基于AVR单片机与上位机的通信系统设计.doc

1、 摘 要 本论文主要阐述的是 基于单片机与上位机的通信系统设计，实现上位机与 AVR 单片机之间数据的传输。第一部分详细说明了系统的结构框图和系统中各个重要模块的设计方案，并根据情况的不同选择了不同的方案。第二部分是系统中下位机各部分的原理及具体硬件电路图的设计，并使用了 protel 99se 辅助软件绘制原理图。这部分包括温度检测、液晶显示等，可以通过串口将当前温度值传递给上位机。第三部分是串口通信的说明及通信协议的制定。第四部分是系统上位机用户界面的设计和实现。这里应用了 Visual Basic 6.0 编程软件 设计操作界面。用户可以根据需要设置串口，发送指令并可以在操作界面显示。第

2、五部分说明了本设计的程序软件流程图，具体说明了程序的运行流程，说明了软件设计思想。 本系统综合单片机原理及接口技术、串口传输技术、上位机控制等技术设计出基于 AVR 单片机与上位机的通信系统。该系统可以 用于简单的数据传输，检测控制 等 。具有较好实用价值。 关键字 ：上位机 串行通信 通信协议 Abstract This paper mainly expounds the single chip microcomputer and computer communication system design, realization between SCM and PC AVR micro da

3、ta transmission. The first part detailed explanation of the system structure diagram and system design scheme of various important modules, and according to the situation of different choice different scheme. The second part is the system of machine parts below the principle and specific hardware ci

4、rcuit design, and using the Protel 99se auxiliary software rendering diagram. This section includes temperature detection, LCD display, etc, can be passed through serial current value to PC. The third part is the serial communication and communication agreement. The fourth part is the system PC user

5、 interface design and realization. Here the Visual Basic 6.0 programming application software design interface. Users can set according to need, can send instructions and serial interface display in. The fifth part of the program design shows the software flow chart, the procedure of the operation p

6、rocess, the software design thought. This system integrated SCM principle and interface technology, serial transmission technology, computer control technology is designed based on AVR SCM and PC communications system. This system can be used in the simple data transmission, test and control, etc. H

7、ave good practical value. Key words: PC Serial communication Communications protocol I 目录 第一章 绪 论 .1 1.1 系统设计介绍 . 1 1.2 系统设计意义 . 1 1.1 系统下位机设计 . 3 1.1.1数据显示 . 3 1.1.2温度检测 . 4 1.2 系统通信方式 . 4 1.3 系统上位机设计 . 5 第二章 系统下位机硬件设计与实现 .6 2.1 控制电路 . 6 2.2 电源 . 7 2.3 DS18B20 温度检测 . 8 2.4 单片机显示 . 9 第三章 串口通信 . 12 3

8、.1 异步串行通信原理 . 12 3.2 同步 /异步串行收发器 USART. 12 3.3 RS-232串行通信 . 14 3.4 本设计的通信协议 . 17 第四章 系统上位机软件设计与实现 . 19 4.1 初识 VISUAL BASIC . 19 4.2 VISUAL BASIC 串行通信控件 MSCOMM 介绍 . 21 4.1.1 MSComm 控件的引用 . 21 4.1.2 MSComm 控件工作方式 . 22 4.1.3 MSComm 控件控制原则 . 23 4.1.4 MSComm 控件属性说明 . 23 4.3 上位机系统操作界面的设计与实现 . 24 第五章 系统程序编

9、写与设计 . 26 5.1 下位机部分主程序 . 26 5.2 上位机部分主程序 . 26 II 总结 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 A：程序 . 31 （ 1）上位机部分程序 . 31 （ 2）单片机部分程序 . 34 附录 B：电路图 . 40 （ 1）系统总体电路图 . 40 （ 2）电源部分电路图 . 41 1 第一章 绪 论 1.1 系统设计介绍 本课题是基于 AVR 单片机与上位机通信系统的设计，此设计包括下位机 AVR 单片机检测，串口通信，上位机用户操作界面部分等。 下位机部分包括 AVR 单片机、温度检测、液晶显示和串口传输等功能，温度传感器 DS18B

10、20 检测外界温度传给 AVR 单片机， AVR 单片机处理数据，可以通过 LCD1602 显示当前温度值。上位机部分利用辅助软件Visual Basic 6.0 设计了操作界面，用户可以根据需要自行设置，当上位机接收到数据之后可以显示于窗口之中。上位机和下位机之间通过串口传输数据进行通信。 系统中上位机用户操作界面可以和 下位机 AVR 单片机之间的数据传输，并可以将数据显示在操作界面之上，实现了 AVR 单片机和上位机之间的通信。 1.2 系统设计意义 单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表和机器人制作等领域，使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率

11、低，可靠性高。 AVR 单片机具有 简便易学，费用低廉 ； 高速、低耗、保密 ； I/O 口功能强 ,具有 A/D 转换等电路 ； 有功能强大的定时器 /计数器及通讯接口 等优点，所以在很多制作和创新中成为首选。 AVR单片机与上位机的通信系统是人与单片机应用系统之间的交互界 面，在单片机应用系统中，人们常常需要通过输入设备来输入特定的信息，如电信号、语音信号、光信号等，系统对输入的信号进行分析处理后输出结果。系统的这些输出通过电、声、光、图像等方式表现出来，人们再根据系统的输出来决定下一步工作，实现人与系统之间的交互。 随着信息技术的普及和发展，尤其是跨入 21 世纪以后，通信技术得到了迅速

