單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-實(shí)現(xiàn)單片機(jī)PC串行雙工通信

1、-. z課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生：*專業(yè)班級：*指導(dǎo)教師：*工作單位：*題 目：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC串行雙工通信初始條件：具備數(shù)字電路的理論知識；具備微機(jī)原理的理論知識和實(shí)踐能力；熟悉匯編語言編程技術(shù)；熟悉80*86的CPU構(gòu)造和指令系統(tǒng)；熟悉相關(guān)常用接口電路的設(shè)計(jì)使用方法。要求完成的主要任務(wù)：包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求分析設(shè)計(jì)原理，畫出程序設(shè)計(jì)框圖，編寫程序代碼，完成PC和單片機(jī)的串行雙工通信，單片機(jī)的P1口接一共陰數(shù)碼管，陰極接地。要求PC鍵盤每按0-9數(shù)字鍵能發(fā)送到單片機(jī)，并顯示在數(shù)碼管上，單片機(jī)發(fā)送一串字符能顯示在PC的屏幕上，采用查詢方式。波特率為1200。在Pr

2、oteus中畫出電路圖。完成程序的仿真測試，并演示系統(tǒng)的最終運(yùn)行結(jié)果；獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書，課程設(shè)計(jì)說明書按學(xué)校統(tǒng)一規(guī)來撰寫。時間安排：(1)、布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱資料，完成系統(tǒng)需求分析 一天；(2)、用Proteus實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)、仿真和結(jié)果顯示 三天；(3)、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書及辯論 一天；指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任或責(zé)任教師簽名： 年 月 日-. z目錄TOC o 1-1 h z t 標(biāo)題 2,2,標(biāo)題 3,3HYPERLINK l _Toc235089593摘要 PAGEREF _Toc235089593 h IHYPERLINK l _Toc2350895941 芯片

3、介紹 PAGEREF _Toc235089594 h 1HYPERLINK l _Toc2350895951.1 89C51簡介 PAGEREF _Toc235089595 h 1HYPERLINK l _Toc2350895961.2 MA*232簡介 PAGEREF _Toc235089596 h 1HYPERLINK l _Toc2350895972 原理介紹 PAGEREF _Toc235089597 h 2HYPERLINK l _Toc2350895982.1 串行通信介紹 PAGEREF _Toc235089598 h 2HYPERLINK l _Toc2350895992.2

4、串行接口標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc235089599 h 2HYPERLINK l _Toc2350896002.3 單片機(jī)串口簡介 PAGEREF _Toc235089600 h 3HYPERLINK l _Toc2350896013 程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc235089601 h 4HYPERLINK l _Toc2350896023.1 單片機(jī)串口編程 PAGEREF _Toc235089602 h 4HYPERLINK l _Toc2350896033.2 程序流程圖 PAGEREF _Toc235089603 h 5HYPERLINK l _Toc2350896043.

5、3 源程序 PAGEREF _Toc235089604 h 6HYPERLINK l _Toc2350896054 Proteus電路制作 PAGEREF _Toc235089605 h 8HYPERLINK l _Toc2350896064.1 Proteus簡介 PAGEREF _Toc235089606 h 8HYPERLINK l _Toc2350896074.2 電路圖繪制 PAGEREF _Toc235089607 h 8HYPERLINK l _Toc2350896085 Proteus仿真 PAGEREF _Toc235089608 h 11HYPERLINK l _Toc23

6、50896095.1 生成HE*文件 PAGEREF _Toc235089609 h 11HYPERLINK l _Toc2350896105.2 Proteus仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc235089610 h 11HYPERLINK l _Toc2350896115.3 結(jié)果分析 PAGEREF _Toc235089611 h 12HYPERLINK l _Toc2350896126課程設(shè)計(jì)心得體會 PAGEREF _Toc235089612 h 13HYPERLINK l _Toc235089613參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc235089613 h 14HYPERLINK l

7、 _Toc235089614致 PAGEREF _Toc235089614 h 15-. z摘要單片機(jī)可以通過電平轉(zhuǎn)換后和PC機(jī)進(jìn)展串行通信，只要串口設(shè)定一致，單片機(jī)和PC機(jī)就能交換數(shù)據(jù)。通過Proteus可以對其進(jìn)展仿真，Proteus中有串口器件，有虛擬終端，可以對PC機(jī)單片機(jī)串口通信進(jìn)展仿真。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，PC機(jī)，串口通信，Proteus-. z1 芯片介紹1.1 89C51簡介單片機(jī)的定義是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時、計(jì)數(shù)器和多功能I/O口等的根本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱MCU。這些也是計(jì)算機(jī)所擁有的根本部件，所以單片機(jī)就是一臺微型的計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的

