單片機(jī)與pc機(jī)的串口通信畢業(yè)論文

1、<p>　　安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><p>　　畢業(yè)課題（設(shè)計(jì)）任務(wù)書</p><p><b>　　（2015屆）</b></p><p>　　題 目 </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 </p><p>　　院 系 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級(jí) </p&g

3、t;<p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　20 年 月 日至20 年 月 日共 周</p><p><b>　　1 引言<

4、;/b></p><p>　　1.1 選題背景 3</p><p>　　1.2 目的和意義 4</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5</p>

5、<p><b>　　2 系統(tǒng)分析</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能概述 6</p><p>　　2.2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容 6</p><p>　　2.3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 7</p><p><b&

6、gt;　　3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件電路設(shè)計(jì)思路 8</p><p>　　3.2 軟件設(shè)計(jì)思路 9</p><p>　　4 硬件電路設(shè)計(jì) 10</p><p>　　4.1 單片機(jī)模塊 10</p><p>　　4.2 紅外通信（發(fā)射與接收）模塊 18

7、</p><p>　　4.3 PC機(jī)模塊 21</p><p>　　5 串行口通信技術(shù) 24</p><p>　　5.1 單片機(jī)串行口通信技術(shù) 25</p><p>　　5.2 PC機(jī)串口通信技術(shù) 28</p><p>　　6 軟件設(shè)計(jì) 30</p><p>

8、　　6.1 單片機(jī)通信程序設(shè)計(jì)30</p><p>　　6.2　PC機(jī)通信程序設(shè)計(jì)</p><p>　　6.2　PC機(jī)通信程序設(shè)計(jì)</p><p>　　PC機(jī)MCS-51單片機(jī)的串口通信</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 選題背景<

9、;/b></p><p>　　在國(guó)內(nèi)外，以PC機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)的控制系統(tǒng)中，PC機(jī)通常以軟件界面進(jìn)行人機(jī)交互，以串行通信方式與單片機(jī)進(jìn)行積極交互，而單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)被控對(duì)象配置相應(yīng)的前向，后向信息通道，工作時(shí)作為主控機(jī)測(cè)對(duì)象，作為被控機(jī)接受PC機(jī)監(jiān)督，指揮，定期或受命向上位機(jī)提供對(duì)象及本身的工作狀態(tài)信息。</p><p>　　目前，隨著集成電路集成度的增加，電子計(jì)算機(jī)向微

10、型化和超微型化方向發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)已成為導(dǎo)彈，智能機(jī)器人，人類宇宙和太空和太空奧妙復(fù)雜系統(tǒng)不可缺少的智能部件。在一些工業(yè)控制中，經(jīng)常需要以多臺(tái)單片機(jī)作為下位機(jī)執(zhí)行對(duì)被控對(duì)象的直接控制，以一臺(tái)PC機(jī)為上位機(jī)完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，組成一種以集中管理、分散控制為特點(diǎn)的集散控制系統(tǒng)。</p><p>　　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)。較為常見的形式是由一臺(tái)做管理用

11、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)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)。</p><p>　　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。

12、同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。MCS-51系列單片機(jī)，由于內(nèi)部帶有一個(gè)可用于異步通訊的全雙工的穿行通訊接口，陰齒可以很方便的構(gòu)成一個(gè)主從式系統(tǒng)。</p><p>　　串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通訊協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包容兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通過(guò)用的通訊協(xié)議，很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時(shí)串口通訊協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備數(shù)據(jù)。所以，深入的理解學(xué)習(xí)和研究串口

13、通信相關(guān)知識(shí)是非常必要的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選題為“PC機(jī)與MCS-51單片機(jī)的串口通訊”，使用51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主從式的總線通訊系統(tǒng)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，對(duì)串口通訊的原理和應(yīng)用融會(huì)貫通，為以后的時(shí)間工作儲(chǔ)備知識(shí)和研究方法。</p><p>　　1.2 目的和意義</p><p>　　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)。較為常見的形式是由一臺(tái)做

14、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)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)。</p><p>　　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

15、提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。MCS-51系列單片機(jī)，由于內(nèi)部帶有一個(gè)可用于異步通訊的全雙工的穿行通訊接口，陰齒可以很方便的構(gòu)成一個(gè)主從式系統(tǒng)。</p><p>　　串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通訊協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包容兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通過(guò)用的通訊協(xié)議，很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時(shí)串口通訊協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備數(shù)據(jù)。所以，深入的理解學(xué)習(xí)和研

16、究串口通信相關(guān)知識(shí)是非常必要的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選題為“PC機(jī)與MCS-51單片機(jī)的串口通訊”，使用51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主從式的總線通訊系統(tǒng)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，對(duì)串口通訊的原理和應(yīng)用融會(huì)貫通，為以后的時(shí)間工作儲(chǔ)備知識(shí)和研究方法。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)內(nèi)外，以PC機(jī)作為上位機(jī)，單片機(jī)作為下位機(jī)的控制系統(tǒng)中，PC機(jī)通常以軟件界面進(jìn)行人機(jī)交互，以串行通信

