单片机串行通信发射机Word文件下载.docx

1、单片机串行通信发射机系统第1节 引言我所做的是单片机串行通信发射机，它能显示数字信号，还能将信号发射出去。采用串行工作方式，能显示00-99的数字，用单片机89C51来控制，采用共阳极数码显示，软件部分由汇编语言编写。 单片机串行通信发射机是用来发射信息，能完成信息准确无误的显示发射，使信息能够在两地之间传递，给人们在通信上带来方便。发射机设计的思路是:由一片单片机来控制信息的发射、存储和显示，用汇编语言编写发射程序和显示程序，使硬件和软件加以结合，完成发射机的设计。 硬件的设计要考虑多方面，以自己设计的目的为出发点，设计合理的方案。发射机需要硬件和软件的配合、补充，软件编写要和接收机达成相同

2、的通信协议，这样才能完成预期的效果。1.1 硬件介绍1.1.1 单片机的特点单片机主要有如下特点：1.有优异的性能价格比。2.集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。3.制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。4.低功耗、低电压，便于生产便携式产品。5.外部总线增加了I2C（Inter-Inte

3、grated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。6.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。1.1.2 单片机的应用由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：1.单片机在智能仪表中的应用2.单片机在机电一体化中的应用3.单片机在实时控制中的应用4.单片机在分布式多机系统中的应用5.单片机在人类生活中的应用单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面，另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改

4、变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能通过单片机来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是对传统控制技术的一次革命。A：由单片机组成控制器的结构和特点：单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支，是把构成一台微型计算机的主要部件如中央处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）和各种功能I/O接口集成在一块芯片上的单芯片微型计算机（Single Chip Micro Computer）,简称单片机.由于它的结构与指令功能都是按工业控制要求设计的,且近年来单片机着力扩展了各种控制功能如A/D、PWM等,因此我们更多时候称其为

5、一个单片形态的微控制器（Single Chip Micro Controller）,或直接称其为微控制器（Micro Controller）。B：用单片机组成的微机控制系统具有以下特点:1.受集成度限制,片内存储器容量较小,一般片内ROM小于48K字节,片内RAM小于256字节;但可在外部进行扩展,如MCS51系列单片机的片外可擦可编程只读存储器（EPROM）、静态随机存储器（SRAM）可分别扩展至64K字节。2.可靠性高。单片机芯片本身是按工业控制环境要求设计的,其抗工业噪声的能力优于一般通用CPU;程序指令及其常数、表格固化在ROM中不易破坏;常用信号通道均在一个芯片内,故可靠性高。3.易

6、扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件,芯片外部有许多供扩展用的总线及并行、串行输入/输出端口,很容易构成各种规模的微机控制系统。4.控制功能强。为了满足工业控制要求,单片机的指令系统中有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。一般来说,单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。5.一般的单片机内无监控程序或系统管理软件,软件开发工作量大。但近年来已开始出现了片内固化有BASIC解释程序及FROTH操作系统的单片机,使单片机系统的开发提高了一个新水平。此外,单片机成本低、集成度高、控制功能多,可灵活地组装成各种智能控制装置,并能有针对性设计成专用系统,解决从

7、简单到复杂的各种需要,实现最佳的性价比。特别是单片机与传统机械产品相结合,使原有机械产品的结构简化、控制智能化。如数控机床就是典型实例。近年来,单片机发展极快,其产量占微机产量的70%以上。目前，至少有50个系列400余种机型，性能和结构各不相同,INTEL、MOTOROLA、ZILCG等公司都有系列单片微型计算机。1.2 AT89C51单片机简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指

8、令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89C51单片机可为你提供许多高性价的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。 图1-1 单片机AT89C51 主要性能参数：与MCS-51产品指令系统的全兼容 4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次可擦写周期全静态操作：0Hz-24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM 32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式 第2节 AT89C51介绍2.1 AT89C51功能特性描述：AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内

9、部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。（1） AT89C51引脚功能说明：Vcc：电源电压GND：地P0口：PO口是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入