8、很多功能。本次課設(shè)使用的89C51是MCS-51系列單片機(jī)的51子系列。89C51片ROM是4KB的閃速E2PROM，其構(gòu)造、引腳和封裝和其它信號根本一樣。89C51主要由以下幾個局部組成：一個8位CPU；一個片振蕩器及時鐘電路；4KB ROM程序存儲器；128B RAM數(shù)據(jù)存儲器；可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB外部程序存儲空間的控制電路；32條可編程的I/O線；一個可編程全雙工串行口；5個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷構(gòu)造。本次課設(shè)主要用到的引腳線是P3.0R*D和P3.1T*D，兩者分別是串行通信的接收線和發(fā)送線，通過它們可以和其它串行通信設(shè)備進(jìn)展連接。PC機(jī)也可以通過串口將程序輸入單

9、片機(jī)。1.2 MA*232簡介單片機(jī)和電腦用串口線相連接時要用到電平轉(zhuǎn)換芯片MA*232。MA*232部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，工作時需外接5個1uF的電容和+5V電源，實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS-232電平雙向轉(zhuǎn)換，。一個MA*232可以連接兩對收/發(fā)線，把通信接口的T*D和R*D端TTL電平05V轉(zhuǎn)換成RS-232電平-10V+10V，送到傳輸線上，也可以把傳輸線上的RS-232電平轉(zhuǎn)換成TTl電平送到通信接口T*D和R*D。單片機(jī)與PC機(jī)相連接時，單片機(jī)的R*D應(yīng)連MA*232的R1OUT引腳，T*D應(yīng)連T1IN，PC機(jī)串口的R*D應(yīng)連T1OUT，T*D應(yīng)連R1IN，這樣MA*232就能在單

10、片機(jī)和PC機(jī)之間完成電平轉(zhuǎn)換，使單片機(jī)和PC機(jī)可以正常通信了。2原理介紹2.1 串行通信介紹計(jì)算機(jī)之間有時需要交換信息，這種信息交換被稱為通信。通信可分為并行通信和串行通信。將數(shù)據(jù)各位同時傳送的方法是并行通信，將數(shù)據(jù)逐位傳送的方法是串行通信。本次課程設(shè)計(jì)采用的是串行通信。串行通信分為串行異步通信和串行同步通信兩種類型，串行異步通信以假設(shè)干位表示一個字符，通信時以收/發(fā)一個字符為一獨(dú)立的通信單位。異步傳送的數(shù)據(jù)前面應(yīng)加起始位，完畢后應(yīng)加停頓位，形成一個完整的串行傳送字符。串行同步通信串行同步通信就是去掉異步傳送時每個字符的起始位和停頓位，以一組字符組成一個數(shù)據(jù)塊，在每個數(shù)據(jù)塊前附加一個或兩個同步

11、字符或標(biāo)識符，后面在附加校驗(yàn)字符。2.2 串行接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信在電器連接上游串行接口標(biāo)準(zhǔn)，常用的標(biāo)準(zhǔn)有1RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)；2RS-422A、RS-432A和RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)；320mA電流環(huán)接標(biāo)準(zhǔn)。本次課程設(shè)計(jì)采用的是RS-232-C串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)是美國電器工業(yè)協(xié)會EIA制定的，是一種在數(shù)據(jù)終端設(shè)備Data Terminal Equipment，DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備Data munication Equipment，DCE之間通信的標(biāo)準(zhǔn)。在有些短距離場合，計(jì)算機(jī)之間可以直接通過RS-232-C接口連接。目前常用的是9針D型連接器，如圖2.1所示。圖2.1

12、 RS-232C 9針D型連接器常用的引腳有3根，是接收數(shù)據(jù) R*D，發(fā)送數(shù)據(jù) T*D和接地GND。2.3 單片機(jī)串口簡介本次課設(shè)用的89C51的串行口是一個可編程的全雙工串行通信接口，它的功能很多，可以用軟件編程來控制，它可以作為通用異步接收和發(fā)送器UART，也可以作為同步移位存放器。其幀格式可有8位，10位，11位，并能設(shè)置各種波特率，只要編程就能進(jìn)展設(shè)定，使用很方便。串行口的構(gòu)造主要由兩個數(shù)據(jù)緩沖存放器SBUF和一個輸入移位存放器組成，另外其部還有一個串行控制存放器SCON和一個波特率發(fā)生器，波特率發(fā)生器是由T1及分頻器組成，因此修改波特率時要修改T1的設(shè)定。在與PC機(jī)進(jìn)展通信時，PC機(jī)