17、方式與單片機(jī)進(jìn)行積極交互，而單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)被控對(duì)象配置相應(yīng)的前向，后向信息通道，工作時(shí)作為主控機(jī)測(cè)對(duì)象，作為被控機(jī)接受PC機(jī)監(jiān)督，指揮，定期或受命向上位機(jī)提供對(duì)象及本身的工作狀態(tài)信息。</p><p>　　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，微型計(jì)算機(jī)已成為導(dǎo)彈，智能機(jī)器人，人類宇宙和太空和太空奧妙復(fù)雜系統(tǒng)不可缺少的智能部件。在一些工業(yè)控制中，經(jīng)常需要以多臺(tái)單片機(jī)作為下位機(jī)執(zhí)行對(duì)

18、被控對(duì)象的直接控制，以一臺(tái)PC機(jī)為上位機(jī)完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，組成一種以集中管理、分散控制為特點(diǎn)的集散控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)分析</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能概述</p><p>　　系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是:由PC機(jī)鍵盤的輸入發(fā)送給MCS-51單片機(jī),單片機(jī)接收到PC機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后,回送同一數(shù)據(jù)給PC機(jī),并

19、在PC機(jī)屏幕上顯示出來(lái)。只要PC機(jī)屏幕上顯示的字符與鍵入的字符相同，即表明PC機(jī)與單片機(jī)間通信正常，紅外通信成功。</p><p>　　微機(jī)與單片機(jī)紅外線通信系統(tǒng),由于我們本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是紅外通信方式，考慮到紅外通信存在發(fā)射與接收之間的相互干擾，所以本次設(shè)計(jì)采用是半雙工(Half Duplex)串口通信，微機(jī)與單片機(jī)兩個(gè)部分。微機(jī)部分是通過(guò)串口RS-232的TXD口發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路之后送紅外發(fā)射電路發(fā)

20、射出去，由單片機(jī)部分接收，并相應(yīng)的處理、顯示之后再經(jīng)紅外發(fā)射電路返回給PC機(jī)，PC機(jī)檢驗(yàn)發(fā)送與接受是否一致，標(biāo)志著設(shè)計(jì)的成與敗。微機(jī)部分用Visual Basic軟件編寫的界面作為PC機(jī)部分與單片機(jī)進(jìn)行串口之間通信，其界面的設(shè)計(jì)、電平轉(zhuǎn)換電路和紅外發(fā)射、接收電路以及單片機(jī)部分的電路的設(shè)計(jì)等將在以下章節(jié)作詳細(xì)地設(shè)計(jì)。</p><p>　　從實(shí)用的角度看，評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)生活和科技觀

21、念有多大的貢獻(xiàn)。隨著生活節(jié)奏的加快，人們將更加鐘情于個(gè)人信息終端的智能化互聯(lián)。另一方面，用無(wú)線設(shè)備來(lái)代替安全隱患的工作區(qū)采集數(shù)據(jù)，更加安全。因此，紅外線有其不可估量的實(shí)用價(jià)值！</p><p>　　2.2 系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容</p><p>　　將微機(jī)中的二進(jìn)制或ASCⅡ數(shù)據(jù)通過(guò)微機(jī)的RS－232串口經(jīng)紅外發(fā)射器發(fā)送緞帶單片機(jī)，再由單片機(jī)將接收的二進(jìn)制或ASCⅡ數(shù)據(jù)通過(guò)串口經(jīng)紅外發(fā)射器發(fā)

22、送給微機(jī)，在微機(jī)中檢查發(fā)送的二進(jìn)制或ASCⅡ數(shù)據(jù)與接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)是否一致。</p><p>　?。?）　單片機(jī)部分主要完成接收微機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和將接收的數(shù)據(jù)回送給</p><p><b>　　機(jī)；</b></p><p>　?。?）　紅外發(fā)發(fā)射部分完成將微機(jī)或單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)紅外發(fā)送給紅外接收器。</p><p>

23、　?。?） 紅外接收部分主要完成接收紅外信號(hào)并將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī)。</p><p>　　（4） PC機(jī)部分主要完成將數(shù)據(jù)的發(fā)送給單片機(jī)和接受單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　微機(jī)與單片機(jī)紅外線通信的主要完成以下功能：</p><p><b>　　單片機(jī)部分：</

24、b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)并制作單片機(jī)的串口通信的硬件系統(tǒng)；</p><p>　?。?）用匯編語(yǔ)言編制串口通信軟件；</p><p>　?。?）要求把從微機(jī)發(fā)送來(lái)的原樣發(fā)送回微機(jī)；</p><p><b>　　紅外發(fā)射部分：</b></p><p>　?。?）自行設(shè)計(jì)紅外發(fā)送器&l

25、t;/p><p>　?。?）紅外發(fā)送距離大于50cm</p><p>　?。?）系統(tǒng)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)</p><p><b>　　紅外接收部分：</b></p><p>　　（1）自行設(shè)計(jì)紅外接收器</p><p>　?。?）紅外接收器的穩(wěn)定、抗干擾能力要強(qiáng)</p><p>

26、<b>　　PC機(jī)部分：</b></p><p>　?。?）在微機(jī)部分采用Visual Basic編制RS—232通信軟件</p><p>　　（2）通信軟件具有數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接受編輯框</p><p>　?。?）通信軟件要實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)與接受數(shù)據(jù)一致</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)