10、端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流（I）。Flash编程和程序校验期间，P1口接收8位地址。P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输入缓冲极可以驱动（输入或输出

11、电流）4个TTL逻辑门电路。对端口“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时和作为输出口，作输出口时，因为存在内部上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或1位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口线的内容（也既特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高地址和其他控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对

12、P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示：P3口还接收一些用于Flas 闪速存储器编程和程序校验的控制信号图2-1 AT89C51方框图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。ALE/当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节，即使不访问外部字节，ALE仍时钟震荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟脉冲或用于定时目的。要注意的是：每次访问外

13、部存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还要输入编程脉冲（）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令可激活。此外，此引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应该置ALE无效。：程序存入允许（）输出的是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，既输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。表2-1 AT89C51端口EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFF

14、FH），EA端必须保持低电平（接地）。如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V的编程电压Vpp。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。时钟震荡器：AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。外接石英晶体（或陶瓷震荡器）及电容C1、C2接在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1、C2虽然

15、没有非常严格的要求，但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐使用30pF10pF，而如果使用陶瓷谐振器建议选择40pF10pF。用户还可以采用外部时钟，采用外部时钟如图所示。在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，既内部时钟发生器的输入端，XTAL2悬空。图2-2 内部震荡电路 图2-3 外部震荡电路由于外部时钟信号是通过一个2分频的触发器后作为内部时钟信号的所以外部 表2-2 AT89C51寄存器寄存器内容PC0000HTMOD00HACCTCOMBTH0PSWTLOSP07HTH100H0DPTRP1P30FFHSCON

16、IPxxx00000SBUF不定IE0xxx00000PCON时钟的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续的时间和最大低电平持续的时间应符合产品技术条件的要求。Flash闪速存储器的编程：AT89C51单片机内部有4K字节的Flash PEROM，这个Flash存储存储阵列出厂时已处于擦除状态（既所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程。程序接收高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号。低电压编程模式，适用与用户在线编程系统。而高电平模式可与通用EPROM编程程序兼容。编程方法：编程前需设置好地址、数据及控制信号，编程单元的地址就、加在P1口和P2口的P2.0P2.3（1

17、1位地址范围为0000H0FFFH），数据从P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的电平设置见表。PSEN为低电平，RST保持高电平，EA/Vp 引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）编程时可采用420MHz的时钟震荡器AT89C51的编程方法如下：1.0 在地址线上加上要编程单元的地址信号。1.在数据线上加上要写入的数据字节。2.激活相应的控制信号。3.在高电压编程时，将EA/Vpp端加上+1V编程电压。4.每对Flash存储阵列写入一个字节，加上一个ALE/PROG编程脉冲。（2） AT89C51控制信号RST/VPD（9脚）

18、复位信号时钟电路工作后，在引脚上出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位，复位后片内存储器的状态如表所示，P1P3口输出高电平，初始值07H写入堆栈指针SP、清0程序计数器PC和其余特殊功能寄存器，但始终不影响片内RAM状态，只要该引脚保持高电平，89C51将循环复位，RAT/VPD从高电平到低电平单片机将从0号单元开始执行程序，另外该引脚还具有复用功能，只要将VPD接+5V备用电源，一旦Vcc电位突然降低或断电，能保护片内RAM中的信息不丢失，恢复电后能正常工作。AT89C81通常采用上电自动复位和开关手动复位，我们采用的是手动复位开关如图所示：图2-4 手动开关手动开关未按下之前，电

19、容正极处于家电状态，当按键按下去后，VCC与GND导通，电容放电，从而实现放电。第3节 单片机的串行接口MCS-51单片机内部有一个 全双工的串行接收和发射缓冲器（SBUFF），这两个在物理上独立的接收发射器，即可以接收也可以发射数据，但接收缓冲器只可以读出不能写入，而发送缓冲器只能写入不能读出，它们的地址是99H。这个通信口即可以用于网络通信，亦可以实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果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RS-232接口。下面我们分别介绍。3.1 基本概念数据通信的传输方式：常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和工方式。A