13、發(fā)來的的串行數(shù)據(jù)是通過引腳R*D輸入的。輸入數(shù)據(jù)先逐位進(jìn)入輸入移位存放器，再送入接收數(shù)據(jù)緩沖存放器。在PC接有PC16550串行接口、RS-232C連接器、EIA-TTL的電平轉(zhuǎn)換器等設(shè)備，有兩個串行口1和2留給用戶，通過這兩個串行口可以連接串行通訊設(shè)備如單片機(jī)等。3 程序設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)串口編程89C51串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制及串行口的標(biāo)志均由專用存放器SCON控制和指示，其格式如表3.1：表3.1 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI方式選擇多機(jī)控制串行接收允許/制止欲發(fā)的第9位收到的第9位發(fā)送中斷有/無接收中斷有/無SM0，SM1是串行口工作方式控制位。00方式0，

14、01方式1，10方式2，11方式3。方式0是移位存放器方式，方式1是波特率可變10位異步通信方式，方式2是11位異步通信方式，方式3引腳使用和數(shù)據(jù)格式同方式2，不同的是波特率可變。串行通信還要用到電源控制存放器PCON中的SMOD位，SMOD=0時波特率不加倍，SMOD=1時波特率加1倍。本次課設(shè)使用的是方式1，每幀數(shù)據(jù)為10位：1個起始位0，8個數(shù)據(jù)位，1個停頓位1。由T1提供移位時鐘，波特率可變。波特率計(jì)算公式為：本次課設(shè)中設(shè)定單片機(jī)晶振頻率為12MHz，波特率為1200，SMOD=0，則T1時間常數(shù)計(jì)算如下：*=230=E6H串行通信可采用兩種方式：查詢方式和中斷方式，本程序采用查詢方式

15、。查詢方式發(fā)送程序：發(fā)送一個數(shù)據(jù)發(fā)送一個數(shù)據(jù)查詢TI發(fā)送下一個數(shù)據(jù)先發(fā)后查接收程序：查詢RI讀入一個數(shù)據(jù)查詢RI讀入下一個數(shù)據(jù)先查后收PC機(jī)上串口設(shè)置應(yīng)與單片機(jī)一致。3.2 程序流程圖程序先向PC機(jī)發(fā)送一段字符，再接收PC機(jī)發(fā)來的字符。發(fā)送局部流程圖如圖3.1所示：T1初始化，啟動T1P1口清0設(shè)定SCONDPTR存發(fā)送數(shù)據(jù)塊首址R0為數(shù)據(jù)長度計(jì)數(shù)器發(fā)送數(shù)據(jù)TI=1.A中存發(fā)送的數(shù)據(jù)清T1數(shù)據(jù)長度計(jì)數(shù)器R0加1全部數(shù)據(jù)發(fā)完.程序接收局部YYNN圖3.1 發(fā)送局部程序流程圖接收局部程序流程圖如圖3.2所示：設(shè)定SCONDPTR存字碼表首址接收數(shù)據(jù)RI=1.清R1將收到的ASCII碼轉(zhuǎn)為數(shù)字YN查

16、表得字形碼并送入P1口顯示程序發(fā)送局部圖3.2 程序接收局部流程圖3.3 源程序單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)串行通信源程序如下：ORG 0000H MOV P1,*0;P1口清0 MOV TMOD,*20H;設(shè)定定時器T1工作于方式2 MOV TH1,*0E6H;時間常數(shù)為230 MOV TL1,*0E6H SETB TR1;啟動T1 MOV SCON,*40H;串口工作于方式1 MOV DPTR,*TAB1;DPTR存待發(fā)送數(shù)據(jù)首址 MOV R0,0;R0做發(fā)送數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器LOOP1: MOV A,R0;R0的值送入A MOVC A,A+DPTR;查表得要發(fā)送的數(shù)據(jù) MOV SBUF,A;發(fā)送數(shù)據(jù) J

17、NB TI,$;未發(fā)完則繼續(xù)查詢 CLR TI;發(fā)完后將TI清0 INC R0;R0加1 CJNE R0,*05H,LOOP1;假設(shè)R0不等于5則繼續(xù)發(fā)送 MOV SCON,*50H;設(shè)定串口工作于方式1,允許接收 MOV DPTR,*TAB2;DPTR存共陰字碼表首址LOOP2: JNB RI,$;數(shù)據(jù)未收完繼續(xù)查詢 CLR RI;收完則將RI清0 MOV A,SBUF;接收數(shù)據(jù)送入A SUBB A,*30H;將ASCII碼轉(zhuǎn)為對應(yīng)數(shù)字 MOVC A,A+DPTR;查表得相應(yīng)的字形碼 MOV P1,A;將A送入P1口顯示數(shù)字 SJMP LOOP2;繼續(xù)接收TAB1: DB 41H,42H,4

