB)和RS-232串口設備之間，無論是通信主機發(fā)送信息至指定的RS-232串口設備或是RS-232串口設備發(fā)送信

21、息至指定通信主機，都可以經其輕易且正確地傳輸。波仕的USB232是專門為工業(yè)通信設計制造的，特別強調對工業(yè)通信的適用性。比如我們用工業(yè)通信開發(fā)常用的Visual BASIC 和 Visual C+語言的Mscomm.ocx通信控件編程后進行通信檢測，波仕的USB232可以在各種版本的Windows下很流暢地正確通信并且對RTS/CTS、DTR/DSR握手信號的控制與監(jiān)測也很正確，而有些市售的USB/串口轉換器卻不能夠通過這樣的檢測。第二代產品 USB/RS-485/RS-422轉換器第二代USB串口通信產品可以從USB口直接擴展出RS-485、RS-422口。波仕電子USB/RS-485轉換器

22、（型號：USB485）用于將一個USB口轉換成為RS-485（半雙工）或者RS-422口（全雙工）。波仕電子USB485產品具有以下基本性能特點：直接外插USB口，無須外接電源， 無須供電而且還可以對外輸出5V電源。配RS-485/RS-422接線端子。自動識別串口號當作新的COM口，RS-485/422口為全雙工半雙工通用，軟件只需修改串口號即可。驅動軟件完全同波仕USB232轉換器。USB485主要是為USB的遠程工業(yè)通信而設計的，由于轉換為RS-485或者RS-422接口所以通信距離增加到了1200米（9600bps時）。同時增加了一個5V供電腳這樣可以對某些外接的儀器或設備供電。第三代產品 光電隔離USB/RS-232/485/422轉換器 第三代USB串口通信產品不僅可以從USB口直接擴展出RS-232、RS-485、RS-422口，而且實現了光電隔離又無須供電。波仕USB232GL1光電隔離微型USB/串口轉換器（如圖3）秉承波仕轉換器的一貫特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、RS-232、RS-485、RS-422通用，可以虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。第四代產品 U