單片機(jī)與PC機(jī)串行通信的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)課題（設(shè)計(jì)）題 目 單片機(jī)與PC串行通信設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 陳玉寶 院 系 自動(dòng)化與信息工程系 班 級(jí) 電氣自動(dòng)化1201 學(xué) 號(hào) 125802020120 姓 名 吳科良 二一五年六月二日安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)課題（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)（2012屆）題 目 單片機(jī)與PC串行通信設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 陳玉寶 院 系 自動(dòng)化與信息工程系 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化專業(yè) 班 級(jí) 電氣自動(dòng)化1201 學(xué) 號(hào) 125802020120 姓 名 吳科良 2014年10月1日至2015 年6月3日論文（設(shè)計(jì)）方向：一、主要參考資料王福瑞單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全

2、M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199806李華MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199307李朝青PC機(jī)與單片機(jī)&DSP數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編(1)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200312劉金伍單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199508二、 課題的內(nèi)容和任務(wù)要求：主要內(nèi)容：該設(shè)計(jì)主要采用了AT89C51單片機(jī)與PC機(jī)的控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，來(lái)完成單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信原理。任務(wù)要求：具體可實(shí)現(xiàn)由AT89C51單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（由LCD顯示），PC做接收且屏幕顯示；也可由PC發(fā)送數(shù)據(jù)，由8051接收并顯示至LCD三、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排

3、：起 訖 日 期工 作 內(nèi) 容備 注101-10.20查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告10.25-11.20調(diào)查并完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)任務(wù)前期檢查11.22-12.30熟悉系統(tǒng)軟件的環(huán)境1.1-1.20控制平臺(tái)的建立，分析和實(shí)驗(yàn)及程序調(diào)試2.1-5.22與同學(xué)討論并請(qǐng)教專業(yè)人員中期檢查6.1-6.3完成畢業(yè)設(shè)計(jì)請(qǐng)指導(dǎo)老師點(diǎn)評(píng)學(xué)生（簽名）： 年 月 日指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作指導(dǎo)小組意見(jiàn)：組長(zhǎng)（簽名） 年 月 日 系畢業(yè)論文工作領(lǐng)導(dǎo)小組審核意見(jiàn)：主管領(lǐng)導(dǎo)（簽名） 年 月 日 注：1.指導(dǎo)教師填寫(xiě)，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師和接受任務(wù)的學(xué)生均應(yīng)簽字。2.此任務(wù)書(shū)最遲必須在學(xué)生

4、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始前下達(dá)給學(xué)生。安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)課題（設(shè)計(jì)）開(kāi) 題 報(bào) 告 （2012屆）題 目 單片機(jī)與PC串行通信設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 陳玉寶 院 系 自動(dòng)化與信息工程系 班 級(jí) 電氣自動(dòng)化1201 學(xué) 號(hào) 125802020120 姓 名 吳科良 二一五年六月二日一、選題的意義目前，隨著集成電路集成度的增加，電子計(jì)算機(jī)向微型化和超微型化方向發(fā)展，為了提高系統(tǒng)管理的先進(jìn)性和安全性，計(jì)算機(jī)工業(yè)自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越多地采用集總分算系統(tǒng)。較為常見(jiàn)的形式是由一臺(tái)做管理用的上位主計(jì)算機(jī)（主機(jī)）和一臺(tái)直接參與控制檢測(cè)的下位機(jī)（單片機(jī)）構(gòu)成的主從式系統(tǒng)，主機(jī)和從機(jī)之間以通訊的方式來(lái)協(xié)調(diào)工作。主機(jī)

5、的作用一是要向從機(jī)發(fā)送各種命令及參數(shù)：二是要及時(shí)收集、整理和分析從機(jī)發(fā)回的數(shù)據(jù)，供進(jìn)一步的決策和報(bào)表。從機(jī)被動(dòng)地接受、執(zhí)行主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，并且根據(jù)主機(jī)的要求向主機(jī)回傳相應(yīng)煩人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)告其運(yùn)行狀態(tài)。二、研究的主要內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題（闡述的主要觀點(diǎn)）用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。提高工作的效率。三、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）思路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)鍵盤(pán)LCD串行通信電平轉(zhuǎn)換接口PC發(fā)聲電路四、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）提綱1、總體設(shè)計(jì)方案2、器件原理3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟/4、結(jié)論與結(jié)果五、主要參考文獻(xiàn)1王福瑞單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6、大全M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998062李華MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993073李朝青PC機(jī)與單片機(jī)&DSP數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編(1)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003124劉金伍單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995085劉大茂智能儀器：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998046萬(wàn)福君，潘松峰單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用M合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001017美安格斯生串行端口大全M精英科技譯北京：中國(guó)電力出版社，200101指導(dǎo)教師意見(jiàn)：簽名： 年 月 日系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作指導(dǎo)小組意見(jiàn)：

