基于串口通信的单片机仿真和C语言开发.docx
《基于串口通信的单片机仿真和C语言开发.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于串口通信的单片机仿真和C语言开发.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于串口通信的单片机仿真和C语言开发
目录
摘要I
AbstractII
1系统硬件设计1
1.1AT89C52芯片介绍1
1.29针D型连接器2
2串口通信设计4
2.1串口通信概述4
2.2串行接口基本任务4
2.3串行接口工作原理4
2.4串行接口控制寄存器4
2.5串行接口工作方式5
3Protues软件介绍及使用6
4软件设计7
5仿真结果10
6心得体会12
参考文献13
摘要
随着科技的发展，单片机的应用越来越广泛，其使用也越来越频繁，有时候需要将单片机中的数据传到另一台单片机或者是PC机，有时候需要将PC机的数据传输到单片机上，这就用到了单片机的串行通信。
串行通信是CPU与外界交换信息的一种基本方式。
单片机应用于数据采集或工业控制时，往往作为前端机安装在工业现场，远离主机，现场数据采用串行通信方式发往主机进行处理，降低通信成本，提高通信可靠性。
51系列单片机自身实现串行通信是十分方便的。
在本次的仿真设计中，利用了虚拟串口进行仿真实验。
关键词：
单片机，串行通信，虚拟串口
Abstract
Isfindingwiderandwiderwiththedevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofsingle-chipmicrocomputer,itsuseisbecomingmoreandmorefrequently,sometimesneedtodatainasinglechipmicrocomputertoanotherMCUorPC,sometimesneedtothePCdatatransmissiontothesingle-chipmicrocomputer,itUSESsinglechipmicrocomputerserialcommunication.SerialcommunicationisabasicoftheCPUtoexchangeinformationwiththeoutsideworld.MCUisappliedtodatacollectionorindustrialcontrol,oftenasafront-endmachineinstalledintheindustrialfield,awayfromthehost,thedatasenttothehostforprocessing,serialcommunicationwaytoreducethecommunicationcost,improvethereliabilityofcommunication.51seriesmicrocontrolleritselftorealizeserialcommunicationisveryconvenient.Inthesimulationdesign,usingthevirtualserialporttothesimulationexperiment.
Keywords:
Singlechipmicrocomputer,serialcommunication,virtualserialport
1系统硬件设计
本次设计中，最主要的芯片是AT89C52，还有9针D型连接器，有时候还会用到MAX232芯片。
1.1AT89C52芯片介绍
图1AT89C52
单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路.芯片有32条端口线、2条电源线、6条控制线。
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
P1口、P2口、P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，其中P3口还可接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
这四个端口是并行I/O端口。
RST是复位输入，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
EA端接低电平时，单片机只访问外部程序存储器，接高电平时，单片机访问内部程序存储器。
该芯片还有一个全双工的可编程串行I/O端口，可以在程序控制下把CPU的八位并行数据变成串行数据一位一位的从发送数据线Txd发送出去，也可以把串行接受到的数据变成八位并行数据送给CPU，这两种传输方式可以同步进行，也可以单独进行。
1.29针D型连接器
图29针D型连接器
国际电子工业协会制定RS-232串行通信标准接口，它采用平衡通信接口，即在发送端将TTL电平信号转换成差分信号输出，接收端将信号变成TTL信号输入，提高了抗干扰能力和传输距离。
目前微机都采用9针的D型连接器。
RS-232通过它传送数据，还可以对双方的互传起协调作用。
在串行通信中，最简单的通信只需连接TXD、RXD、GND这3跟线。
其余针脚的使用如下：
RTS：
请求发送信号，输出信号。
CTS：
清除传送，是对RTS的响应信号，输入信号。
DCD：
数据载波检测，输入信号。
DSR：
数据通信准备就绪，输入信号。
DTR：
数据终端就绪，输出信号。
1.3MAX232芯片介绍
图3MAX232
