串口通信電路設(shè)計

串口通信電路設(shè)計第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2本課程是電工電子類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課平臺課程的課程之一，也是最重要的一門實踐性課程。課程性質(zhì)與目的其目的是通過一個以工程實踐或社會生活為背景的電子系統(tǒng)的研究、設(shè)計與實現(xiàn)，使學(xué)生能將已學(xué)過的模擬電路、數(shù)字電路以及單片機(jī)等知識綜合運用于電子系統(tǒng)的設(shè)計中，從而培養(yǎng)同學(xué)們知識綜合應(yīng)用及電子系統(tǒng)設(shè)計的能力。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日3串口通信在當(dāng)前得到越來越廣泛的應(yīng)用，如儀器設(shè)備，各種短距離通信，各種無線串口通信，各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等。實現(xiàn)串口通信的方法具體實現(xiàn)方法如低端8位單片機(jī)、16位中等單片機(jī)、32位高端單片機(jī)，各種嵌入式處理器，CPLD或FPGA等等。不管用何種方法，關(guān)鍵學(xué)會如何使用，如何設(shè)計原理上要掌握幾個重要的參數(shù)：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位、通信端口、緩沖區(qū)大小等第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日4課程形式一、本課程是研討型課程，采用教師授課、自主學(xué)習(xí)與研究、設(shè)計與實踐、答辯與驗收等多種教學(xué)方式。老師理論授課時間：2次同學(xué)們實驗時間：4次同學(xué)們制作時間：6次先修課程：電路分析基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬、數(shù)字）、高頻電子線路、信號與系統(tǒng)、單片機(jī)技術(shù)第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日5同學(xué)們在學(xué)完成有關(guān)內(nèi)容后，在課程提供的項目中，根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計與制作，真正地掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法。課題設(shè)計以1人為一組，同學(xué)們一定要以該平臺為基礎(chǔ)，提高自行學(xué)習(xí)的能力和水平，完成系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，以培養(yǎng)學(xué)生的獨立研發(fā)能力。在設(shè)計過程中同學(xué)們可以自主設(shè)計、積極創(chuàng)新，以鍛煉創(chuàng)新思維。設(shè)計與實踐要求（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計：將系統(tǒng)劃分為多個功能模塊，選擇系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)方案并進(jìn)行論證。（2）電路設(shè)計：根據(jù)選定的技術(shù)方案，運用相關(guān)平臺進(jìn)行各功能模塊的電路設(shè)計，并作仿真分析。（3）軟件設(shè)計：運用相關(guān)開發(fā)語言進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計；在單片機(jī)或嵌入式處理器上進(jìn)行程序設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)功能。（4）系統(tǒng)調(diào)試與測試：系統(tǒng)各部分電路與軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能與指標(biāo)。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日61）課程的總成績由平時成績和課題驗收兩部分構(gòu)成，其中：平時成績（研討、作業(yè)、實驗）占30％課題驗收（作品、報告）占70％2）平時成績是指同學(xué)們實驗課的表現(xiàn)，實驗子課題的完成程度，表現(xiàn)出的理解、思維、表達(dá)、創(chuàng)造性等方面的能力等各方面的情況。

考核方式

3）課題驗收評分標(biāo)準(zhǔn)如下：課題完成程度（包括功能和指標(biāo)）（40％）課題在軟件構(gòu)思、功能、指標(biāo)等方面的創(chuàng)造性（15％）課題驗收時回答問題的正確性、準(zhǔn)確性和發(fā)揮（15％）課題設(shè)計總結(jié)報告（30％）第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日串口通信電路設(shè)計制作課程題目及設(shè)計要求1、將當(dāng)前采集到的溫度值、時鐘通過串口發(fā)送到上位機(jī)平臺；2、設(shè)計上位機(jī)軟件界面顯示接收到的溫度、時鐘參數(shù)；3、實時繪制當(dāng)前溫度曲線圖；4、能夠還原歷史溫度數(shù)據(jù)值。題目：串口通信控制系統(tǒng)設(shè)計基本設(shè)計要求：擴(kuò)展設(shè)計要求：同學(xué)們可充分發(fā)揮自身想象力，只要能想到的，都盡量通過程序?qū)⑵鋵崿F(xiàn)。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日系統(tǒng)設(shè)計方案介紹一、總體設(shè)計框圖STC89C52單片機(jī)控制核心PCF8563時鐘模塊DS18B20溫度模塊上位機(jī)軟件平臺數(shù)碼管顯示模塊串口通信第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日二、相關(guān)模塊介紹1、STC89C52：系統(tǒng)控制核心，串口下載，片上資源豐富2、PCF8563：工業(yè)級內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片。3、DS18B20：單總線數(shù)字溫度傳感器芯片，測溫分辨率0.5度第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日（1）硬件平臺設(shè)計——參考現(xiàn)有的實驗平臺畫出原理圖或自行按照現(xiàn)有的功能模塊重新設(shè)計電路圖；三、主要研究工作（2）單片機(jī)應(yīng)用程序編寫與測試——先通過模塊的實驗然后再由同學(xué)們自行進(jìn)一步完善與擴(kuò)充；（3）編寫設(shè)計報告，完成作品論文第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日（1）學(xué)習(xí)相關(guān)芯片的用法和單片機(jī)硬件設(shè)計平臺：四、各階段研究工作安排（2）編寫單片機(jī)應(yīng)用程序：時鐘、溫度、顯示、串口通信等等。（3）遞交作品并答辯匯報學(xué)習(xí)單片機(jī)要重點掌握：定時器、中斷、PWM、串口等常用片內(nèi)功能。注：遞交的作品必須經(jīng)過老師審核通過后方能參加答辯！第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日（1）單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫與測試本課程重點學(xué)習(xí)和掌握：（2）要求：掌握系統(tǒng)設(shè)計方案，會寫設(shè)計報告（3）相關(guān)模塊的綜合設(shè)計與編寫總之：重點鍛練和培養(yǎng)系統(tǒng)軟件的設(shè)計與方法（4）體驗?zāi)K化的設(shè)計思路第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日實驗工具：1、STC-ISPV35下載軟件；2、KeilC51具體制作過程，同學(xué)們自行落實，可以是創(chuàng)新基地、可以是機(jī)房、可以是宿舍等。實驗地點：物理樓405機(jī)房第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日硬件調(diào)試部分：——主要熟悉和掌握各模塊的原理圖1、DS18B20：軟件調(diào)試部分：單線總線操作流程：*單線總線工作過程中的協(xié)議如下：*初始化，ROM操作命令，存儲器操作命令，處理數(shù)據(jù)。*每次要對存儲器操作前，都必須先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行ROM操作，最后才能對存儲器進(jìn)行操作。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日1、DS18B20：初始化操作：void

