基于单片机的串行通信发射机设计【毕业论文+文献综述+开题报告】.doc
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1、(2011届)毕业设计题目基于单片机的串行通信发射机设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称年月日基于单片机的串行通信发射机设计摘要本设计是以STC89C51单片机作为主控芯片,采用串口通信,把数据显示在计算机界面上,从而实现向计算机发送数据。本系统的设计包括硬件和软件两大部分。采用MAX232芯片实现RS232的EIA电平与单片机TTL电平的转换,通过电平转换电路把有效数据发送给PC机。系统的硬件部分大致可分为四部分单片机处理部分、显示电路部分、键盘控制电路、与计算机串口通信部分。系统的软件部分分为三大部分多个按键组成的控制模块、数码显示部分、串口通信部分。关键词单片机、C语言、串行
2、通信、MAX232、发射IBASEDONSCMSERIALCOMMUNICATIONTRANSMITTERDESIGNABSTRACTTHISDESIGNUSESTHESTC89C51UNIPOLESLABMACHINEASTHELORDCONTROLSCHIP,ADOPTIONSTRINGORIFICECORRESPONDENCE,SHOWATTHECALCULATORINTERFACETOTHEDATAUP,THUSREALIZETOTHECALCULATORTRANSMITDATATHEDESIGNINCLUDINGHARDWAREANDSOFTWAREOFTHISSYSTEMISTWO
3、GREATESTFRACTIONSADOPTINGEIATHATTHEMAX232CHIPSESCARRYOUTRS232TOGIVEORGETANELECTRICSHOCKISEVENANDUNIPOLESLABMACHINETTLGIVEORGETANELECTRICSHOCKAFLATCONVERT,PASSGIVEORGETANELECTRICSHOCKEVENCONVERTTELEPHONETOSENDOUTTHEEFFECTIVEDATATOTHEPCMACHINETHEHARDWAREFRACTIONOFSYSTEMMOSTLYCANISDIVIDEDINTOAFOURPARTD
4、ECIUNIPOLESLABTHEMACHINEHANDLEFRACTION,DISPLAYTELEPHONEFRACTION,KEYBOARDCONTROLCIRCUIT,ANDCALCULATORSTRINGTHEORIFICECORRESPONDBYLETTERFRACTIONTHESOFTWAREFRACTIONOFSYSTEMISDIVIDEDINTOTHREEBIGFRACTIONSSEVERALKEYSCONSTITUTEOFTHECONTROLMOLDMASS,FIGURESDISPLAYFRACTION,STRINGORIFICECORRESPONDENCEFRACTIONK
5、EYWORDSSCM,CLANGUAGE,SERIALCOMMUNICATION,MAX232,LAUNCHII目录摘要IIIABSTRACTIV1绪论711课题的背景712串行通信技术国内外发展现状713课题研究的主要内容82系统设计方案921设计要求922系统总体设计框图923STC89C51引脚说明1024单片机的串行接口1025MCS51的串行和控制寄存器11251串行口和控制寄存器11252串行口工作方式123系统硬件设计1431晶振电路设计1432复位电路设计1433RS232串行接口电路1534数码管显示电路1735键盘控制电路204系统软件设计2241程序流程图2242通信协议
6、的实现23421串行口控制寄存器SCON的设置23422定时器的初始化设置23423波特率计算24424发射部分24425单片机接收2843显示部分28结论30参考文献31致谢32附录33附录图1系统原理图和PCB板图33III附录图2作品实物正面35附录图3作品实物反面35附录图4发射时的图片36附录5软件程序39毕业设计41绪论11课题的背景随着微机和单片机技术的不断发展,由PC机与多台单片机构成的多机网络监控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在采集实时数据和微机对图形处理显示的优点。同时,在WINDOWS环境下后台微机在数据库管理上有明显的优势,二者结合,使得单片机的应用
