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標(biāo)題: 單片機(jī)同pc機(jī)間的串行通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告 [打印本頁]
作者: quhaojie    時(shí)間: 2018-12-12 15:19
標(biāo)題: 單片機(jī)同pc機(jī)間的串行通信課程設(shè)計(jì)報(bào)告
目錄
1.選題              2
1.1選題背景              2
1.2選題要求              2
2.課程目的              3
3.方案設(shè)計(jì)              3
3.1系統(tǒng)的基本方案              4
3.2各模塊方案選擇              5
3.3單片機(jī)工作原理              5
4.軟件設(shè)計(jì)              6
4.1源程序              7
4.2調(diào)試過程及結(jié)果              7
5.設(shè)計(jì)小結(jié)              8
6.附錄              8

一，選題

本次，我組所選項(xiàng)目名稱為：單片機(jī)同pc機(jī)間的串行通信

1.1選題背景


在各種單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，如智能儀器儀表、各類手持設(shè)備、GPS接收器等，常常遇到計(jì)算機(jī)與外界的信息交換，即通訊。通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種。

目前，在許多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，上、下位機(jī)分工明確，作為下位機(jī)核心器件的單片機(jī)往往只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和通信，而上位機(jī)通常以基于圖形界面的Windows系統(tǒng)為操作平臺(tái)。

現(xiàn)階段這種應(yīng)用的核心便是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機(jī)和上位機(jī)之間、客戶端和服務(wù)器之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而在單片機(jī)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信則是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。單片機(jī)和PC的通信是通過單片機(jī)的串口和PC機(jī)之間的硬件連接實(shí)現(xiàn)。鑒于PC機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，單片機(jī)則具有快速以及容易控制的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)量不大、傳輸要求不高的情況下，一般都采用給PC機(jī)配置的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口COM1、COM2等相連接來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。

現(xiàn)今我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展的情況下，對(duì)工業(yè)中的計(jì)算機(jī)控制提出了較高的要求。比如在常見的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集中，對(duì)各個(gè)采集點(diǎn)需要采集不同的數(shù)據(jù)，比如溫度、濕度、壓力、照度，這就需要單片機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)出的不同的指令做出不同的反應(yīng)，并且返回相應(yīng)的采集到的數(shù)據(jù)。這就需要單片機(jī)和PC機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。這也是本設(shè)計(jì)的目標(biāo)效果。【以上為參考內(nèi)容，詳見附錄】


1.2選題要求


利用開發(fā)板編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)同PC機(jī)間的串行通信，要求：

1.單片機(jī)能夠通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)并在數(shù)碼管上顯示；

2.根據(jù)PC機(jī)發(fā)送的指令，單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)；



二，        課程目的

通過書本的學(xué)習(xí)，掌握電子電路的工藝設(shè)計(jì)過程，了解單片機(jī)技術(shù)的基本組成與結(jié)構(gòu)，通過對(duì)單片機(jī)技術(shù)電路的裝配過程，掌握單片機(jī)技術(shù)以及MCU的設(shè)計(jì)開發(fā)流程，掌握單片機(jī)技術(shù)硬件和軟件的設(shè)計(jì)能力，學(xué)習(xí)的單片機(jī)技術(shù)電路裝配工藝和正確的焊接方法，程序調(diào)試、下載及提高動(dòng)手能力。掌握印刷電路板的設(shè)計(jì)、制作及檢驗(yàn)。掌握單片機(jī)技術(shù)的綜合編程與開發(fā)、設(shè)計(jì)制造、調(diào)試仿真的能力。了解設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)基本環(huán)節(jié)，也為今后的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。


三，方案設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)的基本方案

                                             

   本次設(shè)計(jì)通過使用一塊AT89C51單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)之間的串行通信，首先利用可視化程序設(shè)計(jì)編制串口調(diào)試軟件，然后向串口發(fā)送“1”、“2”......“8”、“9”、“0”等字符，板子收到數(shù)據(jù)后通過數(shù)碼管顯示出來，同時(shí)會(huì)向PC機(jī)反饋顯示成功的信號(hào)。

3.2各模塊方案選擇


3.2.1單片機(jī)的選擇

統(tǒng)一選擇STC89C51單片機(jī)，他是一種低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51位眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活，超有效的解決方案。

3.2.2顯示模塊的選擇

采用八段數(shù)碼管顯示，同PC端地址符合時(shí)，相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮。


3.2.3串行方式，串行口工作方式，波特率，數(shù)據(jù)傳送方式的選擇

本次課程設(shè)計(jì)中采用的是串行異步通信方式。

串行口工作方式選擇方式1。

波特率設(shè)置為9600b/s。

數(shù)據(jù)傳送方式選擇全雙工方式。

3.3單片機(jī)工作原理


3.3.1 串行通信的概念及分類

通信的基本方式可分為并行通信與串行通信兩種。

并行通信：是將組成數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送，并通過并行門（如P1口等）來實(shí)現(xiàn)。在并行通信中，數(shù)據(jù)傳送線的根數(shù)與傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)相等，傳送數(shù)據(jù)速度快，但所占用的傳輸線位數(shù)多。因此，并行通信適合短距離通信。如圖2-1所示。

