南京邮电大学本科生毕业设计论文B11011322侯文元.docx
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南京邮电大学本科生毕业设计论文B11011322侯文元
南京邮电大学
毕业设计（论文）
题目
PC机与单片机间串口通信技术的实现
专业
广播电视工程
学生姓名
侯文元
班级学号
B11011322
指导教师
梅中辉
指导单位
通信与信息工程学院
日期：
2014年11月17日至2015年6月12日
毕业设计（论文）原创性声明
本人郑重声明：
所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。
论文作者签名：
日期：
年月日
摘要
本次毕业设计的课题是PC机与单片机间串口通信技术的实现，本次毕设的主要内容是熟悉单片机的工作原理，RS232串行通信工作原理，以及PC机与单片机间的串行工作方式，并掌握Keil软件的使用以及下载程序到单片机的方法。
本篇论文共分五章，第一章是绪论，主要介绍了课题的研究背景、意义以及研究现状。
第二章主要是对单片机及其控制系统的概述，介绍了单片机的组成以及单片机应用系统的开发过程。
第三章是单片机串行通信概述，首先介绍了串行通信和并行通信的区别以及串行通信的两种方式，然后简略介绍了下串行通信的几种接口标准，接着详细介绍了单片机中的串行口，包括它的结构与控制、工作方式、波特率计算和串行口初始化，最后介绍了串行通信控件MSComm。
第四章主要讲了串行口方式1的的编程与实现，完成了两个实例，第一个是单片机与PC机间发送单个字符，第二个是实现了串口打印功能。
第五章是一个综合的大程序，利用了VC中的MSCOMM控件，实现了通过单片机与PC机间的串口通信来显示环境温度。
本次毕设的成果是一篇论文以及实物展示，通过三个实例来展示串口通信技术，所用单片机是51单片机。
关键词：
串口通信；RS232串行通信；MSComm；51单片机；
串行工作方式；
ABSTRACT
ThegraduationdesigntopicisbetweenPCandMCUserialcommunicationtechnologyoftheimplementation,themaincontentsofthecompletesetisfamiliarwiththeworkingprincipleofsingle-chip,RS232serialcommunicationprinciple,andbetweenPCandMCUserialworkingmodeandmasterkeilsoftwareuseanddownloadtheprogramtothemicrocontrollermethod.
Thispaperisdividedintofourchapters.ThefirstchapteristheoverviewofSCManditscontrolsystem,andthecompositionofSCMandthedevelopmentofSCMapplicationsystem.Thesecondchapteristheoverviewofsingle-chipserialcommunication.Firstly,thepaperintroducestheserialcommunicationandparallelcommunicationandserialcommunicationtwoway,thenbrieflyintroducestheserialcommunicationundertheseveralkindsofinterfacestandard,thenintroducesthemicrocontrollerserialport,includingitsstructureandcontrol,workingmodeandbaudratecalculationandserialportinitialization.Atlast,itintroducestheserialcommunicationMSCommcontrol.ThethirdchaptermainlytalksabouttheprogrammingandRealizationofserialport1.ThefirstoneissinglecharacterbetweensinglechipcomputerandPCmachine,andthesecondistheserialprintfunction..Thefourthchapterisacomprehensiveprogram,usingtheMSCOMMVCcontrol,andthroughthemicrocontrollerwiththeserialcommunicationbetweenthePCtoshowtheenvironmenttemperature.
Thecompletionoftheresultsisapaperandphysicaldisplay,throughthreeexamplesofserialcommunicationtechnology,microcontrolleris51microcontroller.
