1、- 1 -单片机串行口与 PC 机通讯目 录第1节 引 言 .11.1 单片机串行口与PC机通信概述 .11.2 系统主要功能 .1第2节 单片机串行口与PC机通讯硬件设计 .22.1 系统的硬件构成 .22.2 设计说明 .22.3 系统电路图 .32.4 8031单片机及其引脚说明 .52.5 显示接口8279的功能及其引脚说明 .52.6 数据格式和数据的协议 .6第3节 系统软件设计 .73.1 系统主程序框架图 .73.2 系统主要程序 .8第3节 结束语 .14参考文献 .151第 1 节 引 言单片机应用中，串口通信是不可缺少的部分。如何编写有效的串口通信程序对程序的结构、可靠性
2、都有很大的影响。串口控制程序一般分为查询和中断两者方式。查询方式适用于简单的应用，简单可靠，但是缺点是需要占用处理器资源，在发送或者接收数据的时候不能做其它的事情，处理器利用率低。中断方式下，在发送或者接受数据的时候处理器还可以做其它的工作，效率较高。1.1 单片机串行口与 PC 机通讯概述目前，计算机控制系统已逐步从单机控制发展成为多机控制并出现了以计算机技术为核心，与数据通讯技术相结合的集检测、控制和管理为一体的计算机网络，即集中分布式测控系统。其中单片机作为从机，负责现场控制和实时数据的采集；PC 机作为主机，负责对各从机发来的数据进行分析、处理，并向各从机发布命令，以实现对工业现场的集
3、中监控与管理。由于主从机需不断进行信息交流，因此通信成为分布式测控系统重要而基本的功能。基本原理 PC 机与单片机之间通常采用 2 种通信方式：并行通信和串行通信。并行通信是指将待发送数据的各位同时传送，串行通信则将数据一位一位地按顺序传送。并行通信虽然传输效率高，由于所需硬件设备复杂，不适于长距离通信，所以一般只适用于要求实时性强，传送速率较高的控制系统中，实用面较窄；相比之下，串行通信简单易实现，传输距离较长，所以已被广泛应用于各种工控系统中。串行通信分为同步通信和异步通信 2 种方式。同步通信是指通过在每个数据块开始时的同步字符来实现收发双方同步的一种数据传输方法，常用于信息量大，速度要
4、求高的场合；异步通信则规定了标准的字符数据传输格式，即每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。由于有冗余位，所以传送效率不高，常用于信息量不大，速度较低的场合。在计算机测控系统中，由于串行接口的标准化，一般采用异步串行通信方式，以提高其通用性。由于各种接口的机械和电器特性有所差异，串行通信分为近程通信和远程通信。2 接口电路的设计 21 近程通信目前，PC 机是利用异步通讯控制器来实现串行通讯的，其核心是 8250 通讯芯片加上一些收发逻辑电路。接口标准大多是 RS232 标准，其通讯距离小于 15 m，传输速率小于20 kbs。 RS232 标准是按负逻辑定义的，他的 “1”电平
5、在515 V 之间，“0”电平在515 V 之间。由于 PC 机使用的是 TTL 电平信号，因此数据输出时必须把 TTL 电平信号转换成驱动器 MC1488 和接收器 MC1489，其作用除了电平转换外，还实现正负逻辑电平转换。21.2 系统主要功能本实验实现以下功能，将从实验机键盘上键入的数字，字母显示到 PC 机显示器上，将 PC 机键盘输入的字符（0-F）显示到实验机的数码管上。第 2 节 单片机串行口与 PC 机通讯硬件设计2.1 系统的硬件构成利用 8031 单片机串行口，实现与 PC 机通讯。 CS8279 接 8700H。 模块中的十个短路套都套在 8279 侧。 8279 状态
6、口地址为 8701H；8279 数据口地址为 8700H2.2 设计说明1.当用 GR 命令执行程序时，实验机内部会将 8031 串行口电路切换与 PC 机通讯，无须连线。 2.程序执行前，进入 LCA51，加载程序后，才进入调试菜单工具中的对话窗口，然后执行 GR0，就可实行单片机串行口与 PC 机通信实验2.3 系统电路图3图 1 系统电路图2.4 8031 单片机及其引脚说明单片机有许多种类，从生产厂家看，有Intel、Motorola、Epson、NEC、Phlips 等公司；按位数分有四位机、八位机、十六位机-也就是可以同时对四位、八位或十六位二进制码进行运算；从用途上又可以分为通用
7、和专用。Intel 公司的 MCS-51 系列属于 8 位机的系列，性能可能满足大多数应用的需要。它应用广泛、价格便宜、技术成熟，适于初学者学习。 在 MCS-51 系列中又有许多型号，包括 8031、8051、8751 等。其中 8051 的程序已经由工厂做在单片机内部（称做掩膜） ， 是为批量用户定制的，对于我们学习不适用。8751 是在芯片内有可擦写的程序存储器，这种芯片是为做掩膜前验证电路用的， 也用于一些有特殊要求的场所。8031 内部没有程序存储器，它的程序存储器接在芯片外面，这样恰好便于在开发过程中对程序存储器进行控制，因此选 8031 学习是比较适宜的。其实这几种4型号的原理完
8、全一样，学会 8031 其它型号也就掌握了图 2 8031 引脚配置8031 芯片的 40 条引脚功能为：1、主电源引脚 VCC和 VSSVCC（40 脚）接+5V 电压；VSS（20 脚）接地。2、外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1（19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机，此引脚应接地；对 CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18 脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机，该引脚接外部振荡器
9、的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对 XHMOS，此引脚应悬浮。3、控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPPRST/VPD（9 脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与 VSS引脚之间连接一个约 8.2k 的下拉电阻，与 VCC引5脚之间连接一个约 10F 的电容，以保证可靠地复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部 RAM 的数据不丢失。当 VCC主电源下掉到低于规定的电平，而 VPD 在其规定的电压范围（50.5V）内，VPD 就向内部 RAM 提供备用电源。AL
10、E/PROG（30 脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个 LS 型的 TTL 输入电路。对于 EPROM 单片机（如 8751） ，在 EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG） 。PSEN（29 脚）：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机
11、器周期两次 PSEN 有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 同样可以驱动（吸收或输出）8 个 LS 型的 TTL 输入。EA/VPP（引脚）：当 EA 端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过 0FFFH（对 851/8751/80C51）或 1FFFH（对 8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的 8031 来说，无内部程序存储器，所以 EA 脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于 EPROM 型的单片机（如