18、3H,44H,45H;TAB2: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH; END4Proteus電路制作4.1 Proteus簡介本次課程設(shè)計(jì)使用的軟件是Proteus。Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。它可以運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，功能很強(qiáng)大，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路。Proteus具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。放置元件和連線都很方便，可以制作各種電路圖。Proteus支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。它支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC

19、18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。本次課設(shè)采用了其中的89C51單片機(jī)。該軟件實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能。有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。還有虛擬終端，可以仿真PC機(jī)與單片機(jī)的通信。Proteus提供軟件調(diào)試功能。在該軟件的在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、存放器等的當(dāng)前狀態(tài)；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件，可以

20、和Keil聯(lián)調(diào)使用，功能強(qiáng)大。4.2 電路圖繪制首先翻開Proteus ISIS程序界面，開場繪制電路圖。首先添加所要用到的元件。元件清單如表4.1所示元件清單如表4.1所示元件名稱所屬類所屬子類數(shù)量AT89C51Microprocessor ICs8051 Family1CAPCapacitorsGeneric2CAP-POLCapacitorsGeneric4CRYSTALMiscellaneous1RESResistorsGeneric17SEG-CATHODEOptoelectronics7-Segment Displays1MA*232Microprocessor ICsPeriph

21、erals1PIMMiscellaneous1其中AT89C51是單片機(jī)，在設(shè)置中設(shè)置其頻率為12MHz，在Program File中可以加載程序的HE*文件。CAP是電容，用在外部晶振電路中，電容大小設(shè)置為33pf。CAP-POL是極化電容器，用于MA*232電路，大小設(shè)置為1uf。CRYSTAL是晶振，頻率設(shè)置為12MHz。RES是電阻，與串口相連，大小設(shè)置為10k。7SEG-CATHODE是7段共陰數(shù)碼管。MA*232是電平轉(zhuǎn)換芯片。PIM是串行口，設(shè)置波特率為1200，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停頓位，設(shè)置如圖4.1。圖4.1 串口設(shè)置此外還需要接地，在左側(cè)工具欄中終端里的GND是接

22、地。還要加虛擬終端來仿真PC機(jī)，虛擬終端是虛擬儀器中的VIRTUAL TERMINAL，虛擬終端設(shè)置波特率為1200，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停頓位，電平極性反轉(zhuǎn)。其設(shè)置如圖4.2。圖4.2 虛擬終端設(shè)置放置好所有元件后在端點(diǎn)處點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可以連線了，得到電路圖如圖4.3。圖4.3電路圖5Proteus仿真5.1生成HE*文件仿真時單片機(jī)需要載入HE*文件。這里使用WAVE軟件生成，首先在WAVE中編寫程序。在WAVE的仿真器設(shè)置，目標(biāo)文件中把生成HE*文件的選項(xiàng)選上，如圖5.1。圖5.1 仿真器設(shè)置然后進(jìn)展編譯，就可以得到HE*文件。如果有錯誤就進(jìn)展調(diào)試，直到程序無誤。5.2 Proteu

23、s仿真結(jié)果給單片機(jī)加載HE*文件后，點(diǎn)擊屏幕左下角的開場仿真按鈕即可開場仿真，此時鼠標(biāo)右擊虛擬終端，選擇最下面一個選項(xiàng)Virtual Terminal即可看見PC收到的數(shù)據(jù)，如圖5.2所示圖5.2 PC收到的數(shù)據(jù)此時按鍵盤上的數(shù)字鍵，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機(jī)了，可以見到單片機(jī)數(shù)碼管會顯示出所按的數(shù)字，如圖5.3、5.4所示。圖5.3 按2鍵數(shù)碼管顯示結(jié)果圖5.4 按0鍵數(shù)碼管顯示結(jié)果5.3 結(jié)果分析通過仿真結(jié)果可以看出，單片機(jī)發(fā)送的字符ABCDE成功送到了PC機(jī)，可以在虛擬終端上看見。當(dāng)虛擬終端翻開時，按下0-9的數(shù)字鍵，數(shù)碼管會顯示相應(yīng)字符，說明PC機(jī)的信息也可以通過串口傳送到單片機(jī)，電路工作正常，到達(dá)了要求。6 課程設(shè)計(jì)心得體會通過進(jìn)展本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我對Proteus有了初步的認(rèn)識，我掌握了Proteus的根本操作，并學(xué)會了用Proteus解決一些課程中的問題，穩(wěn)固了單片機(jī)相關(guān)知識。下面是我具體的一些體會。Proteus功能非常強(qiáng)大，幾乎可以仿真目前單片機(jī)課程中遇到的各種問題，它有豐富的元件庫，電路中用到的各種元件都有，有的同一類元件都有好幾種，比方7段共陰數(shù)碼管，就有紅綠