7、 簽名：年 月 日系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)：簽名：年 月 日摘 要AT89C51是一款高性能的8位單片微型計(jì)算機(jī)，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度NVRAMUII(易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器)技術(shù)，片內(nèi)帶有一個(gè)4KB的FLASH FPROM(可擦除、可編程只讀存儲(chǔ)器)，作為INTEL8051的換代產(chǎn)品，其輸出引腳和指令系統(tǒng)與MCS一51完全兼容。由于AT89C51 單片機(jī)具有集成度高、面向控制、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在智能化儀器儀表、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測(cè)量等方面有著廣泛的應(yīng)用。但是，實(shí)際應(yīng)用中單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理能力、人機(jī)交互等方面往往不能滿足要求，因而通常用PC來(lái)彌補(bǔ)單片

8、機(jī)的這些不足。例如，在工程應(yīng)用中，常常由一臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成主從式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，以單片機(jī)為核心的智能測(cè)控儀表(從機(jī))作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備，完成數(shù)據(jù)的采集、處理和控制各種任務(wù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)(主機(jī))，PC機(jī)將這些數(shù)據(jù)加工處理后，進(jìn)行顯示、打印報(bào)表等，PC機(jī)也可以將各種控制命令傳送給單片機(jī)，干預(yù)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而發(fā)揮PC機(jī)的優(yōu)勢(shì)。隨著單片機(jī)和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，由PC機(jī)和多臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)已成為單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。它結(jié)合了單片機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和微機(jī)對(duì)圖形處理、顯示的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，windows環(huán)境下后臺(tái)微機(jī)在數(shù)據(jù)庫(kù)

9、管理上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)監(jiān)測(cè)或控制，而形成了向以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：LED PC 單片機(jī)AT89C51 串行通信 串行口目 錄1、本文的設(shè)計(jì)目標(biāo).11 1.1總體方案設(shè)計(jì)112、硬件電路設(shè)計(jì).112.1 單片機(jī)AT89C5112 2.2 LCM1601原理172.3 4×4行列式掃描鍵盤(pán)18 2.4 音頻功率放大器件LM38618 2.5 RS-232電平轉(zhuǎn)換器件Max232183部分器件的原理分析193.1 鍵盤(pán)掃描的工作原理 193.2 按鍵發(fā)聲原理204單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)214.1 CM1601軟件子程

10、序設(shè)計(jì)214.2串口通信子程序設(shè)計(jì)224.3 鍵盤(pán)掃描子程序設(shè)計(jì) 264.4 按鍵發(fā)聲子程序的設(shè)計(jì) 275軟硬件調(diào)試及結(jié)果 295.1 軟件仿真 295.2調(diào)試 295.3結(jié)果 296、結(jié)論30參考文獻(xiàn)31致謝321、本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)是基于MSP430F149和PC機(jī)串口通訊。在硬件上要想與PC 串口或者其它帶有串口的終端設(shè)備相連接，必須要進(jìn)行EIA-RS-232-C 與MSP430 電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換，本設(shè)計(jì)采用MAX3232芯片，完成3V5V 電平與串口電平的雙向轉(zhuǎn)換；本設(shè)計(jì)依據(jù)MSP430F149的串行通信模塊的構(gòu)成，利用其異步通信模式的特點(diǎn)，按照位尋址的方式設(shè)計(jì)的通信協(xié)議11總體

11、方案設(shè)計(jì)單片機(jī)鍵盤(pán)LCD串行通信電平轉(zhuǎn)換接口PC發(fā)聲電路硬件由單片機(jī)89C51、11.059M晶振，30PF電容、22uf/25V電容、10uf/25V電容10K電阻、LCM1601、4×4鍵盤(pán)、LM386、蜂鳴器、按鍵、Max232組成。具體可實(shí)現(xiàn)由AT89C51鍵盤(pán)（P1）發(fā)送數(shù)據(jù)（由LCD顯示），PC做接收且屏幕顯示該值；也可由PC鍵盤(pán)發(fā)送數(shù)據(jù)，由8051接收并顯示至LCD。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖LCD：系統(tǒng)顯示界面采用LCM1601，一行16字符的液晶顯示模塊，顯示AT89C51接收或PC發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。鍵盤(pán)：輸入按鍵采用4行4列非編碼矩陣鍵盤(pán)，配合液晶界面