7、已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制,并且形成以网络为核心的分布或多点系统发展的趋势。然而这些单片机的发展方向和趋势的前提是必须有一个良好的通信,使得微机能良好的采集单片机传来的数据。介于串行通信是一种简单易行、可靠的通信方式,所以在工业控制中已被大量采用。在许多工业生产中用计算机对生产过程实行实时监控,对下位机发送来的数据进行实时数据处理,以及控制信号的产生与传输等功能。在这种工业生产的特定环境下,计算机要与过程控制的实时信号相联系,因此要求计算机能实现对串行端口的直接操作。故本设计就是要通过单片机的发送,让PC机能对单片机发送的数据进行接收。12串行通信技术国内外发展现状至今,微机与下
8、位单片机的通信发展已经有十几年的历史了,随着越来越成熟的通信技术和控制系统,PC机与下位机的通信已经实现产品化、工业化。但是越来越多的现实问题对该通信领域的要求越来越高。如便捷问题,无线的通信。近年来,上位机与下位机的通信领域研究的势头与日俱增,成果也越来越多。现在该通信领域正朝着网络化、便捷化、无线化发展。网络化就是以一台PC机为核心机,对多个下位机进行数据的采集和处理,并发送相应的命令进行控制。如果有需要的话,各个下位机之间也可以形成通信,以方便满足通信的需要。便捷化,串口通信已经是非常成熟的一种通信方式,但由于是串口形式,PC机上必须要有RS232接口,这样的连接对于以体积为重要指标的笔
9、记本电脑就不是非常的方便了。这样,USB接口就应运而生了,这是一种全新的接口模式。基于单片机的串行通信发射机设计5无线化,随着计算机通信和无线技术的逐步融合,通信已经从传统的有线通信转化到了如今的无线通信,无线通信有快捷、方便、可移动和安全等优点,现在已经广泛应用到了遥控玩具、汽车电子、环境监测和电气自动化等领域。13课题研究的主要内容随着数字化、信息化的高速发展,PC机对下位单片机的良好通信就显得尤为重要。串行通信是一种简单易行、可靠的通信方式。本课题研究的主要内容是利用STC89C51单片机作为主控芯片,采用MAX232芯片实现RS232的EIA电平与单片机TTL电平的转换,通过电平转换电
10、路把有效数据发送给PC机。本次设计的目的就是以STC89C51单片机作为主控芯片,采用串口通信,把数据显示在计算机界面上,从而实现向计算机发送数据。本系统的设计包括硬件和软件两大部分。系统的硬件部分大致可分为四部分单片机处理部分、显示电路部分、键盘控制电路、与计算机串口通信部分。系统的软件部分分为三大部分多个按键组成的控制模块、数码显示部分、串口通信部分。毕业设计62系统设计方案21设计要求电路主要由AT89C51单片机和由多个按键组成的控制模块、时钟电路、显示电路、电平转换电路等部分组成。其主要技术指标P1口来控制,通过按键对系统的各个部分进行控制。P2、P3口产生信号并通过共阳极数码管来显
11、示。软件采用C语言来编写,发射程序在通信协议一致的情况下完成数据的发射,同时,显示程序对发射的数据加以显示。22系统总体设计框图系统总体框图如图21。信号的发送由键盘控制,通过MAX232芯片实现RS232的EIA电平与单片机TTL电平的转换,当通信协议一致时,数据便能发送到PC机上了,同时把发送的信号发送到数码管上显示。单片机按键触发时钟电路复位电路电平转换RXDTXDPC机串口LED数码管显示图21系统设计总体框图时钟电路给单片机提供晶振频率,本设计的晶振选用11059M,复位电路作用是重新复位单片机,使单片机重新复位启动单片机。本系统设置了4个按键,连接单片机的P00P03,用于信号发射
12、的控制。显示部分由两位LED数码管组成,用单片机的P1口控制它的段选码,由P2口的两个口控制数码管的位选。电平转换电路主要有MAX232芯片组成,连接单片机的两个通信端口RXD和TXD,使PC机能和单片机的电平一样,进行通信。基于单片机的串行通信发射机设计723STC89C51引脚说明P00P07P0口8位双向口线(引脚3932)P10P17P1口8位双向口线(引脚18)P20P27P2口8位双向口线(引脚2128)P30P37P2口8位双向口线(引脚1017)P0口有三个功能1作扩展外部存储器时,为数据总线(D0D7);2作扩展外部存储器时,为地址总线(A0A7);3作不扩展时,当I/O使用
13、,由于内部无上拉电阻,作输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1口只可以做为I/O口使用内部有上拉电阻。P2口有两个功能1作扩展外部存储器时,作地址总线使用;2作一般I/O口使用时,内部有上拉电阻;P3口除了作I/O使用外(内部有上拉电阻),还有一些特殊功能,接收一些用于FLAS闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST复位输出。当震荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平使机器复位。XTAL1震荡器反向放大器及内部时钟的输入端。XAAL2震荡器反向放大器的输出端。24单片机的串行接口MCS51单片机内部有一个全双工的串行接收器和发射缓冲器(SBUFF),是两个在物理上独立的接收发射器,即