27、之間的紅外通信，主要是實(shí)現(xiàn)上下微機(jī)之間能夠互通信息，而采用紅外通信，就是利用這種非電信號(hào)傳送控制信息和數(shù)據(jù)信息，省去了有線方式信號(hào)線的直接連接，屬完全隔離狀態(tài)，安全可靠，能有效地隔離電氣干擾，同時(shí)使用簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便，實(shí)現(xiàn)了通信雙方非接觸式的數(shù)據(jù)傳送。它可以應(yīng)用于高壓、輻射、潮濕、有毒氣體、粉塵等不利于人們現(xiàn)場(chǎng)控制的環(huán)境下，這種紅外通信方案也可用于其它遙控、遙測(cè)的單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合。紅外通信的重點(diǎn)在于信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，完成低誤碼率、高速率的信

28、息傳輸。目前紅外通信技術(shù)和集成技術(shù)的發(fā)展已將此方面做的比較平民化了。以普通的集成紅外頭為核心的紅外收發(fā)模塊即可完成此功能。單片機(jī)可通過(guò)編程控制外圍部件，能實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度。</p><p>　　以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定的任務(wù)。系統(tǒng)的進(jìn)一步升級(jí)是與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外通信，實(shí)現(xiàn)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通，達(dá)到資源共享和遠(yuǎn)程控制，這在當(dāng)今這個(gè)信息化的社會(huì)里是非常有價(jià)值的!</p><p

29、><b>　　3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件電路設(shè)計(jì)思路</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖。</p><p>　　89C51單片機(jī)通過(guò)普通I/O口與PC機(jī)RS－232串口實(shí)現(xiàn)通信的硬件接口電路如圖2 所

30、示。由于PC 系列微機(jī)串行口為RS232C 標(biāo)準(zhǔn)接口，與輸入、輸出均采TTL 電平的89C51 單片機(jī)在接口規(guī)范上不一致，因此TTL 電平到RS－232 接口電平的轉(zhuǎn)換采用MAXIM 公司的MAX232 標(biāo)準(zhǔn)MAX232CPE接口芯片，該芯片可以用單電壓（+5V）實(shí)現(xiàn)RS232接口邏輯“1”（-3V～-15V）和邏輯“0”（+3V～+15V）的電平轉(zhuǎn)換。</p><p>　　(1) 單片機(jī)部分硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)

31、計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如圖3－1所示。</p><p>　　圖3－1　 單片機(jī)部分硬件框圖</p><p>　　(2) PC機(jī)部分硬件設(shè)計(jì)思路：PC機(jī)與單片機(jī)之間的紅外數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3－2所示。PC機(jī)及其兼容機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口RS-232C有一個(gè)9芯的D型插座，該紅外收發(fā)裝置便是通過(guò)此接口插座與計(jì)算機(jī)連接，并由計(jì)算機(jī)通信軟件控制其數(shù)據(jù)的收發(fā)，并由計(jì)算機(jī)通信軟

32、件控制其數(shù)據(jù)的收發(fā)。由于數(shù)據(jù)的傳輸采用了38KHZ信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)和發(fā)射、接收，因而更加安全可靠。具體的電路原理圖將在第三章中作詳細(xì)地分析設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3－2　PC機(jī)部分硬件框圖</p><p>　　3.2 軟件設(shè)計(jì)思路</p><p>　　軟件需要解決的是設(shè)定PC機(jī)串口和單片機(jī)串行口的工作方式，包括串行口的通訊速率、奇偶校驗(yàn)位、停止位等。<

33、;/p><p><b>　　軟件工作流程是：</b></p><p>　　PC機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)紅外通信方式傳送到單片機(jī)，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)作相應(yīng)的處理后回送到PC機(jī)。經(jīng)測(cè)試，此系統(tǒng)可以在2400kbit/s速率下穩(wěn)定工作，比較理想。</p><p>　　(1) 單片機(jī)部分軟件設(shè)計(jì)思路： AT89C51單片機(jī)的P3.0 和P3.1 口分別串行通信

34、的接收和發(fā)送端，其接口程序主要由INPUT 發(fā)送子程序和OUTPUT接收子程序組成。通信速率2400 bit /s，幀格式為N.8.1。發(fā)送時(shí)，先發(fā)送一個(gè)起始位（低電平），接著按低位在先的順序發(fā)送8 位數(shù)據(jù)，最后發(fā)送停止位。接收時(shí)，先判斷P3. 0 接收端口是否有起始低電平出現(xiàn)，如有則按低位在先的順序接收8 位數(shù)，最后判斷P3.0 口是否有停止高電平出現(xiàn)，如有則完成一個(gè)數(shù)據(jù)接收，否則繼續(xù)等待。其中軟件編寫要嚴(yán)格按照異步通信的時(shí)序進(jìn)行，每

35、bit 位傳送時(shí)間間隔按通信速率2400 bit /s計(jì)算為833μs，系統(tǒng)要求單片機(jī)晶振為11.0592MHZ。</p><p>　　(2) PC機(jī)部分軟件設(shè)計(jì)思路：PC機(jī)有多種支持串行通信的軟件，Visual Basic通信語(yǔ)句、C語(yǔ)言等等，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備采用Visual Basic語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)部分的通信，VB具有面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，友好的用戶界面，簡(jiǎn)單方便的串行通訊和實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。</p>

36、;<p><b>　　4 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　硬件的功能由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定，硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖，必要時(shí)做一些部件實(shí)驗(yàn)，以難電路圖的正確性，以及工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加工、印制板的制作、樣機(jī)的組裝等。</p><p>　　根據(jù)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求以及要實(shí)現(xiàn)