20、单工方式：数据仅按一个固定的方向传送。因为这种传输方式的用途有 限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。B 双工方式：数据可以实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收发开关转换。C 全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送，但一般全双工电路的线路和设备比较复杂。D 多工方式：以上三种传输方式都是同一线路传输一种频率信号，为了充分的利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分、或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们称之为多工传输方式。串行通信的两种通信形式A. 异步通信 在这种通信方式中，接收器和发射器有各自的时钟，他们的工作是非

21、同步的，异步通信用一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，紧接着是若干个数据位，图 是传输45H的数据格式。B.同步通信 同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步传输中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送的数据量较大的C. 串行数据通信的传输速率： 串行数据传输率有两个概念，既美秒传送的位数bps（Bit per second）和美秒符号数-波特率（Band rate）,在具有调治解调器的通信中，波特率与调治速率有关。3.2 MCS-51的串行和控制寄存器3.2.1 串行口和控制寄存器MCS-51单片机串行口专用寄存器结构如图所示。S

22、BUF为串行口的收发缓冲器，它是一个可寻址的专用寄存器，其中包含了接收器和发射器寄存器，可以实现全双工通信。但这两个寄存器具有同一地址（99H）。MCS-51的串行数据传输很简单，只要向缓冲器写入数据就可发送数据。而从接收缓冲器读出数据既可接收数据。此外，接收缓冲器前还加上一级输入移位寄存器，MCS-51这种结构的目的在于接收数据时避免发生重叠现象，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。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

23、3-1 SCON寄存器结构D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98H下面我们对个控制位功能介绍如下：（1）SM0、SM1：串行口工作方式控制位 SMO SM1 工作方式 功能说明 0 0 方式0 移位寄存器方式（用于I/O扩展） 0 1 方式1 8位UART，波特率可变（T1溢出率/ n） 1 0 方式2 9 位UART，波特率为fosc/64或fosc/321 1 方式3 9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

24、。接收状态，当串行口工作方式2或3，以及SM2=1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SM2=0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。由软件置“1”时，允许接收；软件置“0”时，不许接收。TB8：在方式3和方式3中要发送的第9位数据，需要时用软件置位和清零。在方式2和方式3中是接收到的第9位数据。在方式1时，如SM2=0，RB8接收到的停止位。在方式0中，不使用RB8。TI：发送中断标志。由硬件在方式0发送完第

25、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3-2 特殊功能寄存器PCON PCON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SMOD=1时串行口波特率加倍，系统复位默认为SMOD=0。C：中断允许寄存器IE中断允许寄存器这里重述一下对串行口有影响的位ES。ES为串行中断允许控制位，ES=1

26、允许串行中断，ES=0，禁止串行中断。3.2.2 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=2SMOD/32* （T1的溢出率）。表3-3 中断允许寄存器符号EAESET1EX1ETOEX0AFHAEHADHACHABHAAHA8H3.3 数码显示管要用单片机构成发射机，就需要一个人机界面。常采用的方式是LED数码管显示测试结果，用一个小键盘执行某些功能，如请零、预置值、改变测量范围等等。 LED显示器的工作原理LED显示是用发

27、光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管，其外形结构如图所示，由图可见它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示09、AF及小数点。图3-1 “8”字型数码管LED显示器分为共阴极和共阳极，共阴极是将8个发光二极管阴极连接在一起作为公共端，而共阳极是将8个发光二极管的阳极连接在一起作为公共端。我们这次就是采用的共阳极LED，所以这里要介绍共阳极数码管。如图所示，LED显示器有静态和动态显示两种方式，静态显示是将共阴极联到一起接地，每位的显示段（a-dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。由于显示的各位可以相互独立，各位可以互相显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。并且由于各位由一个8位锁存器控制段选线，故在同一时间内每一位显示的字符可以不同。表3-4 段码与字型的关系段码DPgfed