Keywords：
Serialcommunication；RS232serialcommunication；MSComm；
51SCM；Serialworkingmode
第一章绪论
1.1选题背景
随着电子技术的不断发展，单片机的应用范围越来越广泛，在工业控制、家电控制、数据采集等多个领域都有着十分重要的作用，由于单片机的使用，越来越多的系统开始向智能化方向发展。
而单片机自带的串口功能可以实现其与其他外设MCU或PC机之间的通信，这样就使得控制系统更加的方便实用，利用单片机的串口通信可以实现数据的远程传输、数据分析与系统综合控制功能，尤其是在数据量比较大的场合下，利用一个主机向各个从机发送控制指令是一个很好的解决方案，在这个过程中，串口通信是实现单片机与单片机之间通信的关键。
现在多处理器通信已经在工业、科研、农业等领域广泛地应用。
串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。
使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。
串行通信只使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。
其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息。
1.2研究的意义及目的
为了提高系统管理的先进性和安全性，计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统。
较为常见的形式是由一台作管理用的上位主计算机（主机）和多台直接参与控制检测的下位从计算机（从机）构成的主从式多机系统，主机和从机之间以通讯的方式来协调工作。
主机的作用一是要向从机发送各种命令及参数；二是要及时收集、整理和分析从机发回的数据，供进一步决策和报表。
从机被动地接收、执行主机发来的命令，并且根据主机的要求向主机回传相应的实时数据，报告其运行状态。
用串行总线技术可以使系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。
同时，系统的更改和扩充极为容易。
MCS-51系列单片机，由于内部带有一个可用于异步通讯的全双工的串行通讯接口，因此可以很方便地构成一个主从式多机系统。
串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。
大多数计算机包含两个基于RS232的串口。
串口同时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RS-232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。
所以，深入的理解学习和研究串口通信的相关知识是非常必要的。
1.3本选题的研究状况及发展趋势
随着计算机系统的应用和微机网络的发展,通信功能越来越显的重要。
通信既包括计算机与外部设备之间,也包括计算机和计算机之间的信息交换。
由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息,所用的传输线少,并且可以借助现成的电话网进行信息传送,因此,特别适合于远距离传输。
对于那些与计算机相距不远的人－机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等,采用串行方式交换数据也很普遍。
在实时控制和管理方面,采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中,各CPU之间的通信一般都是串行方式。
所以串行接口是微机应用系统常用的接口。
而主从式总线串口通信刚是串口通信的一种情况，在工业生产中，一般各个车间不是在一起的，此时如果采用人为的控制，不仅费时，而且会浪费大量的资金去管理。
由于主从式通信它的实时性好，在工业控制应用领域用的非常的广泛。
通常采用一主多从的方式，只要实时的关注主机的运行状态就能达到控制各个从机的目的。
此次毕业设计选题为PC机与单片机间串口通信技术的实现，主要介绍了单片机的原理以及串行通信的原理、方式，并列举了三个实例来展示串口通信技术。
第二章单片机及控制系统概述
2.1单片机概述
单片机以其独特的优点，在智能仪表、家用电器、工业控制、数据采集、网络通信等领域得到了广泛的应用。
各行各业的工程技术人员都在根据自己的工程任务进行单片机应用系统的开发设计工作，从而改变了传统控制系统的设计思想和设计方法。
