單片機與PC機的串口通信課程設(shè)計報告

課程名稱：《單片機應(yīng)用》課程設(shè)計

題    目：單片機與PC機的串口通信

院 （系）：信息與控制工程系

專業(yè)班級：自動化

姓    名：

學(xué)    號：

指導(dǎo)教師：

單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣、發(fā)展很快。而AT89C51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種，本設(shè)計是基于MCS51系列單片機中AT89C51所設(shè)計的一種具有一個全雙工的串行通信口，可以實現(xiàn)單片機與PC機之間通信，主從通信以及上，下位機互相通信等。本設(shè)計基于單片機技術(shù)原理，通過硬件電路制作以及軟件程序的編制，設(shè)計制作一個簡單的單片機與PC機間串行通信。當(dāng)PC機上按數(shù)字鍵時，能在單片機數(shù)碼管上顯示相應(yīng)數(shù)字。

所謂"串行通信"是指外設(shè)和計算機間使用一根數(shù)據(jù)信號線,數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號線上按位進行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，當(dāng)然，其傳輸速度比并行傳輸慢。相比之下，由于高速率的要求，處于計算機內(nèi)部的CPU與串口之間的通訊仍然采用并行的通訊方式，所以串行口的本質(zhì)就是實現(xiàn)CPU與外圍數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（或者稱為串并轉(zhuǎn)換器），即當(dāng)數(shù)據(jù)從外圍設(shè)備輸入計算機時，數(shù)據(jù)格式由位 (bit)轉(zhuǎn)化為字節(jié)數(shù)據(jù)；反之，當(dāng)計算機發(fā)送下行數(shù)據(jù)到外圍設(shè)備時，串口又將字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為位數(shù)據(jù)。
    串行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從 CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。
    在Windows環(huán)境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。 應(yīng)用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關(guān)閉串口）。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總常不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。
    典型的串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發(fā)送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。
    b，數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中實際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計算機發(fā)送一個信息包，實際的數(shù)據(jù)不會是8位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn) ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包是指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語 “包”指任何通信的情況。
    c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。
    d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設(shè)置校驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)�邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。

9針串口：一個完整的RS-232接口是一個25針的D型插頭座，25針的連接器實際上只有9根連接線，所以就產(chǎn)生了一個簡化的9針D型RS-232插頭座，常用的就是一個9針的D型插頭座。
EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定:
在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V
邏輯0(SPACE)=+3～＋15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：
信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V
信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V～-15V
介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無意義。因此如果要進行通信，還要對信號的電平進行轉(zhuǎn)換，比如使用MAX3232芯片來轉(zhuǎn)換電平。使用串口進進行通信時，我們最主要關(guān)心的時以下這三個引腳：5 GND、2 RXD、3 TXD要完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收就必須要到上面這三個引腳。而其它引腳是用來控制傳輸規(guī)則的，即握手協(xié)議。下面是9針串口（DB9），引腳功能。

圖2-4 硬件總電路圖

首先在protues中畫出如下電路圖

圖4-1仿真開始電路圖

打開虛擬串口軟件，建立COM1和COM2為相互連接的一對端口。

打開虛擬串口軟件，建立COM1和COM2為相互連接的一對端口。

單擊添加端口，即可完成端口添加。

打開虛擬串口軟件，建立COM1和COM2為相互連接的一對端口。

單擊添加端口，即可完成端口添加。

圖4-2 建立虛擬端口

接下來對串口進行設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容如下：

圖4-3 串口設(shè)置

對51單片機設(shè)置

圖4-4  AT89C51單片機設(shè)置

啟動友善串口助手，選擇COM2發(fā)送數(shù)據(jù)。向單片機發(fā)送數(shù)字3，觀察單片機仿真結(jié)果。

圖4-5 仿真結(jié)果

通過本次單片機間串行通信實驗設(shè)計，使我對單片機有更加深刻的了解，明白了軟件與硬件的配合使用，懂得怎樣去分析電路及調(diào)試程序，雖然在設(shè)計過程中遇到很多困難，但是經(jīng)過進一步查閱相關(guān)資料，問題才得以解決，盡管最后設(shè)計不是那么完美，不是那么理想，但總體上來說實現(xiàn)了單片機與PC機間串行通信，基本上完成了實驗原理所需要求，通過本次設(shè)計也使得自己明白軟件與硬件相結(jié)合的重要性，二者缺一不可，所以在實現(xiàn)硬件連接的同時也要讀懂軟件所實現(xiàn)的功能。本設(shè)計介紹了一種單片機與PC機之間串行通信的設(shè)計方法，論文首先介紹了單片機與單片機之間串行通信的工作原理、軟件與硬件的實現(xiàn)、研究現(xiàn)狀、串行通信的概念以及鍵盤輸入。主要是單片機與單片機之間串行通信的方式和重要的數(shù)據(jù)位說明，接著提出了可行的設(shè)計方案，并從硬件電路設(shè)計及軟件程序設(shè)計兩個方面詳細介紹了整個設(shè)計的工作原理及設(shè)計過程，同時驗證了方案的可行性。

在這次課程設(shè)計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。

首先我要感謝我的老師在課程設(shè)計上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計能力。

其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計商的難題。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。

最后再一次感謝所有在設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)。