37、的功能，查閱了很多有關(guān)PC機(jī)與單片機(jī)之間通信的書籍以及紅外通信方面的知識(shí)，對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)做了很深刻的研究。</p><p>　　我們將整個(gè)PC機(jī)與單片機(jī)之間的紅外通信系統(tǒng)分成三大模塊：PC機(jī)模塊、紅外通信模塊(紅外發(fā)射和紅外接收)以及單片機(jī)模塊，各個(gè)模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊時(shí)，考慮到單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，利用單片機(jī)的串行接口與單片機(jī)外的紅外

38、發(fā)射和接收電路，組成一個(gè)應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外串行通信接口；PC機(jī)通過(guò)RS－232進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，考慮到PC微機(jī)串口的電平和單片機(jī)的輸入輸出的TTL電平不一致，在整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電平轉(zhuǎn)換電路，除此之外本系統(tǒng)的傳輸是采用的無(wú)線通信，因此還需要設(shè)計(jì)紅外發(fā)射與接收電路，具體每一部分的設(shè)計(jì)將在以下章節(jié)中詳細(xì)分析。</p><p>　　4.1 單片機(jī)模塊</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求以

39、及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路（如圖2－1）對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的接收與發(fā)送，并且使接收到的數(shù)據(jù)能顯示出來(lái)，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路四個(gè)部分。</p><p>　　4.1.1 執(zhí)行元件</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的單片機(jī)部分的執(zhí)行元件我們采用MCS-51T系列的AT89C51(其引腳圖如圖4－1)，由于它本身帶有一定的優(yōu)點(diǎn)。AT89C

40、51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh 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， AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控

41、制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　圖4－1　AT89C51引腳圖</p><p>　　一、主要特性：·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/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&#

42、183;32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</p><p><b>　　二、管腳說(shuō)明：</b></p><p>　　(1)VCC：供電電壓；</p><p>　　(2)GND：接地；</p>

43、;<p>　　(3)P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫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。</p><p>　　(4)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

44、沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入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。 (5)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門電流，當(dāng)P2口被寫“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

45、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)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在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)。 (6）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門電流。當(dāng)P3口寫入“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

46、拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表4－1所示：</p><p>　　表4-1 P3口的第二功能</p><p>　　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)。</p><p>　　(7)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)

47、機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　(8)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)

48、， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。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。 (9)/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)。 (10)/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。

49、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）。 (11)XTAL1：反向</p><p><b>　　三、振蕩器特性：</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均

50、可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　四、芯片擦除：</b></p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代

51、碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p>　　4.1.2 時(shí)鐘電路</p>

52、<p>　　時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的典型值為12MHZ</p><p>　　MCS-51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。</p

53、><p>　　CMOS型單片機(jī)內(nèi)部（如AT89C51）有一個(gè)可控的負(fù)反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器，圖4－2為CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖。振蕩器工作受/PD端控制，由軟件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD＝0，振蕩器停止工作，整個(gè)單片機(jī)也就停止工作，以達(dá)到節(jié)電目的。清“0”PD，使振蕩器工作產(chǎn)生時(shí)鐘，單片機(jī)便正常運(yùn)行。圖中SYS為晶振或陶瓷諧振器，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率主要

54、由SYS參數(shù)確定（晶振上標(biāo)明的頻率）。電容C1和C2的作用有兩個(gè)：其一是使振蕩器起振，其二是對(duì)振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（C1、C2大，f變小），其典型值為30pF。</p><p>　　圖4－2　CMOS型單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖</p><p>　　4.1.3 復(fù)位電路</p><p>　　計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確

55、定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。</p><p>　　MCS-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對(duì)于CHMOS單片機(jī)，RST引腳的內(nèi)部有一個(gè)拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)時(shí)鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都 輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)

56、開始工作。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。對(duì)于CMOS(AT89C51)單片機(jī)只要</p><p>　　接一個(gè)電容至VCC即可(見圖4－3)。在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使MCS-51有效的復(fù)位。RST端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間，Vss上升時(shí)間若為10ms

57、，振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電進(jìn)應(yīng)保持20ms以上的高電平。圖3-8中，RC時(shí)間常數(shù)越大，上電進(jìn)RST端保持高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)振蕩頻率為12MHZ時(shí)，典型值為C=10uf，R=8.2kΩ。</p><p>　　若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　

58、圖4-3 上電復(fù)位電路</p><p>　　4.1.4 顯示電路</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，LED（Light-Emitting Diode）是一種外加電壓從而渡過(guò)電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。LED有單個(gè)LED和八段LED之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。</p><p><b&g

59、t;　　一、顯示器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如圖4－4（a）所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極顯示器(如圖4－4（b）所示),陰極連在一起的稱為共陰極顯示器(如圖3－4（c）所示)。1位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管a~g控制七個(gè)筆畫（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的開頭有些失真，但控制簡(jiǎn)單

60、，使用方便。</p><p>　?。╝）外形 （b）共陽(yáng)極 (C)共陰極</p><p>　　圖4-4 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　二、顯示方式</b></p><p>　　為了節(jié)省I/O口線，我們采用的動(dòng)態(tài)顯示方式。</p>&

61、lt;p>　　所謂動(dòng)態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需8位口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè)8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。4位共陰極顯示器和AT89C51的接口邏輯如圖8-7所示。AT89C51的P0