12、用于和PC機(jī)通信。發(fā)聲電路：發(fā)聲電路采用LM386作為音頻放大電路，在有按鍵按下的時(shí)候會(huì)發(fā)出相應(yīng)的按鍵音。串行通信電平轉(zhuǎn)換接口：AT89C51與PC間的串行數(shù)據(jù)通信采用的是最簡(jiǎn)單的TxD，RxD，GND三線制連接，從單片機(jī)TX和RX端CMOS電平到PC的標(biāo)準(zhǔn)RS-232電平的轉(zhuǎn)換器件選用Maxim的Max232。2硬件電路設(shè)計(jì)總電路圖見(jiàn)附錄C。2.1 單片機(jī)AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采

13、用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51的管腳圖如圖2-1所示。 圖2-1 AT89C51的管腳圖主要特性：第33頁(yè)，共33頁(yè)·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·3

14、2可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1

15、口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口

16、在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表2-1所示：表2-1 P3口的一些特殊功能口口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)

17、據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起

18、作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出

19、。AT89C51的時(shí)序：AT89C51的振蕩器輸入分別有引腳19（XTAL1）和引腳18（XTAL2）來(lái)完成。只要將這兩個(gè)引腳接石英晶體和陶瓷電容，如圖圖2-2所示，就可以與CPU內(nèi)部組成完整的振蕩電路。AT89C51的一個(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，因此一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如振蕩器的頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩器周期為1/12微秒，而一個(gè)機(jī)器周期為1微秒。CXTAL11918石英晶體XTAL2AT89C51C圖2-2 AT89C51的振蕩電路在本設(shè)計(jì)中石英晶體的頻率為11.0592MHZ,陶瓷電容的取值為30PF。AT89C51的復(fù)位:單片機(jī)微處理器的復(fù)

20、位都是以外部電路來(lái)執(zhí)行的，在CLOCK工作后，只要在RESET引腳上接上10MS以上的高電平，單片機(jī)微處理器便執(zhí)行狀態(tài)復(fù)位。一、 寄存器的復(fù)位單片機(jī)在RESET為高電平控制下，程序計(jì)數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表2-2所示。單片機(jī)的復(fù)位并不影響芯片內(nèi)部RAM狀態(tài)，只要RESET引腳保持高電平，單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位有效期內(nèi)，ALE，PSEN將輸出高電平。表2-2寄存器復(fù)位后的狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HI

21、P（×××00000）SBUF（××××××××）IE（0××00000）PCON（0×××0000）二、復(fù)位電路簡(jiǎn)單復(fù)位電路中，干擾易串入復(fù)位端，在大多數(shù)情況下不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起內(nèi)部某些寄存器的錯(cuò)誤復(fù)位，可以在RESET引腳上接上一個(gè)去耦電容。為了保證復(fù)位電路的可靠性，常將RC電路接斯密特電路后再接入單片機(jī)和外圍IC的RESET引腳，如圖2-3所示。圖2-3 AT89C51的復(fù)位電路AT89C51的串行口：（1）基本概

22、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、全雙工和多工方式。A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。B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。C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。D多工方式：以上三種傳輸方式都是同一線路傳輸一種頻率信號(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

23、. 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（2）MCS-51的串行和控制寄存器MCS-51單片機(jī)串行口專用寄存器的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

24、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)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。串行通信控制寄存器（SCON），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)格式如表2-3所示。表2-3 SCON寄存器結(jié)構(gòu)SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H下面我們對(duì)SCON控制位

25、功能介紹如表2-4所示。1）SM0、SM1：串行口工作方式控制位表2-4 SCON控制位功能介紹SM0SM1工作方式功能說(shuō)明00方式0移位寄存器方式（用于I/O擴(kuò)展）01方式18位UART，波特率可變（T1溢出率/n）10方式29位UART，波特率為fosc/64或fosc/3211方式39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)S

26、M2=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；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PCONP