串行通信：是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送。串行通信通過串行口來實(shí)現(xiàn)。在全雙工的串行通信中，僅需要一根發(fā)送線和一根接收線，串行通信可大大節(jié)省傳送線路的成本，但數(shù)據(jù)傳送速度慢。由于其所需電纜線少，接線簡(jiǎn)單，所以在較遠(yuǎn)距離傳輸中，得到了廣泛的運(yùn)用。如圖3-2所示。


圖3-1 并行通信                        圖3-2 串行通信

串行通信有同步通信和異步通信兩種基本方式。

（1）異步通信方式：數(shù)據(jù)通常是以字符(或字節(jié))為單位組成字符幀傳送的。發(fā)送方發(fā)送各個(gè)字符的間隔時(shí)間是不定的，收發(fā)雙方各用自己的時(shí)鐘源來控制發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。接收端是依靠字符幀格式來判斷發(fā)送端是何時(shí)開始發(fā)送及何時(shí)結(jié)束發(fā)送。平時(shí)，發(fā)送線為高電平(邏輯“1”)，每當(dāng)接收端檢測(cè)到傳輸線上發(fā)送過來的低電平邏輯“0”(字符幀中起始位)時(shí)，就知道發(fā)送端已開始發(fā)送，每當(dāng)接收端接收到字符幀中的停止位時(shí)，就知道一幀字符信息己發(fā)送完畢。

（2）同步通信方式：是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀和異步通信中的字符幀不同，通常有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。同步字符幀由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符三部分組成。同步字符位于幀結(jié)構(gòu)開頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開始(接收端不斷對(duì)傳輸線采樣，并把采到的字符和雙方約定的同步字符比較，只有比較成功后才會(huì)把后面接收到的字符加以存儲(chǔ))；數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)不受限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長(zhǎng)度決定；校驗(yàn)字符有1～2個(gè)，位于幀結(jié)構(gòu)末尾，用于接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)字符的正確性的校驗(yàn)。

【以上為參考內(nèi)容，出處詳見附錄】


3.3.2 串行口的工作方式

51單片機(jī)串行口有4種工作方式——方式0，方式1，方式2，方式3。

（1）方式0：設(shè)定SM0，SM1為00時(shí)，串行接口工作于方式0，在方式0下，RXD（P3.0）為數(shù)據(jù)輸入/輸出端，TXD（P3.1）為同步脈沖輸出端，發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)為8位低位在前，高位在后，方式0的波特率固定為fosc/12，也就是每一機(jī)器周期傳送1位數(shù)據(jù)，方式0可外接移位寄存器，將串行接口擴(kuò)展為并行接口，也可外接同步輸入輸出設(shè)備。

（2）方式1：當(dāng)設(shè)定SM0，SM1為01時(shí)，串行接口工作于方式1，方式1為波特率可變的8位異步通信方式，由TXD發(fā)送，RXD接收。一幀數(shù)據(jù)為10位，1位起始位（低電平）8位數(shù)據(jù)位（低位在前）和1位停止位（高電平）。

方式1：

波特率=2SMOD*（定時(shí)器T1溢出率）/32        （1）

（3）方式2和方式3：當(dāng)設(shè)定SM0，SM1為10或11時(shí)，串行口工作于方式2或方式3，這兩種方式都是9位異步通信，僅波特率不同，適用于多機(jī)通信。在方式2或方式3下，數(shù)據(jù)由TXD發(fā)送，RXD接收，1幀數(shù)據(jù)為11位，1位起始位（低電平）8位數(shù)據(jù)位（低位在前）1位可編程位（第9位數(shù)據(jù)）用作奇偶校驗(yàn)或地址/數(shù)據(jù)選擇，1位停止位，與方式1相比多了一位可編程位，發(fā)送時(shí)，第9位數(shù)據(jù)為TB8，接收時(shí)，第9位數(shù)據(jù)送入RB8。方式2和方式3的區(qū)別只在于波特率不同。

方式2：

波特率=2SMOD*fosc/64                  （2）

方式3：

波特率=2SMOD*（定時(shí)器T1溢出率）/32          （3）

【以上為參考內(nèi)容，出處詳見附錄】


3.3.3串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式

在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可分為單工、半雙工和全雙工三種傳送方式。如圖2-4。

單工方式：通信線的一端接發(fā)送器，另一端接接收器，它們形成單向連接，只允許數(shù)據(jù)按照一個(gè)固定的方向傳送。數(shù)據(jù)只能單方向傳送。

半雙工方式：數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)雙方向傳送，但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。

全雙工方式：系統(tǒng)的每端都含有發(fā)送器和接收器，數(shù)據(jù)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳送