62、口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器7407接顯示器的各個(gè)段；P2口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器7406接顯示器公共極。</p><p>　　對(duì)于圖4-5中的4位顯示器，在AT89C51RAM存貯器中設(shè)置四個(gè)顯示緩沖器單元30H－34H，分別存放4位顯示器的顯示數(shù)據(jù)，AT89C51的P2口掃描輸出總是只在一位為高電平，即4位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其它位為高電平，AT89C51的P0口相應(yīng)位（陰極為低）的顯示數(shù)據(jù)的

63、段數(shù)據(jù)，使該位顯示出一個(gè)字符，其它們?yōu)榘?，依次地改變P2口輸出為高的位，P0口輸出對(duì)應(yīng)的段數(shù)據(jù)，4位顯示器就顯示出由緩沖器中顯示數(shù)據(jù)所確定的字符。</p><p>　　圖4-5 4位動(dòng)態(tài)顯示電路</p><p>　　4.2 紅外通信（發(fā)射與接收）模塊</p><p>　　紅外線通訊是一種廉價(jià)、近距離、無(wú)線、低功耗、保密性強(qiáng)的通訊方案，主要應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，

64、有時(shí)也用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入和近程遙控。</p><p>　　紅外通信的基本原理：紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。常用的有通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM）兩種方法。本系統(tǒng)采用的為脈寬調(diào)制方法，發(fā)送端采用脈寬調(diào)制

65、（PWM）方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出。簡(jiǎn)而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸。</p><p>　　單片機(jī)紅外通信系統(tǒng)（硬件原理圖見圖4-6）的紅外發(fā)射和紅外接收電路主要由單片機(jī)AT89C51、CD40

66、11與非門、紅外發(fā)射管PH30B、紅外一體化接收頭SM0038（見圖4-7所示），以及驅(qū)動(dòng)三極管8550、電阻和電容組成。我們將紅外通信模塊分為紅外發(fā)射和接收兩部分。</p><p>　　圖4-6 單片機(jī)紅外通信硬件原理圖</p><p>　?。╝） 紅外發(fā)射管 （b）紅外接收管</p><p>　　圖4-7 紅外發(fā)射管和紅

67、外一體化接收頭</p><p>　　一、紅外發(fā)射硬件電路</p><p>　　紅外線發(fā)射器由于控制方式不同，很難做到一體化，大多是由分力元件組裝而成。本章節(jié)將重點(diǎn)講一下紅外線發(fā)射器電路原理圖見圖4-8所示。</p><p>　　圖4-8 紅外發(fā)射電路原理圖</p><p>　　紅外發(fā)送電路的工作原理為：串行數(shù)據(jù)由單片機(jī)的串行輸出端TXD（接圖

68、中IN端）送出并驅(qū)動(dòng)YF1，若數(shù)位“0”使YF1輸出高電平，通過(guò)YF2、YF3和電阻R2電容C組成的震蕩電路，將信號(hào)調(diào)制成38kHz的載波信號(hào)，并利用紅外發(fā)射管D以光脈沖的形式向外發(fā)送。若數(shù)位“1”YF1輸出低電平，使YF2和YF3停止震蕩，使 YF4輸出高電平使驅(qū)動(dòng)管8550截止，紅外發(fā)射管D不發(fā)射紅外光。</p><p>　　二、紅外接收硬件電路</p><p>　　紅外線接收器是紅外

69、線通信成敗的關(guān)鍵所在，以前大多采用紅外線接收專用芯片CA20106A 以及外圍部分元器件（紅外線接收管、電阻、電容等）。實(shí)際使用時(shí)常出現(xiàn)接收靈敏度過(guò)高或過(guò)低，工作欠穩(wěn)定，加之裝配焊接麻煩、調(diào)試不便、體積大、抗干擾能力較差等等，現(xiàn)已基本被淘汰。目前采用最多的是一種一體化的紅外線接收頭，體積小巧（外形類似三極管）、價(jià)格低廉、使用方便、無(wú)須調(diào)整、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠。紅外接收電路選用新日本株式會(huì)社公司生產(chǎn)的專用紅外一體化接收頭SM003

70、8，集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，因此它適合于各種紅外線數(shù)據(jù)的傳輸，是代替CA20106A和接收二極管等紅外接收放大器的理想元件。</p><p>　　圖4-7（b）是其正視圖（半球面的紅外線接收面正對(duì)我們），三個(gè)輸出腳依次為： GND（地）、+（電源正端）、OUT（紅外線經(jīng)接收后經(jīng)解調(diào)、整形的輸出腳）。</p><p&

71、gt;　　圖4-11 紅外接收基本電路</p><p>　　根據(jù)SM0038的工作原理對(duì)其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體硬件原理圖見圖4－11所示，其中1端為接地腳，2端接電源，3端接信號(hào)輸出端，R和C組成去耦電路抑制電源干擾。由于紅外一體化接收頭SM0038的靈敏度高，因此在實(shí)際應(yīng)用電路中要在電源和地之間外接上拉電阻來(lái)抗干擾。</p><p>　　4.3 PC機(jī)模塊</p>&

72、lt;p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及PC機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路（如圖3－2所示）對(duì)PC機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使PC機(jī)通過(guò)紅外線準(zhǔn)確的接收與發(fā)送，必須要對(duì)其外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于無(wú)線收發(fā)裝置工作于TTL邏輯電平（0V和5V），而計(jì)算機(jī)RS-232總線上輸入、輸出數(shù)據(jù)和控制信號(hào)為+12V左右的電壓，因此用IC1（MAX232CPE）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如圖4－12為PC機(jī)部分的電路原理圖。</p><p>　　圖4－12　PC機(jī)收