27、CON：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)格式如表2-5所示。表2-5 特殊功能寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3D2D1D0位符號(hào)SMODGF1GF0PDIDL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。這里重述一下中斷允許寄存器IE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。如表2-6所示。表2-6 中斷允許寄存器符號(hào)EAESET1EX1ETOEX0位地址AFHAEHADHACHABHA

28、AHA8HA8H（3）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)2.2 LCM1601原理LCM1601是一款兼容的液晶顯示模塊，支持5×7點(diǎn)陣和16字×2行符兩種模式，背光亮度和顯示對(duì)比度可調(diào)，是一種功能較簡(jiǎn)易、價(jià)格較便宜的液晶顯示器件。它由液晶顯示屏和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成，單片機(jī)通過(guò)寫(xiě)控制字方式訪問(wèn)它的驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏的控制。圖2-4所示為L(zhǎng)CM1601封裝圖。圖2-4 LCM1601封裝

29、圖器件封裝為單列DIP16，引腳定義如表2-7所示。表2-7 LCM1601引腳說(shuō)明編號(hào)標(biāo)示引腳說(shuō)明1VSS電源地2VDD電源正極3V0液晶顯示偏壓4RS指令/數(shù)據(jù)選擇端（H/L）5R/W讀/寫(xiě)選擇端6E使能信號(hào)7D08位數(shù)據(jù)總線8D19D210D311D412D513D614D715LED+背光源正極16LED-背光源負(fù)極2.3 4×4行列式掃描鍵盤(pán)簡(jiǎn)易的行列式鍵盤(pán)不需要借助其他的I/O擴(kuò)展芯片，直接占用P1的8條口線，再利用單片機(jī)內(nèi)部的軟件來(lái)配合實(shí)現(xiàn)4 ×4掃描鍵盤(pán)，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單且不增加成本，通常在系統(tǒng)I/O線充裕的情況下采用。2.4 音頻功率放大器件LM386LM38

30、6的接腳圖如圖2-8所示。LM386是專為低損耗電源所設(shè)計(jì)的功率放大器。它的內(nèi)建增益為20，透過(guò)pin 1 和pin8腳位間電容的搭配，增益最高可達(dá)200。LM386輸入電壓范圍可由4V12V，無(wú)作動(dòng)時(shí)僅消耗4mA電流，且失真低。圖2-8 接腳圖2.5 RS-232電平轉(zhuǎn)換器件Max232MAX232芯片是MAXIM 公司生產(chǎn)的，包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V 電壓變換為RS-232輸出電平所需的一1O+ 10V 電壓。所以采用此芯片接口串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。其價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛采用。圖2-9所

31、示為Max232的封裝圖。圖 2-9 Max232封裝圖引腳說(shuō)明如表2-8所示。表2-8 Max232引腳說(shuō)明VCC供電電壓GND地C+、C-外圍電容T1IN第一路TTL/CMOS驅(qū)動(dòng)電平輸入T1OUT第一路RS-232電平輸出R1IN第一路RS-232電平輸入R1OUT第一路TTL/CMOS驅(qū)動(dòng)電平輸出T2IN第二路TTL/CMOS驅(qū)動(dòng)電平輸入T2OUT第二路RS-232電平輸出R2IN第二路RS-232電平輸入R2OUT第二路TTL/CMOS驅(qū)動(dòng)電平輸出3部分器件的原理分析3.1 鍵盤(pán)掃描的工作原理簡(jiǎn)易的行列式鍵盤(pán)不需要借助其他的I/O擴(kuò)展芯片，直接占用P1的8條口線，再利用單片機(jī)內(nèi)部的軟

32、件來(lái)配合實(shí)現(xiàn)4行4列的掃描鍵盤(pán)，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單且不增加成本，通常在系統(tǒng)I/O線充裕的情況下采用。其原理圖如圖3-1所示。圖3-1原理圖工作原理：I/O口P2.7P2.1充當(dāng)列選線，P2.3P2.1充當(dāng)行選線。在鍵盤(pán)開(kāi)始掃描的時(shí)候，首先向P2口賦行掃描初值7FH，令第一行（P2.3）為0，從第一行開(kāi)始檢測(cè)。接下來(lái)檢測(cè)第一行的第一列是否鍵按下？沒(méi)有按下，則檢測(cè)第二列，如果4列掃描完畢，沒(méi)有鍵按下，則掃描下一行，如此往復(fù)，直至4行4列檢測(cè)完畢。當(dāng)有鍵按下時(shí)，相應(yīng)的列選線電平被拉低，首先掃描行選線，確定按鍵的行號(hào)，然后掃描列選線，確定列號(hào)，則按鍵的編號(hào)即可確定。3.2 按鍵發(fā)聲原理要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算