以前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能由单片机通过软件方法来实现了，因此使控制系统的性能大大提高，应用领域更加广泛。
单片机主要用于嵌入式应用，故又被称为嵌入式微控制器，国际上常把单片机称为微控制器（MCU），而国内则习惯称为“单片机”。
单片机又称单片微控制器，它把一个计算机系统集成到一块芯片上，主要包括微处理器（CPU）、存储器（随机访问存储器RAM、只读存储器ROM）和各种输入/输出接口（包括定时器/计数器、并行I/O接口、串行口、A/D转换器以及脉冲宽度调制（PWM）等，如图2.1所示。
图2.1单片机组成框图
2.1.1单片机的组成
1.程序存储器（ROM）
ROM用来存放用户程序，分为EPROM、MaskROM、OTPROM和FlashROM等。
EPROM型存储器编程（把程序代码通过一种算法写入程序存储器的操作）后，其内容可用紫外线擦除，用户可反复使用，故特别适用于开发阶段，但EPROM型单片机价格很高。
MaskROM型单片机价格最低，适用于批量生产。
由于MaskROM型单片机的代码只能由生产厂商在制造芯片时写入，故用户更改程序代码十分不便，在产品未成熟时选用此型单片机风险较高。
OTPROM型（一次可编程）单片机价格介于EPROM和MaskROM型单片机之间，它允许用户对其编程，故只能写入一次。
FlashROM型单片机可采用电擦除的方法修改其内容，允许用户使用编程工具或在系统中快速修改程序代码，且可反复使用，故一推出就受到广大用户的欢迎。
FlashROM型单片机既可用于开发阶段，也可用于批量生产，随着制造工艺的改进，价格不断下降，使用越来越普遍，已成为现代单片机的发展趋势。
2.中央处理器（CPU）
CPU是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件（ALU）和控制部件构成。
CPU就像人的大脑一样，决定了单片机的运算能力和处理速度。
3.随机存储器（RAM）
RAM用来存放程序运行时的工作变量和数据，由于RAM的制作工艺复杂，价格比ROM高得多，所以单片机的内部RAM非常宝贵，通常仅有几十到几百字节。
RAM的内容具有易失性（也称为易挥发性），掉电后数据会丢失。
最近出现了EEPROM或FlashROM型的数据存储器，方便用户存放不经常改变的数据及其他重要信息。
单片机通常还有特殊寄存器和通用寄存器，也属于RAM空间，但它们存取数据速度很快，特殊寄存器还用于充分发挥单片机各种资源的功效，但这部分存储器占用存储空间更小。
4.并行输入/输出（I/O）接口
通常为独立的双向I/O接口，既可以用作输入方式，又可以用作输出方式，通过软件编程设定。
现代单片机的I/O接口也有不同的功能，有的内部具有上拉或下拉电阻，有的是漏极开路输出，有的能提供足够的电流可以直接驱动外部设备。
I/O接口是单片机的重要资源，也是衡量单片机功能的重要指标之一。
5.串行输入/输出口
用于单片机和串行设备或其他单片机的通信。
串行通信有同步和异步之分，这可以用硬件或通用串行收发器件实现。
不同的单片机可能提供不同标准的串行通信接口，如UART、SPI、
、MicroWire等。
6.定时器/针数器（T/C）
用于单片机内部精确定时或对外部事件（输入信号如脉冲等）进行计数，通常单片机内部有2个或2个以上的定时/计数器。
7.系统时钟
通常需要外接石英晶体或其他振荡源提供时钟信号输入，有的也使用内部RC振荡器。
系统时钟相当于PC微机中的主频。
以上只是单片机的基本构成，现代的单片机又加入了许多新的功能部件，如模拟/数字转换器（A/D）、数字/模拟转换器（D/A）、温度传感器、液晶（LCD）驱动电路、电压监控、看门狗（WDT）电路、低压检测（LVD）电路等。
此时的单片机才是真正单片化。
内部的RAM和ROM的容量也越来越大，ROM寻址空间甚至可达64KB，可以说，单片机发展到了一个全新的阶段，应用领域也更为广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。
2.1.2单片机的分类和指标
单片机从用途上可分为专用型单片机和通用型单片机两大类。
专用型单片机是为某种专门用途而设计的，如DVD控制器和数码摄像机控制器芯片等。
在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用芯片成本很高，而且设计和制造的周期也很长。
我们常用的都是通用型单片机，通用型单片机把所有资源（如ROM、I/O等）全部提供给用户使用。
当今通用型单片机的生产厂家已不下几十家，种类有几百种之多。
下面对单片机的几个重要指标进行介绍。
（1）位数：