14、可以接收也可以发射数据,但接收缓冲器只可读出不能写入,而发送缓冲器只能可写入不能读出,它们的地址是99H。这个通信口既可以用于网络通信,也可以实现串行异步通信,还可以构成同步移位寄存器使用。在串行口的输入、输出引脚上加上电平转换器,就可以方便的构成标准的RS232接口。RS232C标准(协议)的全称是EIARS232C标准,其中EIAELECTRONICINDUSTRYASSOCIATION代表美国电子工业协会,RS(RECOMMENDEDSTANDARD)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改(1969),在这之前,有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电
15、气特性、信号功能及传送的图22单片机STC89C51毕业设计8过程。常用物理标准还有EIARS422A、EIARS423A、EIARS485。例如,目前在PC机上的COM1、COM2接口,就是RS232C接口。25MCS51的串行和控制寄存器251串行口和控制寄存器MCS51单片机串口专用寄存器结构如图所示。SBUF为串口的收发缓冲器,是一个可寻址的专用寄存器,包含了接收器和发射器寄存器,可以实现全双工通信。这两个寄存器具有同一地址99H。MCS51的串行数据传输很简单,只要向缓冲器写入数据,数据就可以发送;从接收缓冲器读出数据就可以接收数据。另外,接收缓冲器前还需加上一级输入移位寄存器,MC
16、S51这种结构的目的在于避免在接收数据时发生重叠现象,文献称这种结构为双缓冲结构。而发送数据就不需要这样设计,因为发送时CPU是主动的,不可能出现这种情况。A串行通信寄存器在上一节我们已经分析了SCON控制寄存器,它是一个可寻址的专用寄存器,用于串行数据通信的控制,单元地址是98H,其结构格式如下表21SCON寄存器结构D7D6D5D4D3D2D1D0SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H下面我们对个控制位功能介绍如下(1)SM0、SM1串口工作方式控制位SMOSM1工作方式功能说明00方式0移位寄存器方式(用于I/O扩展)0
17、1方式18位UART,波特率可变(T1溢出率/N)基于单片机的串行通信发射机设计910方式29位UART,波特率为FOSC/64或FOSC/3211方式39位UART,波特率可变(T1溢出率/N)(2)SM2多机通信控制位多机通信是工作方式2和方式3,SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态,当串口工作方式2或3,以及SM21时,只有当接收到第9位数据(RB8)为1时,才把接收的前8位数据送入SBUF,且置位RI发出中断申请,否则会将收到的数据放弃。当SM20时,只有在接收到有效停止位时才启动RI,若没接收到有效停止位,则RI清“0”。在方式0中,SM2应该为“0”。REN允许接收控制位。由软
18、件置“1”时,允许接收;软件置“0”时,不许接收。TB8工作在方式2和方式3时发送的第9位数据,需要时用软件置位和清零。TB8工作在方式2和方式3时接收到的第9位数据。在方式1时,如SM20,则RB8接收到的是停止位。在方式0中,不使用RB8。TI发送中断标志。硬件在方式0发送完第8位时置“1”,或在其它方式中串行发送停止位的开始时置“1”。必须由软件清“0”。RI接收中断标志。由硬件在方式0串行发射第8位结束时置“1”B特殊功能寄存器PCONPCON主要是是CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器,单元地址为87H其机构格式如下表表22特殊功能寄存器PCONPCOND7D6D5D4D3
19、D2D1D0位符号SMODGF1GF0PDIDL在CHMOS型单片机中,除SMOD位外其它位均为虚设的,SMOD是串行波特率倍增位,当SMOD1时,串口波特率加倍,系统复位默认SMOD0。C中断允许寄存器IEES为串行中断允许控制位,ES1允许串行中断,ES0,禁止串行中断。毕业设计10252串行口工作方式串行口具有4种工作方式,我从应用和毕业设计的角度,重点讨论方式1发送。串行口定义为方式1时传送1帧数据为10位,其中1位起始地址、8位数据位(先低位后高位)、1位停止位方式1的波特率可变,波特率T1的溢出率32/SMOD表23中断允许寄存器符号EAESET1EX1ETOEX0位地址AFHAE