RS-232的EIA标准是以正负电压来表示逻辑状态的，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。
RS-232逻辑1的电压范围是-3V到-15V，逻辑0的范围是+3V到+15V.因此，为了能够同计算接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA电平与TTL电平之间进行变换。
电平转换芯片MAX232可以实现TTL电平与RS-232电平双向转换。
它内部有电压倍增电路和转换电路，仅需外接5个电容和+5V电源便可工作，使用方便简单。
在本次仿真设计中，由于2个虚拟串口的电压标准是一样的，因此可以不需要用MAX232进行电平之间的转换。
在实际中，如果两串口的标准不一样，是需要进行转换的。
2串口通信设计
2.1串口通信概述
串行通信的数据或字符是一帧一帧地传送的，在异步通信中，一帧数据先用一个起始位“0”表示字符的开始，然后是5到8位数据，规定低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位，最后一个停止位“1”表示字符的结束。
在串行通信中，如果某机的通信接口只能发送或接收，这种单向传送的方法称单工传送。
反之，则为双工传送。
在双工传送中，如果接收和发送不能同时进行，只能分时接收和发送，这种传送称为半双工传送。
反之，称为全双工传送。
在半双工传送中，收发使用一条线，各机内还需要换向器，以完成接收发送方向的切换。
2.2串行接口基本任务
CPU只能处理并行数据，要进行串行通信，必须接串行接口，并遵从串行通信协议。
串行接口的基本任务就是实现数据格式化，进行串行数据和并行数据的转换，控制数据的传输速率，进行传送错误检测。
2.3串行接口工作原理
51单片机串行口主要由两个数据缓冲寄存器SBUF和一个输入移位寄存器组成，其内部还有一个串行控制寄存器SCON和一个波特率发生器。
特殊功能寄存器SCON用以存放串行口的控制和状态信息。
根据控制字决定波特率发生器的时钟源是来自系统时钟，还是定时器。
设有两个单片机串行通信，甲机发送，乙机接收，串行通信中，甲机CPU向SBUFF写入数据，在发送控制器的控制下，按设定的波特率，每来一个移位时钟，数据移出一位，由低位到高位移出，移出的数据到达乙机，乙机按设定的波特率，每来一个移位时钟移入一位，由低位到高位移入SBUFF，如果两边的移位速度不一致，会造成数据位的丢失，因此，两边的波特率必须一致。
2.4串行接口控制寄存器
串行通信的方式选择。
接收和发送控制及串行口的标志均由专用寄存器SCON控制和指示。
SM0，SM1：
串行口工作方式控制位。
SM2：
多机通信控制位。
REN：
串行接收允许位。
TB8：
在方式2,3中，该位是发送机要发送的第9位数据。
RB8：
在方式2,3中，该位是接收机接收到的第9位数据。
TI：
发送中断标志位。
发送前必须用软件清零，发送过程中TI保持零电平，发送完一帧数据后，硬件自动置1。
如果再发送，需先用软件清零。
RI：
接收中断标志位。
接收前必须用软件清零，接收过程中RI保持零电平，接收完一帧数据后，片内自动置1。
如果再接收，需先用软件清零。
2.5串行接口工作方式
51系列单片机的串行通信有4种工作方式，通过编程进行选择。
方式0：
波特率固定的方式。
方式1：
波特率可变的10位异步通信方式，波特率由定时器提供。
X为定时器计数初值。
方式2：
波特率固定的11位异步通信方式。
方式3：
引脚使用与数据格式同方式2，波特率计算公式同方式1。
3Protues软件介绍及使用
Protues软件是一款EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
Protues从原理图布图，代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
首先，打开元件库，在左上角输入关键字，在对话框就可以看到元件名，点击元件名，在右上角就可以看到元件及其引脚图。
关闭元件搜索框，就可以在布件页面放置元件，右键单击元件，选择编辑属性，就可以编辑元件的属性。
在protues左边框，可以选择各种方式方便使用。
连好线路后，点击左下角开始仿真，即开始仿真，如有错误，会有提示。
接下来介绍如何使用Keil软件生成hex文件，以便于Protues仿真。
在keil界面，新建一个工程，在工程中新建一个文本输入，在其中写入代码，左上角有编译、仿真快捷键，如有错误，会有提示，修改代码，直到编译成功。
然后，单击“OptionsforTarget”，选择“Output”，将“CreatHexFile”复选框选上，单击“ok”，就生成了Hex文件。
在protues中将单片机芯片属性界面打开，选择刚才生成的Hex文件，单击“确定”。
就完成了Protues的代码输入，接下来就可以进行仿真了。
4软件设计
程序流程图如下：
否
是
图4程序流程图
代码如下：
#include
#defineucharunsignedchar
sbitK1=P1^4;
ucharflag=0,a=0,i;
ucharcodetable[]="Iwanttogohome";
voidinit（）
{
TMOD=0X20;//选择定时器T1，工作方式0
TH1=0xfd;//提供高8位计数初值
TL1=0xfd;//提供低5位计数初值
TR1=1;//控制T1定时器开启
SM1=1;
SM0=0;//SCON方式选择，方式1
REN=1;//允许串行接收
EA=1;//允许中断
ES=1;//允许串行口使用
}
voidsend_str（）
{
unsignedchari=0;
while（table[i]!