33、出某一音頻的周期，然后將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期時(shí)間再對(duì)I/O反相，就可在I/O引腳上得到此頻率的脈沖。計(jì)數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下：N=Fi÷2÷FrN：計(jì)數(shù)值；Fi：內(nèi)部計(jì)時(shí)一次為1us，故其頻率為1MHZ；Fr:要產(chǎn)生的頻率。其計(jì)數(shù)值的求法如下：T=65536-N=65536-Fi÷2÷Fr表3-1是各按鍵音符的頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表。表3-1 各按鍵音符頻率與計(jì)數(shù)值T的對(duì)照表鍵值音符頻率（HZ）簡(jiǎn)譜碼（T值）鍵值音符頻率（HZ）簡(jiǎn)譜碼（T值）0低3M

34、330640218中4FA698648201低4FA349641039中5SO784648982低5SO39264260A中6LA880649683低6LA44064400B中7SI988650304低7SI49464524C高1D0946650585中1D052364580D高2RE1175651106中2RE58764684E高3M1318651577中3M65964777F高4FA1397651784單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)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，單片機(jī)軟件主程序流程圖如圖4-1所示。是否否是開(kāi)始LC

35、D初始化設(shè)置串口初始化收到數(shù)據(jù)？檢測(cè)按鍵輸入讀入鍵值轉(zhuǎn)換成鍵碼串口發(fā)送鍵碼LCD顯示并發(fā)聲接收數(shù)據(jù)送LCD顯示圖4-1主程序流程圖4.1 CM1601軟件子程序設(shè)計(jì)LCD1601是通用的點(diǎn)陣型液晶模塊，分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。提供5X7點(diǎn)陣光標(biāo)和5X10點(diǎn)陣光標(biāo)的顯示模式。除帶有驅(qū)動(dòng)IC外，還自帶液晶顯示控制IC，其本身就是一個(gè)能夠接受指令，自動(dòng)控制液晶顯示的單片微機(jī)子系統(tǒng)。因此，通過(guò)軟件編程，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LCM1601的操作。編程時(shí)要求CPU每一次訪問(wèn)都要先對(duì)忙標(biāo)志BF進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)BF=0時(shí)，即LDC允許CPU訪問(wèn)時(shí)，再進(jìn)行下一步的操作。操作程序如下：4.2.1寫(xiě)指令 ENABLE: MO

36、VP1，#0FFH；令P1=FFHCLRRS;RS=0,R/W=1,讀BUSY FLAG地址計(jì)數(shù)器SETBRWCLRENOPSETBEJBP1.7,ENABLE;BUSY FLAG=0?CLRRS;RS=0,R/W=0寫(xiě)入指令組CLRRWCLRECALLDELAYSETBERET4.2.2寫(xiě)數(shù)據(jù)WRITE1:MOVR1,#00H;顯示TABLE表的值 A3:MOVA,R1;至TABLE取碼MOVCA,A+DPTRCALLWRITE2;顯示至LCDINCR1CJNEA,#00H,A3;是否取到“00H”結(jié)束碼？RETWRITE2:MOVP1,A;顯示數(shù)據(jù)送至P1SETBRS;RS=1，R/W=0

37、寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器顯示CLRRWCLRECALLDELAYSETBERET4.2.3 LCD1601初始化MOVP1,#01H;清除屏幕CALLENABLEMOVP1,#38H;功能設(shè)定（8位，2行，5×7點(diǎn)矩陣）CALLENABLEMOVP1,#08H;顯示器ON，光標(biāo)ON，閃爍ONCALLENABLEMOVP1,#06H;光標(biāo)右移CALLENABLEMOVP1,#80H ；令光標(biāo)回到第一行第一個(gè)字位置CALLENABLE4.2串口通信子程序設(shè)計(jì)AT89C51的串行口是全雙工的UART，它可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，是使用特殊寄存器內(nèi)的SBUF寄存器及SCON串行控制寄存器，如表4-1所示。