73、發(fā)數(shù)據(jù)電路原理圖</p><p><b>　　一、數(shù)據(jù)的傳輸</b></p><p>　　對(duì)所設(shè)計(jì)的原理圖進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)的傳輸分為兩大部分：數(shù)據(jù)的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收。下面就兩部分作一下介紹。</p><p><b>　　1、數(shù)據(jù)發(fā)送</b></p><p>　　當(dāng)電路工作于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，PC機(jī)的RT

74、S端輸出高電平，經(jīng)IC1電平轉(zhuǎn)換打開IC3（74LS08）的與門B1，使PC機(jī)TXD端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出去；RTS信號(hào)IC1反相后作為CTS信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，同時(shí)還關(guān)閉與門B2；使計(jì)算機(jī)不接收其它數(shù)據(jù)信號(hào)。</p><p><b>　　2、數(shù)據(jù)接收</b></p><p>　　當(dāng)電路工作于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，計(jì)算機(jī)的RTS端輸出和CTS端輸入均為低電平，使IC3

75、的B1、B2的工作狀態(tài)正好相反，發(fā)射部分被B1封鎖，與門B2則打開使用權(quán)電路處于接收工作狀態(tài)，從紅外接收端接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)由RXD端送處計(jì)算機(jī)。該必發(fā)器的數(shù)據(jù)傳輸速率最好設(shè)在2400b/s為宜，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?lt;/p><p><b>　　二、器件的介紹</b></p><p><b>　　1、RS-232C</b></p>

76、<p>　　RS-232C是美國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)推廣使用的一種串得通信總路線標(biāo)準(zhǔn)，是DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備，如微機(jī))和DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的接口總線。</p><p>　　RS-232C最大傳輸距離為15m，最高傳輸速率約20kbps，信號(hào)的邏輯0電平為+3V～+15V。邏輯1電平為-3V～-15V。</p><p><b>　　電氣特性：</

77、b></p><p>　　EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定；</p><p>　　在TxD和RxD上：邏輯1(MARK) =-3V～-15V</p><p>　　邏輯0(SPACE)=+3～＋15V</p><p>　　在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：</p><

78、;p>　　信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V</p><p>　　信號(hào)無(wú)效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）＝-3V～-15V</p><p>　　2、RS-232連接器DB-9</p><p>　　DB-9是RS-232信號(hào)線的連接器，其連接器的機(jī)械特性見圖(4－13)，表 1所示RS-232信號(hào)線名稱、符號(hào)以及對(duì)應(yīng)在DB-9上的針腳號(hào)。<

79、/p><p>　　圖4－13連接器的機(jī)械特性</p><p>　　表3-1 RS-232信號(hào)線和DB-9引腳關(guān)系</p><p>　　3、電平轉(zhuǎn)換器MAX232CPE</p><p>　　由于RS-232C總線上傳輸?shù)男盘?hào)邏輯電平與TTL邏輯電平差異很大，所以就存在這兩種電平的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，下面就介紹一下電平轉(zhuǎn)換器MAX232CPE。</p&

80、gt;<p>　　MAX232CPE能將RS-232C電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，也能將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232C電平，只需單+5V供電，由內(nèi)部升高電路產(chǎn)生10V～+12V。內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器(TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232C電平)和兩個(gè)接收器(RS-232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平)。MAX232CPE芯片引腳排列和外部元件連接線路如圖4－14所示。</p><p>　　圖 4－14　MAX232CPE 電平

81、轉(zhuǎn)換器及外接元件圖</p><p><b>　　5 串行口通信技術(shù)</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)單片機(jī)與PC機(jī)程序時(shí)，PC機(jī)串口和單片機(jī)串行口的設(shè)置是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以在軟件設(shè)計(jì)前必須對(duì)串行口的通信技術(shù)作系統(tǒng)的研究。本章節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)服務(wù)的。</p><p>　　串行數(shù)據(jù)通信指數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送的通信方式，它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)

82、傳送線（利用電話線就可作為傳送線），這樣就大大降低了傳送成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信；其缺點(diǎn)是傳送速度較低。</p><p>　　串行通信的主要特點(diǎn)：</p><p>　　?串行通訊：一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。</p><p>　　?串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，傳按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，</p>&l

83、t;p>　　?成本低但送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。</p><p>　　?根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。</p><p><b>　　如圖5－1所示。</b></p><p><b>　　發(fā)送</b></p><p><b>　　

84、器甲</b></p><p><b>　　(a) 單工方式</b></p><p><b>　　發(fā)送器</b></p><p><b>　　發(fā)送器</b></p><p><b>　　(b) 半雙工方式</b></p><p

85、><b>　　數(shù)據(jù)流</b></p><p><b>　　發(fā)送器</b></p><p><b>　　發(fā)送器</b></p><p><b>　　(C) 全雙工方式</b></p><p>　　圖5-1 串行通信傳輸方式</p>

86、<p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用半雙工方式通信，這主要是為了盡量避免紅外通信存在發(fā)射與接收之間的相互干擾。</p><p>　　5.1 單片機(jī)串行口通信技術(shù)</p><p>　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（SBUF），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，

87、它們的地址為99H。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。</p><p>　　MCS-51單片機(jī)串行口寄存器結(jié)構(gòu)如圖5－3所示。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)送器寄存器，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