20、HADHACHABHAAHA8HA8H基于单片机的串行通信发射机设计113系统硬件设计31晶振电路设计在单片机系统设计中,振荡电路的设计是十分重要的一个环节。系列单片机的典型振荡电路如图31所示。图31单片机振荡电路C5、C6叫负载电容。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态,也可以理解为谐振电容的一部分。它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的,换句话说,晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的,能最大限度的保证频率值的误差,也能保证温漂等误差。两个电容的取值是相同的,或者说相差不大,如果相差太大,容易造成谐振的不平衡,容易造成停振或者干脆不起振。震荡频率是12M,幅度是5V。输出的信号与单
21、片机的18、19脚相连。32复位电路设计复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时,都需要先复位,使CPU和系统中其他部件处于一个准确的初始状态,并从这个状态开始工作。因而,复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部电路才能实现。当MCS5L系列单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作;如RST持续为高电平时,单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求,通常复位操作有两种形式上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后,自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图A中左图所示。图中电容C1和电阻R1组成微分电路,上电后,R
22、ST高电平保持一段时间,由于单片机内的等效电阻的作用,不用电阻R1,也能达到上电复位的作用,如下图32A中右图所示。毕业设计12AB图32单片机的复位电路A上电复位B上电或开关复位电路上电或开关复位电源接通后,单片机自动复位,并且在单片机运行期间,开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如上图B所示。上电后,由于电容C3的充电和反相门的作用,RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键KRST后松开,也能使RST持续一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作。本系统单片机的复位电路如下图所示图33单片机复位电路33RS232串行接口电路串口是计算机上一种非常通用
23、的设备通信的协议,大多数计算机有两个基于RS232的串行口。串口也是仪器仪表设备通用的通信协议,很多GPIB兼容的设备也带有RS232接口。同时,串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单,串口按位(BIT)发送字节和接收字节。尽管比并行通信慢,但是串口可以在使用一根线发送数据的同时使用另一根线接收数基于单片机的串行通信发射机设计13据。很简单而且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时,规定设备线总常不超过20米,而且任意两个设备间的长度不超过2米;而对于串口而言,长度可达1200米。单片机与PC的串行通信的硬件原理图如图34所示图34单片机串行通信
24、硬件原理图图35MAX232与RS232连接的PROTEL电路图MAX232的应用一MAX232资料简介该产品是一款兼容RS232标准的芯片。电脑串行口RS232的电平是10V到10V,而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0到5V,MAX232就是用来进行电平转换的。它包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路(提供TIA/EIA232F电平)。它符合TIA/EIA232F的标准,每一个接收器将TIA/EIA232F电平转换成5V的TTL/CMOS电平;每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA232F电平。毕业设计14二主要特点1、单5V电源工作2、LINBICMOS
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