init_DS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位

nop(8);//稍做延時

DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低

nop(80);//精確延時大于480usDQ=1;//拉高總線

nop(35);}讀字節(jié)操作：ucharread_one_char(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號

dat>>=1;//先進(jìn)行移位操作，以免最后一位不能讀出

DQ=1;//給脈沖信號

if(DQ) { dat|=0x80; }nop(4);}returndat;}第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日1、DS18B20：寫字節(jié)操作：voidwrite_one_char(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;nop(5);DQ=1;dat>>=1;}}讀溫度值操作：intread_temperature(void){unsignedchara=0;unsignedcharb=0;intt=0;init_DS18B20();write_one_char(0xCC);//跳過讀序列號

write_one_char(0x44);//啟動溫度轉(zhuǎn)換

init_DS18B20();write_one_char(0xCC);//跳過讀序列號

write_one_char(0xBE);//讀取溫度寄存器等前兩個就是溫度

a=read_one_char();b=read_one_char();t=b;t<<=8;t|=a;returnt;}第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、PCF8563：IIC總線操作流程：*一、寫操作順序：*啟動總線→寫器件地址→寫單元地址→寫數(shù)據(jù)→．．．→關(guān)閉總線*器件地址組成：固定地址（廠家）＋外部連線地址＋１位讀寫地址（1：讀，0：寫）*二、指定單元讀操作：*啟動總線→寫器件地址→寫單元地址→啟動總線→寫入要讀出的器件地址→*讀數(shù)據(jù)→．．．→關(guān)閉總線*三、當(dāng)前單元讀操作*啟動總線→寫入要讀出的器件地址→讀數(shù)據(jù)→．．．→關(guān)閉總線第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、PCF8563：voidread_8563(void){unsignedints;for(s=0;s<7;s++){

start_8563(); write_byte_8563(0xa2);//寫操作器件地址

write_byte_8563(s+0x02);//寫入單元地址

start_8563(); write_byte_8563(0xa3);//讀操作器件地址

switch(s) { case0:sec=(read_byte_8563())&0x7F;break;//獲取秒數(shù)據(jù)

case1:min=(read_byte_8563())&0x7F;break;//獲取分鐘第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、PCF8563：

case2:hou=(read_byte_8563())&0x3F;break;//獲取小時

case3:day=(read_byte_8563())&0x3F;break;//獲取日

case4:week=(read_byte_8563())&

0x07;

if(week==0)week=7;break;//獲取星期

case5:mon=(read_byte_8563())&0x9F;break;//獲取月

case6:year=(read_byte_8563())&0xFF;break;//獲取年

default:break; }}stop_8563();}

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、PCF8563：寫字節(jié)操作：voidwrite_byte_8563(uchardat){uchari;scl_8563=0;for(i=0;i<8;i++)//共8位

{ if(dat&0x80) { sda_8563=1; } else { sda_8563=0; }

scl_8563=1; somenop; scl_8563=0; dat<<=1;}sda_8563=1;//寫完一個字節(jié)后釋放總線

scl_8563=1;//加上第九個脈沖，接收應(yīng)答位

scl_8563=0;}第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日2、PCF8563：讀字節(jié)操作：ucharread_byte_8563(void){uchari;uchara=0;sda_8563=1;for(i=0;i<8;i++){ scl_8563=1; a<<=1; //先進(jìn)行移位操作，以免最后一位不能讀出

a|=sda_8563; scl_8563=0; somenop;} sda_8563=1; //讀完一個字節(jié)后釋放總線

scl_8563=0; //加上第九個脈沖，接收應(yīng)答位

return(a);}第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日其他相關(guān)程序編寫模塊：1、鍵盤掃描應(yīng)用程序2、數(shù)碼管或者液晶應(yīng)用程序3、STC89C52單片機(jī)定時器中斷應(yīng)用程序4、系統(tǒng)模塊間的整合與測試第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期