88、的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。</p><p>　　此外，從圖5-3中可看出，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)目的在于接收數(shù)據(jù)時(shí)避免發(fā)生數(shù)據(jù)幀重疊現(xiàn)象，以免出錯(cuò)，部分文獻(xiàn)稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖器結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就不需要這樣設(shè)置，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)，CPU是主動(dòng)的，不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。</p><p>　　圖5

89、－3　MCS－51串行口寄存器結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1、波特率的設(shè)置</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信，雙方的波特率必須一致.PC機(jī)串行通信的波特率參數(shù)通常為一些標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)，可直接使用.因此實(shí)現(xiàn)MCS--51單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信時(shí)，選擇MCS—51單片機(jī)串行通信的波特率至關(guān)重要.</p><p>　　波

90、特率根據(jù)串行口的工作方式不同而不同：</p><p>　　(1) 方式0波特率</p><p>　　串行口方式0的波特率由振蕩器的頻率所確定：</p><p>　　方式0波特率=振蕩器頻率/12</p><p>　　(2) 方式2波特率</p><p>　　串行口方式2的波特率由振蕩器的頻率和SMOD（PCON.7）所

91、確定：</p><p>　　SMOD為0時(shí)，波特率等于振蕩器頻率的六十四分之一；SMOD為1時(shí)，波特率等于振蕩器的三十二分之一。</p><p>　　(3) 方式1和方式3的波特率</p><p>　　串行口方式1和方式3的波特率由定時(shí)器T1或T2(8051等單片機(jī))的溢出率和SMOD所確定。T1和T2是可編程的，可以選的波特率范圍比較大，因此串串行口方式1和方式3

92、是最常用的方式。</p><p>　　當(dāng)定時(shí)器T1作為串行口的波特率發(fā)生器時(shí)，串行口方式1和方式3的波特率由下式確定：</p><p>　　方式1和方式3波特率=2SMOD*(T1溢出率)/32</p><p>　　SMOD為0時(shí)，波特率竽T1溢出三十分之一；SMOD為1時(shí)，波特率等于T1的六十四分之一。</p><p>　　定時(shí)器T1作為時(shí)

93、，應(yīng)禁止T1中斷。通常T1工作于定時(shí)方式(C/T=0)，計(jì)數(shù)脈沖為振蕩器的十二分頻信號(hào)。也可以選擇外部T1(P3.5)上輸入脈沖作為T1計(jì)數(shù)信號(hào)(C/T=1)。T1的溢出率又和它的工作方式有關(guān)，一般選方式2定時(shí)，此時(shí)波特率的計(jì)算公式為：</p><p>　　方式1和方式3波特率=2SMOD*Fosc/[32*12(256-(TH1))]</p><p>　　表4-1 常用波特率</p

94、><p>　　注：定時(shí)器T1作波特率發(fā)生器，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)要注意到禁止T1中斷</p><p>　　2、串行通信控制寄存器SCON</p><p>　　SCON控制寄存器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如下：</p><p>　　表4-2　　SCON寄存器結(jié)構(gòu)</p><p&

95、gt;　　3、電源管理寄存器PCON</p><p>　　PCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址是87H，其結(jié)構(gòu)格式如下：</p><p>　　表4-3　PCON電源管理寄存器結(jié)構(gòu)</p><p>　　在CHMOS型單片機(jī)中，除SMOD位外，其他位均為虛設(shè)的，SMOD是串行口波特率倍增位，當(dāng)SMOD=1時(shí)，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位

96、默認(rèn)為SMOD=0。</p><p>　　4、中斷允許寄存器IE</p><p>　　中斷允許寄存器在前一節(jié)中已闡述，這里重述一下對(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。</p><p>　　表4-4　　IE中斷允許控制寄存器結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.2 PC機(jī)串口通信技術(shù)<

97、/p><p>　　PC機(jī)串行通信接口設(shè)計(jì)是整個(gè)PC機(jī)部分的重點(diǎn)，在本章節(jié)中將詳細(xì)分析串口的設(shè)計(jì)問(wèn)題。</p><p><b>　　通信芯片的選擇</b></p><p>　　由于RS-232C的邏輯電平兼容，因此為了TTL器件連接，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MC1488和MC1489是RC-232C通信接口常用的集成電路轉(zhuǎn)換芯片，但他們是兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器和

98、發(fā)送芯片，而且MC1488驅(qū)動(dòng)器還需要外接正負(fù)電源，很不方便。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些新型的RS-232C電平轉(zhuǎn)換芯片MAXIM系列的產(chǎn)品，AXIM公司生產(chǎn)的MAX系列RS-232C收發(fā)器芯片。</p><p><b>　　波特率設(shè)置</b></p><p>　　PC機(jī)的波特率必須和單片機(jī)相匹配，所以只要單片機(jī)的波特率定了，PC機(jī)只要設(shè)置一下即可。</p>

99、<p>　　3、串行口工作方式的選擇</p><p>　　為了確保數(shù)據(jù)傳輸無(wú)誤，采用軟件握手的方式。即發(fā)送方給接收方傳送的一個(gè)數(shù)據(jù)，接收方收到后再將這個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送回來(lái)，發(fā)送方將兩個(gè)數(shù)據(jù)比較，若二者相同則表示傳輸無(wú)誤，接著傳送下一個(gè)數(shù)據(jù)。所以不需要奇偶校驗(yàn)，因此選擇串行口方式一工作即傳輸數(shù)據(jù)的格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。</p><p>　　4、VB串口Mscomm控件