【以上為參考內(nèi)容，出處詳見附錄】


4.2調(diào)試過程及結(jié)果

剛開始調(diào)試并不順利，雖然程序參照了書本上的內(nèi)容，但由于設(shè)計(jì)要求的不同和自己的疏忽，導(dǎo)致了多次單片機(jī)毫無反應(yīng)的結(jié)果，不過好在通過小組間的通力合作，對(duì)程序進(jìn)行了從頭到尾的認(rèn)真排查，終于發(fā)現(xiàn)了在寫程序過程中犯的低級(jí)錯(cuò)誤。并且由于上次試驗(yàn)后忘記把跳線帽從P3.3和P3.4上拔下，也導(dǎo)致了排查時(shí)間的延長(zhǎng)。好在最終終于讓單片機(jī)顯示了從PC端傳來的數(shù)據(jù)。

*調(diào)試過程相關(guān)圖片


五，設(shè)計(jì)小結(jié)

通過本次單片機(jī)間串行通信實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使我對(duì)單片機(jī)有更加深刻的了解，明白了軟件與硬件的配合使用，懂得怎樣去調(diào)試程序以及電路，雖然在設(shè)計(jì)過程中遇到很多困難，但是經(jīng)過進(jìn)一步查閱相關(guān)資料，進(jìn)行反復(fù)排錯(cuò)，問題才得以解決，總體上來說實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與PC機(jī)間串行通信，基本上完成了設(shè)計(jì)要求，通過本次設(shè)計(jì)也使得自己明白軟件與硬件相結(jié)合的重要性，二者缺一不可，所以在實(shí)現(xiàn)硬件連接的同時(shí)也要讀懂軟件所實(shí)現(xiàn)的功能。本設(shè)計(jì)介紹了一種單片機(jī)與PC機(jī)之間串行通信的設(shè)計(jì)方法，主要是對(duì)單片機(jī)與單片機(jī)之間串行通信的方式和重要的數(shù)據(jù)位說明，接著提出了可行的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)的工作原理及設(shè)計(jì)過程，同時(shí)驗(yàn)證了方案的可行性。平時(shí)上課時(shí)老師教授的內(nèi)容也很重要，想要得到更多知識(shí)和能力，還需要自己在以后的學(xué)習(xí)中付出更多認(rèn)真和努力。


附錄

本次主要參考文獻(xiàn)為《MCS-51單片機(jī)技術(shù)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教程》。

   


單片機(jī)源程序如下:


  1. #include<reg52.h>
  2. #define uchar unsigned char
  3. #define uint unsigned int
  4. uchar i=0,k,kk=100,n;
  5. uchar arry[4];
  6. uchar LED[16]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};
  7. void delay(uint z)
  8. {
  9.               uint x,y;
  10.               for(x=z;x>0;x--);
  11.                             for(y = 100;y>0;y--);
  12. }
  13. void delay20ms()
  14. {
  15.     unsigned char i,j;
  16.               for(i=0;i<100;i++)
  17.                     for(j=0;j<20;j++);
  18. }

  20. void display(unsigned char a)
  21. {
  22. unsigned char shi,ge;
  23. shi=a/10;
  24. ge=a%10;
  25. P0=LED[shi];
  26. P1=0x01;
  27. delay(1000);
  28. P0=0xff;
  29. P0=LED[ge];
  30. P1=0x02;
  31. delay(1000);
  32. P0=0xff;
  33. }

  35. unsigned char keyscan()
  36. {
  37.    unsigned char row,col=0,m=0xff;
  38.    P2=0Xf0;
  39.    if((P2&0xf0)==0xf0)
  40.        return m;
  41.    delay20ms();
  42.    if((P2&0xf0==0xf0))
  43.        return m;
  44.    for(row=0;row<4;row++)
  45.    {
  46.        P2=~(1<<row);
  47.                  m=P2&0xf0;
  48.                     if(m!=0xf0)
  49.                     {
  50.                                     while(m&(1<<(col+4)))
  51.                               col++;
  52.                               m=row*4+col+1;
  53.                               P2=0xf0;
  54.                               while((P2&0xf0)!=0xf0);
  55.                               break;
  56.                     }
  57.    }
  58.    return m;
  59. }

  61. void main()
  62. {
  63.               TMOD = 0x20;
  64.               TH1 = 0xfd;
  65.               TL1 = 0xfd;
  66.               TR1 = 1;
  67.               SCON = 0x50;
  68.               ES = 1;
  69.               EA = 1;
  70.               P0 = 0;
  71.               while(1)
  72.               {
  73.                             k=keyscan();
  74.                             if(k!=0xff)
  75.                             {
  76.                                           if(k!=kk)
  77.                                                         kk=k;
  78.                                           n=k;
  79.                             }
  80.                             display(n);
  81.               }
  82.             
  83. }
  84. void server() interrupt  4
  85. {
  86.               uchar n;
  87.               uint j,temp;
  88.               if(TI)
  89.               A:TI=0;
  90.               else
  91.               {
  92.                             RI = 0;
  93.                             n = SBUF;
  94.                             arry[0]=n/1000;
  95.                             arry[1]=n%1000/100;
  96.                             arry[2]=n%100/10;
  97.                             arry[3]=n%10;
  98.                             while(1)
  99. ……………………

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