12、8751） ，在 EPROM 编程期间，此引脚也用于施加 21V的编程电源（VPP） 。4、输入/输出（I/O）引脚 P0、P1、P2、P3（共 32 根）P0 口（39 脚至 32 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线的低 8 位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LS 型的 TTL 负载。P1 口（1 脚至 8 脚）：是准双向 8 位 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。P1 口能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的第二功能为 T2 定时/
13、计数器的外部输入，P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端。对EPROM 编程和程序验证时，它接收低 8 位地址。P2 口（21 脚至 28 脚）：是准双向 8 位 I/O 口。在访问外部存储器时，它可6以作为扩展电路高 8 位地址总线送出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证期间，它接收高 8 位地址。P2 可以驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。P3 口（10 脚至 17 脚）：是准双向 8 位 I/O 口，在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3 能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的
14、TTL 负载。作为第一功能使用时，就作为普通 I/O 口用，功能和操作方法与 P1 口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。值得强调的是，P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。图 3 系统主程序流程图2.5 显示接口 8279 的功能及其引脚说明可编程键盘/显示接口 8279 可编程键盘/显示接口 8279 的引脚功能8279 采用单一电源供电，脚封装。DB0DB7:双向数据总线，用来传送 8279 与 CPU 之间的数据和命令。CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。RESET:复位输入线，8279 复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹
15、型式，程序时钟前置分频器被置为 31,RESET 信号为高电平有效。CS:片选输入线，低电平有效，单片机在 CS 端为低时可以对 8279 读/写操作。A0:缓冲器低位地址，当 A0 为高电平时，表示数据总线上为命令或状态， 当为低电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平时，表示数据总线上为数据。RD:读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。WR:写信号输入线，低电平有效，将缓立器读出， 将数据从外部数据总线写入8279 的缓冲器。7RL2- 1 40 -VCC RL3- 2 39 -RL 1 CLK- 3 38 -RL 0 IRQ- 4 37 -CNTL/STB RL
16、4- 5 36 -SHIFT RL5- 6 35 -SL 3 RL6- 7 34 -SL 2 RL7- 8 33 -SL 1 RESRT- 9 32 -SL 0 RD- 10 31 -OUT B0 WR- 11 30 -OUT B1 DB0- 12 29 -OUT B2 DB1- 13 28 -OUT B3 DB2- 14 27 -OUT A0 DB3- 15 26 -OUT A1 DB4- 16 25 -OUT A2 DB5- 17 24 -OUT A3 DB6- 18 23 -BD DB7- 19 22 -CS VSS- 20 21 -A0 IRQ:中断请求输出线，高电平有效，在键盘工作方
17、式下，当 FIFO/传感器 RAM中有数据时，此中断线变为高电平，在 FIFO/传感器 RAM 每次读出时，中断线就下降为低电平，若在 RAM 中还有信息，则此线重又变为高电平。在传感器工作方式中，每当探测到传感器信号变化时，中断线就变为高电平。SL0SL3:扫描线，用来扫描按键开关，传感器阵列和显示数字， 这些可被编程或被译码。RL0RL7:回送线，经过按键或传感器开关与扫描线联接， 这些回送线内部设置有上拉电路，使之保持为高电平，只有当一个按闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时，均保持高电平。SHIFT:换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平，没有按下 SHIFT 开关时，8SHIF
18、T 输入端保持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置和换位输入状态一起被存贮起来。CNTL/STB:当 CNTL/STB 开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平， 对于键盘输入方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存贮起来，在选通输入方式中，作选通用，把数据存入 FIFO RAM 中。OUTA3OUTA0 及 OUTB3OUTB0:显示输出 A 口及 B 口，这两个口是 164 切换的数字显示。这两个端口可被独立控制，也可看成一个位端口。BD:空格显示,此输出端信号用于在数字转换时将显示空格或者用显示空格命令控制其显示空格字符。VCC:电源输入线。
19、VSS:地线输入线。2.6 数据格式和数据交换的协议Max232 产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。该器件包含 2 驱动器、2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成5-V TTL/CMOS 电平。每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。图 4 系统主程序流程图计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时
20、，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C 接口（又称 9EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在 1970 年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准“该标准规定采用一个 25 个脚的 DB25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。一般只使用3-9 条引线。第 3 节 系统的软件设计本系统的软件系统主要可分为主程序、串口收发程序，读取键盘子程序，显示字符子程序四大模块。3.1 系统主程序设计图 5 系统主程序流程图