是单片机能够一次处理的数据的宽度，有1位机（如PD7502）、4位机（如MSM64155A）、8位机（如MCS-51）、16位机（如MCS-96）、32位机（如IMST414）等。
（2）存储器：
包括程序存储器和数据存储器，程序存储器空间较大，字节数一般从几KB到几十KB，另外还有不同的类型，如ROM、EPROM、
、FlashROM和OTPROM型。
数据存储器的字节数则通常为几十字节到几百字节之间。
程序存储器的编程方式也是用户考虑的一个重要因素，有的是串行编程，有的是并行编程，新一代的单片机有的还具有在系统编程（ISP）或在应用再编程（IAP）功能；有的还有专用的ISP编程接口JTAG口。
（3）I/O接口：
即输入/输出接口，一般有几个到几十个，用户可以根据需要进行选择。
（4）速度：
指的是CPU的处理速度，以每秒执行多少条指令来衡量，常用单位是MIPS（百万条指令每秒），目前最快的单片机可达到100MIPS。
（5）工作电压：
通常工作电压是5V,范围是±5%或±10%；也有3V/3.3V电压的产品；更低的可在1.25V工作。
现代单片机又出现了宽电压范围型，在2.5V~6.5V内都可正常工作。
（6）功耗：
低功耗是现代单片机所追求的一个目标，目前低功耗单片机的静态电流可以低至μA或nA级。
有的单片机还具有等待、关断、睡眠等多种工作模式，以此来降低功耗。
（7）温度：
单片机根据工作温度可分为民用级（商业级）、工业级和军用级3种。
民用级的温度范围是0℃~70℃，工业级是-40℃~85℃，军用级是-55℃~125℃（不同厂家的划分标准可能不同）。
（8）附加功能：
有的单片机有更多的功能，用户可根据需要选择适合自己的产品。
比如有的单片机内部有A/D、D/A、串口、LCD驱动等，使用这种单片机可减少外部器件，提高系统的可靠性。
2.2单片机控制系统的组成
由单片机与其他器件和装置适当连接起来的硬件，在软件的操作下协调运行以执行预定的测量或测量控制任务，这些硬件和软件的整体就是单片机测量和控制系统，简称单片机控制系统。
顾名思义，单片机测量系统的功能是对某些参数进行测量，单片机控制系统的任务是对生产过程或某些物理量进行控制。
要控制就必须要测量，因此可以认为单片机测量系统是单片机控制系统的一个特例。
像一般的计算机系统一样，单片机的控制系统也是由硬件和软件所组成。
硬件是指单片机、扩展的存储器、输入/输出设备、控制设备、执行部件等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。
硬件和软件只有紧密配合，协调一致，才能组成高性能的单片机控制系统。
2.2.1单片机控制系统的硬件组成
（1）单片机测量系统
单片机测量系统是以单片机为核心，以“检测”或“测试”为目的的系统。
它是单片控制系统的一个特例。
一般用来对一些物理量进行测量并获得相应的精确测量数据，因此，又称为数据采集系统，其基本组成框图如图2.2所示：
图2.2单片机测量系统组成框图
被测参数经传感器转换成模拟信号，再由模拟量输入通道进行信号调理和数据采集，转换成单片机要求的数据格式，再送入单片机进行必要的处理，最后送到磁带机、打印机等数据记录器记录下来，这样就得到了供进一步分析和处理的侧量数据记录。
为了对测量过程进行集中实时监视，模拟输出通道将单片机处理后的测量数据转换成模拟信号在示波器或图示仪等模拟显示器上显示出来。
在对生产过程中某些参数进行检测的场合，当被测参数超过规定限度时，单片机还将及时启动报警器发出报警信号。
目前，在野外现场广泛使用的各种存储式测试记录仪就属于这一类系统，只不过结构比较简单（一般包括传感器、模拟输入通道、单片机和数据记录仪等几部分）。
（2）单片机开环控制系统
单片机开环控制系统是以单片机为核心，以程序控制为目的的系统，其组成框图如图2.3所示：
参数及动作次序
图2.3单片机开环控制系统组成框图
程序控制的基本思想是：
将被控对象的动作次序和各类参数输入单片机，单片机执行固定的程序，一步一步地控制被控对象的动作，以达到预期的目的，其实质上是一种顺序控制。
如机床的单片机控制，预先输入切削量、裕量、进给量、工件尺寸和加工步骤等参数，运行时由单片机控制刀具的动作，最后加工出成品。
（3）单片机闭环控制系统
单片机闭环控制系统是以单片机为核心，测控一体化的系统，这种系统对被控对象的控制是基于对被控对象的测量结果而定的。
因此，其基本组成框图如图2.4所示。
图2.4单片机闭环控制系统组成框图
图中左侧的输入、输出通道，称为过程通道，它是单片机与测控对象的连接通道，分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道和开关量输出通道。