100、</p><p>　　VB提供了串行端口控制Mscomm來(lái)為應(yīng)用程序提供串行通訊。該控件屏蔽了通信過(guò)程中的底層操作，程序員可以設(shè)置、監(jiān)視Mscomm控件的屬性和事件，結(jié)合Timer控件即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入輸出工作。Mscomm控件的主要屬性如下：</p><p>　?。?）Commport 設(shè)置并返回通訊端口號(hào)。端口號(hào)可以設(shè)置為1～16的任何數(shù)，如Mscomm.Commpo

101、rt=2表示設(shè)置當(dāng)前通訊端口為COM2。</p><p>　?。?）Setting 設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位。格式為Mscomm.Setting=String。String是一個(gè)包含四部分的字符串：第一部分為波特率；第二部分為奇偶校驗(yàn)，N表示不校驗(yàn)，M表示符號(hào)校驗(yàn)，E表示偶校驗(yàn)，O表示奇校驗(yàn)，S表示空格校驗(yàn)；第三部分為數(shù)據(jù)位數(shù)，其可選值為4，5，6，7，8；第四部分為停止位位數(shù)，其可選值為1，1

102、.5，2。Setting屬性的缺省值為2400，N，8，1”。</p><p>　　（3）Portopen 設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可以打開和關(guān)閉端口。</p><p>　?。?）Input 從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符。該屬性在運(yùn)行時(shí)為只讀。</p><p>　?。?）InputLen 設(shè)置并返回每次Input屬性從接收緩沖區(qū)中讀取的字符數(shù)。InputLen屬性

103、的缺省值為0。設(shè)置InputLen為0時(shí)，Input將讀取接收緩沖區(qū)的全部字符。</p><p>　?。?）Output 向傳送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)。要傳送的數(shù)據(jù)可是文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。</p><p>　　（7）CommEvent 返回最近的通訊事件或錯(cuò)誤。只要有通訊錯(cuò)誤或事件發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)就會(huì)產(chǎn)生Oncomm事件。CommEvent屬性中存有該錯(cuò)誤或事件的數(shù)值代碼。</p><

104、;p><b>　　6 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　PC機(jī)與單片機(jī)間的通信，特別是PC機(jī)和多臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成小型分布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)分布式控制得到了廣泛的應(yīng)用。本章闡述PC機(jī)與AT89C51間的雙機(jī)通信的匯編語(yǔ)言和Visual Basic 語(yǔ)言通信程序設(shè)計(jì)技術(shù)。</p><p>　　軟件需要解決的是設(shè)定PC機(jī)串口和單片機(jī)串行口的工作方式，包括串行口的通訊速率、奇

105、偶校驗(yàn)位、停止位等。本次設(shè)計(jì)，以PC機(jī)為主機(jī)，單片機(jī)AT89C51作為從機(jī)，具體的通信協(xié)議如下：</p><p>　　· 波特率設(shè)置：2400b/s;</p><p>　　· 信息幀格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位；</p><p>　　· 校驗(yàn)方式：采用無(wú)校驗(yàn)方式；</p><p>　　· 傳

106、送方式：PC機(jī)采查詢方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)AT89C51采用中斷方式接收與發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　6.1 單片機(jī)通信程序設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信由串行口完成，定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，其波特率要與PC機(jī)一致。數(shù)據(jù)的傳送格式為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。采用中斷方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，定時(shí)器T1設(shè)置為工作工作模式2，串行口設(shè)置為工作方式3，由第9位判斷停

107、止。具體的程序流程圖和程序清單分別見附錄2和附錄3。</p><p>　　6.1.1 單片機(jī)中斷方式接收程序</p><p>　　當(dāng)PC機(jī)不發(fā)送任何數(shù)據(jù)的時(shí)候，從機(jī)單片機(jī)始終處于等待狀態(tài)（P.），直到Pc </p><p>　　機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)來(lái)。由于PC機(jī)在發(fā)送有效數(shù)據(jù)之前會(huì)加一個(gè)開始符（FFH），在有效數(shù)據(jù)之后會(huì)加一個(gè)開始符（7FH），所以單片機(jī)接收到主機(jī)發(fā)送

108、來(lái)的FFH之后，置RAM存貯單元的初始地址30H單元，用來(lái)放緊接著接收的數(shù)據(jù)，程序中還用了一個(gè)計(jì)數(shù)器COUNTER來(lái)計(jì)接收到的數(shù)據(jù)位數(shù)，直到接收到7FH為止。程序框圖見附錄2。</p><p>　　單片機(jī)接收主程序MAIN及中斷服務(wù)程序STR清單如下：</p><p>　　COUNTER EQU 40H</p><p>　　POINT EQU 41H</p

109、><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 0023H</b></p><p><b>　　LJMP SRT</b></p><p>　　

110、MAIN:MOV SP,#60H</p><p>　　MOV TMOD,#20H ;定時(shí)器T1的方式2</p><p>　　MOV PCON,#00H ;串行口波特率控制位</p><p>　　MOV TH1,#0F4H ;2400Kb/s</p><p>　　MOV TL1,#0F4H</p><

111、p>　　MOV 30H,#15</p><p>　　MOV COUNTER,#1</p><p>　　MOV R0,#30H ;接收數(shù)據(jù)存放區(qū)</p><p>　　MOV R1,#30H</p><p>　　SETB TR1 ;開始計(jì)數(shù)</p><p>　　CLR ET1