='\0'）
{
SBUF=table[i];
while（!
TI）;
TI=0;
i++;
}
}
voidmain（）
{
init（）;
while
（1）
{
if（K1==0）
{
ES=0;
send_str（）;
while（!
K1）;
}
if（flag==1）
{
ES=0;
SBUF=a;
while（!
TI）;
TI=0;
ES=1;
flag=0;
}
}
}
voidser（）interrupt4
{
RI=0;
a=SBUF;
flag=1;
}
这一次设计串行口工作方式是方式1，波特率可变，与定时器的计数初值有关。
5仿真结果
PC机和单片机的串口通信系统调试一般通过一根串口连接线把PC机和单片机连接在一起。
在本次设计中，使用软件虚拟一个串口进行仿真。
图5虚拟串口软件
在这里，选择将COM1和COM2连接在一起，表示这两个数据口用一根连接线连接在一起，在protues中设计好串口名字，就可以开始仿真。
图6串口助手调试
接下来使用串口助手进行调试，在发送区输入字符，点击发送，就可以在Protues的虚拟终端显示出来，表示PC机的数据放送到单片机。
图7虚拟终端显示
当按下按键的时候，系统响应中断，将单片机中的数据发送到PC机，仿真结果在虚拟终端上显示出来。
6心得体会
通过本次课程设计，我明白了模拟量与数字量之间的转换，温度的采集，以及显示电路的设计与原理。
在本次课程设计过程中，遇到的问题首先是芯片的使用，例如，AD590的特点是流过器件的电流即为器件所处环境的热力学温度等，ICL7135芯片的典型应用电路，很方便的将模拟量转化为BCD码，显示电路中74LS47的使用特点以及译码器与数码管之间的接法，这些问题在课程设计之前，都不清楚，通过查资料，相关书籍，以及问同学，将这些问题一一解决，为电路的设计做好了铺垫。
在设计电路过程中，器件参数的选择很重要，例如，在温度采集电路中，为使当温度为零时，输出电压为零所加的偏移电阻，在显示电路中，为防止数码管烧坏所加的限流电阻，A/D转换电路中，典型应用所给出的器件参数，这些参数的选择都是有一定理论依据的。
在实物制作过程中，电子器件的布局是否合理，是否美观都是需要考虑的因素，元器件较多，而且线路多而繁杂，焊接时，容易将本不该相连的两点连接在一起，尤其是显示电路部分，焊接时，需要十分小心。
在检验实物的过程中，可能由于二级管电流过大，将数码管烧坏，这些问题在今后的设计中需要注意。
这次课程设计，我收获很大，提高了我遇到问题解决问题的能力，加强了与同学就学习问题的交流讨论，加强了自己的动手能力，明白了团队合作的作用，同时也认识到了自己不足，在电路设计，元件参数的选取，焊接实物的问题上仍然存在不足，最重要的是认识到了光有理论知识是远远不够的，理论需要结合实践才能发挥最大的作用。
这些问题的暴露让我知道了以后努力的方向，在加强理论学习的基础上，提高自己解决问题的能力，提高自己动手实践的能力。
参考文献
[1]李群芳.单片微型计算机.北京：
电子工业出本社，2008
[2]伍时和.数字电子技术基础.北京：
清华大学出版社，2009
[3]胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：
华中科技大学出版社，2006
[4]李刚.51系列单片机系统设计与应用技巧.北京：
北京航空航天大学出版社，2004
[5]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.南京：
东南大学出版社，1997
升级会员 