38、表4-1 SCON串行控制寄存器RI：接收中斷標(biāo)志位。在模式0下，當(dāng)?shù)?位結(jié)束時(shí)，硬件會(huì)將其設(shè)為1；在其他模式下，在停止位的開(kāi)始時(shí)有硬件設(shè)定，次位必須由軟件清除。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。在模式0下，當(dāng)?shù)?位結(jié)束時(shí)，硬件會(huì)將其設(shè)為1；在其他模式下，在停止位的開(kāi)始時(shí)由硬件設(shè)定，次位必由軟件清除。RB8：在模式2或3時(shí)，發(fā)送的第9位放入次位。在模式1時(shí)，若SM2=0，則RB8為接收到的停止位。模式0時(shí)，RB8沒(méi)作用。TB8：在模式2或3時(shí)，發(fā)送時(shí)的第9位數(shù)據(jù)位由軟件控制。REN：由軟件設(shè)定或清除，以決定是否接收串行輸入數(shù)據(jù)，REN=1，接收；REN=0，發(fā)送。SM2：當(dāng)串行口為模式2或3時(shí)，使能多處理

39、器通信的功能。在模式2或3時(shí)，如果SM2=1，則當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)為0時(shí)，RI不動(dòng)作。在模式1時(shí)，若SM2=1，當(dāng)接收到的停止位不正確時(shí)，RI也不動(dòng)作。在模式0時(shí)，SM2必須為0。SM1：串行口模式選擇。SM0：串行口模式選擇。UART共有四種工作方式，MODE0可發(fā)送或接收8位的數(shù)據(jù)；MODE1可發(fā)送或接收10的數(shù)據(jù)；MODE2K可發(fā)送或接收11的數(shù)據(jù)；MODE3與 MODE2的功能幾乎完全一樣，不同的是MODE2的發(fā)送速率固定，而MODE3是可變的?，F(xiàn)在就本文中用到的MODE1作一重點(diǎn)介紹。MODE1其設(shè)定如下：MOVSCON，#00000000B；發(fā)送數(shù)據(jù)工作方式JBCTI，LOOP；發(fā)

40、送是否完畢？是則跳至LOOP，并清除TI=0MOVSCON，#00010000B；接收數(shù)據(jù)工作方式JBCRI，LOOP；接收是否完畢？是則跳至LOOP，并清除RI=0MODE0KE可發(fā)送或接收11位的數(shù)據(jù)，此10個(gè)位分別是1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。MODE1發(fā)送數(shù)據(jù)的速度（稱為波特率）是可變的，由TIMER1或TIMER2控制且最好工作在MODE2（自動(dòng)載入模式），這樣只要設(shè)定TH1一次即可。當(dāng)UART接收（RXD引腳）到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，會(huì)使SCON寄存器內(nèi)的RI位設(shè)定為1，CPU只要檢查RI=1就可知道UART已接收到數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)通過(guò)UART輸出時(shí)（TXD引腳），在8個(gè)位輸出完畢

41、后，SCON寄存器內(nèi)的TI位會(huì)被設(shè)為1，CPU只要檢查到TI=1就可知道可以再發(fā)送下一個(gè)字節(jié)?？刂撇ㄌ芈实募拇嫫鳛镻CON，如表4-2所示。說(shuō)明如下：PCON：電源控制寄存器（POWER CONTROL REGISTER）。表 4-2 電源控制寄存器SOMD：雙倍波特率位。當(dāng)串行工作于模式1、2或3時(shí)，如使用TIMER1做波特率發(fā)生器，且SMOD=1則波特率為雙倍。：保留位。GF1：一般用途，對(duì)于AT89系列，GF1為通用標(biāo)志位。GF0：一般用途，對(duì)于AT89系列，GF0為通用標(biāo)志位。PD：電源下降位，對(duì)于AT89系列，PD為1時(shí)進(jìn)入掉電狀態(tài)。IDL：IDLE模式位，對(duì)于AT89系列，IDL為

42、1是進(jìn)入空閑工作方式。注意：PD和IDLE同時(shí)為1時(shí)，PD較優(yōu)先。其設(shè)定方式如下：（1） 設(shè)定波特率：MOVTMOD，#00100000B；設(shè)定TIMER1的MODE2ANLPCON，#01111110B；設(shè)SMOD=0或ORLPCON，#10000000B；設(shè)SMOD=1MOVTH1，#0FDH；設(shè)定TIMER1的計(jì)數(shù)值SETBTR1；啟動(dòng)TIMER1（2）設(shè)定UART工作方式MOVSCON，#01010000B；MODE1做接收，REN=1JBCRI，LOOP2或MOVSCON，#0100000B；MODE做發(fā)送，REN=0JBCTI，LOOP2波特率的計(jì)算：（1） MODE0的波特率=振