其中模拟量输入通道和开关量输入通道统称为前向通道，模拟量输出通道和开关量输出通道统称为后向通道。
2.2.2单片机控制系统的软件组成
单片机控制系统的软件指的是它的全部程序，包括系统软件和应用软件两大类。
（1）系统软件
购置的现成的计算机，在计算机出厂之前，已把系统软件装入到ROM中，用户只需熟悉和使用，不能改变。
对于自行设计的微机化智能系统，系统软件设计也需要自行设计，然后固化在EPROM等类似的存储器中。
系统软件包括以下内容。
监控（监督）程序或操作系统。
监控（监督）程序是一种低级计算机的管理程序。
它的功能是扫描键盘，实现人机对话，接收用户程序，显示、调试、修改用户程序，显示和修改存储器中的内容。
通电后立即进入监控（监督）程序，各种程序均在监控程序控制下运行。
一般在设计单片机智能化仪器、仪表及设备时要自己编制监控（监督）程序。
编制用户程序时，同时可以调用监控程序中的一些子程序，节省用户应用程序的存储空间。
操作系统是微型计算机的一款大型管理程序，是在监控程序的基础上进一步扩展许多控制程序形成的，其主要功能是实现人机对话，管理微型机、存储器、操作台、外部设备（磁盘驱动器、CRT、打印机及其他外围设备）、文件和作业进程。
它控制各种软件，如汇编程序、解释程序、编译程序、I/O驱动程序、连接程序等。
不同的计算机系统可能有不同的操作系统，如CP/M、CDOS等。
汇编程序、解释程序和编译程序
汇编程序用于把汇编语言程序翻译为计算机能够识别和执行的机器语言程序（也称为目标程序）。
例如MCS-51汇编程序，用户可以把用汇编语言编写的程序送入仿真器，然后把它变为机器语言程序，再把这些机器语言程序固化到EPROM中，EPROM中的程序就可以在用户系统中执行。
解释程序的功能是把某种程序设计语言编写的源程序，翻译成机器语言的目标程序，此目标程序是可执行程序，解释程序翻译一句执行一句。
编译程序的功能是把用高级语言编写的源程序，编译成某中间语言或机器目标程序。
（2）应用软件
单片机实时控制系统的应用软件是服务于实时控制的程序集合，由单片机实时控制系统的设计者编写。
因控制系统的复杂程度和功能差别很大，所以应用软件的差别也很大。
应用软件的设计应当留有余地、易于扩展和更改。
为此，应用软件宜采用模块化结构，一个程序模块就是一个子程序。
主程序的主要任务是调用这些子程序，总的来说，这些子程序可分为两类，分别为通用软件和专用软件。
通用软件
不管控制规模有多大，按什么规律控制，也不管被控对象是什么，一般情况下，有些软件常会被用到，这些软件称为通用软件。
如数制转换程序，包括二进制与BCD码之间相互转换程序等；运算程序，包括加、减、乘、除、开方、函数运算等；数字滤波程序，用于对数据进行处理；工程量程序，在工程显示时往往用到这类程序；查表程序，例如查找热电势对应的温度值；报警程序等。
专用软件。
这是针对某一具体控制系统和不同控制规律编制的程序，主要有：
数据采集程序、A/D转换程序、D/A转换程序、键盘扫描程序、显示程序，以及各种控制算法程序，例如PID程序、纯滞后补偿算法程序、自适应控制程序等。
2.3单片机应用系统的开发过程
单片机应用系统是为了完成某项任务而研制开发的用户系统，每个系统针对不同的应用，具有不同的功能，但总体设计方法和研制步骤基本相同。
与一般的计算机系统一样，单片机的应用系统也是由硬件和软件组成。
硬件指单片机、扩展的存储器、输入/输出设备、控制设备、执行部件等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。
硬件和软件只有紧密配合，协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统。
在系统的研制过程中，软硬件的功能总是在不断地调整，以便相互适应、相互配合，达到最佳性价比。
单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、系统总体调试等4个阶段，但它们不是绝对分开的，有时是交叉进行的。
目前，单片机应用系统的设计方法一般是针对具体任务选用合适的单片机，配以必要的存储器、接口芯片和外围设备来构成系统。
这类系统中的硬件配置和软件设计完全是按照应用系统的功能进行的。
因而系统结构简单、投资少，软硬件资源能够得到最充分的利用。
由于设计人员必须编制必要的系统监控或监督程序、应用功能程序等，所以软件设计和硬件制作的工作量很大，要求设计人员要有一定的软硬件开发能力。
1.总体设计
在进行系统设计之前，首先应根据系统的功能要求及其应用环境等，确定合理、具体的功能和技术指标，对应用系统的
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