12、的发展 ， 已经渗透到国民经济的各行各业和人们生活的方方2 面面，在工业自动化、 生产过程控制、信号的采集与处理、 、 安全防范、家用电器控制及日常生活 等 各个方面都得到了广泛的应用。 本系统综合单片机原理及接 口技术、串口传输技术、上位机控制等技术设计出 基于 AVR 单片机与上位机的通信系统。 该系 统可 以 应用于简单的数据传输，检测控制 等领域， 具有较好实用价值。 3 第一章 系统的 方案 设计 根据题目要求 ，整个设计系统可以划分为几个基本模块，系统框图如图 1所示。对各模块的实现分别有以下不同的设计方案。 图 1 体统总体框图 本设计中，下位机系统可以检测外界环境温度，并显示在

13、显示模块中。 上位机 系统 可以通过串口发送指令给 下位机 ， 下位机 可以将 数据通过串口传递给上位机 ， 并显示于 上位机 的 设计窗口中 。 1.1 系 统 下位机 设计 系统下位机部分 包括温度检测、显示模块等。 温度检测模块实时检测外界环境温度，传递给 AVR 单片机 Atmega16L 分析处理后可以 通过显示模块 显示数据 。下位机系统可以通过上位机发送的指令执行既定程序，收发数据 等 。 1.1.1数据显示 方案一 ：采用 AVR 单片机 Atmega16L 控制液晶 LCD1602 显示数据。LCD1602 为字符型液晶显示模块， 2 行输出，每行 16 个字符。液晶显示屏具

14、有微功耗、体积小、重量轻、可靠性高等特点。它超薄轻巧，可以满足不同需要，显示内容 .丰富，接口简单方便。 串 口 单片机控制系统 显 示 温度检测 按 键 下位机部分 显示 模块 PC机操作界面 数据输出 /入 设 置 上位机部分 4 方案二 ：采用 AVR单片机 Atmega16L 控制七段数码管显示数据。 单片机动态扫描 4位 七段数码管，根据显示数码位数的需要把时间分成若干等分，某一时刻仅驱动一位或几位数码管，选择一定的扫描频率，使得人看起来没有闪烁的感觉。 此种方法占用的 I/O 接口较多。 综合考虑，选用方案一，不仅简化了接口，使电路的硬件结构优化，而且控制容易。 1.1.2温度检测

15、 方案一 ： 采用 DS18B20 温度传感器。 DS18B20 数字 温度传感器是 单总线器件， 具有耐磨耐碰，使用方便 ， 线路简单，体积小的特点 。 测量温度范围在 55 到 125 之间 。 实际应用中 不需要任何外部元器件即可实现测温 。 方案二 ： 采用 PT100 温度传感器 。 Pt100 温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器，测量范围可达 200 到 850 ，具有抗振动、稳定性好、 线性度好、 准确度高、耐高压等优点。 但相对来说 PT100 温度传感器价格较高。 综合实际考虑，采用方案一。采用 DS18B20 温度传感器不仅设计的电路简单，而且降低了设计成本。 1.2 系

16、统 通信 方式 方案一 ：采用 异步 串行通信方式。 串行通信 ，是指 构成一个字符或数据的每一位按时间先后一位一位地传输 ，占用较少通信线 。 异步通信，是指数据传送以 字符为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位之间的传送基本上是同步的 。 串行通信常作为计算机与外设或计算机之间传输信息之用 ， 使成本降低。 方案二 ：采用并行通信方式。 并行通信 即 构成一个字符或数据的每一位同时传送。每一位都占用一条通信线，另外还需联络线以保证微处理器能与外围设备协调地工作。并行通信具有较高的传输速度，但由于在长线上驱动和接收信号较困难，驱动和接收电路较复杂，因而并行通信的传输距离受到限制。 5

17、 综合考虑，采用方案 一异步 串行通信 方式 。 1.3 系统上位机设计 方案一 ：采用 Visual Basic 程序设计语言编写。 Visual Basic 是一种面向对象程序设计语言，可以将程序代码和数据是为对象。因此可以将引用的窗体或是窗体的控件以及整个应用程序是为一个对象。由对象的概念引申出于对象相关的属性、事件、和方法。从而大大简化了整个程序设计的步骤和难度。 方案二 ：采用 Visual C+ 程序设计语言编写。 VC+是完全面向对象的编程工具 ， 是完全编译语言 。 VC+效率高，封装性好，继承性高 ，编译后得到的程序可直接运行 。利用 VC+设计上位机 不仅需要对面向对象的编

18、程技术有扎实的理解，而且需要充分了解 Windows 编程所涉及的方方面面。 VC+的可视化没有 VB 的好 ， VB 功能没有 VC 强大，但是很容易掌握 ，而 VC+学起来有难度 。综合实际考虑，采用 采用方案一，利用 Visual Basic 设计上位机界面。 6 第二章 系统下位机硬件 设计 与实现 系统的下位机部分主要包括控制 模块 、温度检测 模块 、显示 模块 等。下位机 控制模块 采用 Atmega16L 作为 主控 芯片，温度检测模块采用DS18B20 温度传感器检测外界温度，并传递给单片机，单片机控制显示模块 LCD1602 显示外界环境的实时温度。 当上位机发出指令，要求

19、下位机传递数据时，通 过串口，下位机可以将此时的外界环境温度传递给上位机，实现上位机与单片机的通信。 2.1 控制电路 ATmega16L 是基于增强的 AVR RISC 结构的低功耗 8位 CMOS 微控制器。由于其先进的指令集一级单时钟周期指令执行时间， ATmega16L 的数据吞吐率高达 1MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 图 2为 ATmega16L 引脚分布图。 图 2 ATmega16L 引脚分布图 Atmega16L 的 PA7 引脚用来检测外界温度，接 DS18B20； PB 口用来 控制显示模块， PB0-PB7 分别外接 LCD1602 的 7-17 引脚。 DS18B20 检测到外界的温度，传递给单片机，单片机送数据给 LCD1602 实现显示功能。