43、蕩器頻率÷12振蕩頻率=12MHZ波特率=1MHZ（2） MODE2的波特率=（2/64）×振蕩頻率振蕩頻率=12MHZSMOD=0BAUD=187.5KHZSMOD=1BAUD=375KHZ（3） MODE1和MODE3：利用TIMER工作在MODE2模式（自動(dòng)載入）產(chǎn)生的波特率為（2/32）×振蕩頻率/（12×（256-TH1）常用的各種波特率如表4-2-3所示。表4-3 常用的各種波特率波特率（bit/s）Fosc(MHZ)SMODTimer1C/T模式自動(dòng)載入480012102F3H240012002F3H120012102F6H1920011.

44、059102FDH960011.059002FDH480011.059002FAH240011.059002F4H120011.059002F8HUART的中斷要求：其中斷要求有兩種方式：（1）當(dāng)UART的接收器（RXD）接收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)且將其存入SBUF寄存器后，就會(huì)將RI設(shè)定為1，而對(duì)AT89C51提出中斷要求。（2）當(dāng)UART的發(fā)送器將SBUF寄存器的8個(gè)位數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，會(huì)將TI設(shè)定為1。UART中斷要求設(shè)定的步驟：1.設(shè)定UART中斷起始地址。ORG23HJMPUART2.設(shè)定TIMER1工作在MODE2MOVTMOD，#00100000B3.設(shè)定波特率為2400ANLPCON，

45、#01111111BMOVTH1，#0F3H4.啟動(dòng)計(jì)時(shí)器SETBTRX5.設(shè)定UART工作方式MOVSCON，#01××0000B3.設(shè)定UART中斷功能MOVIE，#10010000B4.3 鍵盤(pán)掃描子程序設(shè)計(jì)鍵盤(pán)掃描的步驟：（1）設(shè)置P1口初始值07FH；（2）P1口右移，檢測(cè)行；（3）P1口左移，檢測(cè)列；流程圖如圖4-2所示。鍵盤(pán)接口程序如下： MOVR3,#0F7H;掃描初值(P2.3=0)MOVR1,#00H;取碼指針初值D3:MOVA,R3;載入掃描指針MOVP2,A;輸出至P2，開(kāi)始掃描行MOVA,P2;讀入P2CLRCCPLC;令C=1MOVR5,#04H

46、;檢測(cè)列D4:RLCA;左移一位（P2.7P2.4）JNCKEYIN;檢測(cè)行C=0，表示被按INCR1;沒(méi)按則取碼指針加1DJNZR5,D4;4列檢測(cè)完畢了？MOVA,R3CLRCCPLC;C=1RRCA;掃描下一行，即下一行為0MOVR3,A;存回R3掃描指針寄存器 圖4-2 讀鍵輸入子程序框圖JCD3;C=0表示掃描完畢RETKEYIN:MOV22H,R1;取碼指針存入22H地址MOVR7,#10;消除抖動(dòng)D5:MOVR6,#248DJNZR6,$DJNZR7,D5D6:MOVA,P2;按鈕放開(kāi)否？XRLA,R4 4.4 按鍵發(fā)聲子程序的設(shè)計(jì)按鍵發(fā)聲子程序框圖如圖4-3所示。 圖4-3按鍵

47、發(fā)聲子程序框圖程序如下：ORG00H;主程序其始地址JMPSTART;跳至主程序 ORG0BH;TIMER0中斷其始地址JMPTIM0;跳至TIMER0中斷子程序START:MOVTMOD,#00000001B;設(shè)定TIMER0工作在MODE1MOVIE,#10000010B;中斷使能SETBTR0;啟動(dòng)TIMER0D1:CALLKEY;調(diào)用KEY，判斷是否有按下？CLREA;中斷屏蔽 JBF0,D1;沒(méi)按則F0=1，沒(méi)按則F0=0MOVA,22H;有按則將取碼指針暫存地址的值載入ARLA;乘2MOVDPTR,#TABLE;至TABLE取碼，取T的值MOVCA,A+DPTR;MOVTH0,A;取到的高位字節(jié)存入TH0MOV21H