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论文题目:单片机与计算机串行通信的设计学 号:20101003学生姓名:周爽学 院: 电气与电子工程学院专 业: 电气工程及其自动化班 级: 100307指导教师:林志琦 2013 年 1 月第 1 章 设计任务及性能指标1.1 系统开发背景和系统设计的意义 自单片机出现至今,单片机技术已走过了近 20 年的发展路程。
纵观 20 年来单片机发展历程可以看出,单片机技术的发展以微处理器MPU技术及超大规模集成电路技术的发展为先导,以广泛的应用领域为拉动,表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
与此同时在市场上以单片机为核心控制器的产品更是层出不穷,各种家用电器、智能仪器仪表、医疗器械、机电一体化、实时工业控制、交通领域无不用到单片机。
从目前单片机的发展趋势来看,单片机控制技术已成为电子设计技术及计算机技术不可缺少的一个重要部分,因此单片机系统在电子世界里有着较好的前景,进行单片机的系统开发设计在当今电子领域有着重大的意义。
1.2 设计目标该设计要求实现: 设计串行通信接口,实现与 PC 机的通信,完成键盘输入指令,控制发光二极管的状态。
设计结果要求: 完成电路的设计,完成软件程序的编写(包括流程图和部分源代码)。
1.3 设计任务 该设计题目包括四个个部分,分别为: 1.及性能指标设计任务(包括设计背景及意义); 2.系统硬件设计(包括各模块的硬件电路设计、主要芯片的介绍等); 3.系统软件设计(包括主程序流程图的设计、控制算法); 4.系统的调试(包括硬件调试和软件调试): 5.结论 21.4 设计原理 单片机的串行口除了可用作与其他单片机的通信外,还能作为与普通计算机通信的通道,从而使得单片机在通信与控制领域得到了广泛的应用。
串行通讯方式具有使用线路少、成本低,适合远程传输。
PC 机与单片机之间由 RS-232C 接口相连,在计算机的串行口都是公头,称为 DB-9P。
而可插入公头的是母头,称为 DB-9S。
计算机通过串口软件发送和显示数据,发送的数据通过晶片 MAX232 传到单片机中,并由 LED 数码管显示出来。
第2章 硬件系统设计2.1 硬件设计框图 硬件电路的设计框图,如图 1 所示: 复位电路 发光二极管 控 MAX232 制 PC 电平转换 器 晶振电路 机 电路 3 单片机 AT89S52 图 1 硬件电路设计图 本设计的主要硬件电路包括:单片机与 PC 机串行通信接口和 ISP 编程下载电路、单片机外围电路等部分。
2.2 主要芯片的介绍2.2.1 单片机 AT89S52 AT89S52 是低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,可反复擦写 1000 次的 Flash只读程序存储器,兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构,其主要特点为: (1)、40 个引脚 DIP- 40 封装,8k Bytes Flash 片内程序存储器; (2)、256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM); 、5 (3) 个中断优先级 2 层中断嵌套中断; 、2 (4) 个 16 位可编程定时计数器2 个全双工串行通信接口。
其引脚封装如图 2 所示;主要引脚介绍如下: 4 图 2 单片机 AT89S52 封装图 (1)VCC、GND 电源、接地引脚; (2)XTAL1、XTAL2 外部振荡器接入的两个引脚; (3)RESET 复位信号输入引脚; (4)RXD、TXD P3 口 作第二功能引脚用作串行通信接口输入、输出引脚; (5)P0.1—P0.7 数据/地址总线引脚;P1.0—P1.7 一般的 I/O 口;P2.0— P2.7 一般的 I/O 口。
2.2.2 电平转换模块 MAX232MAXIM 公司生产的、包含两路接收器和驱动器的 IC 芯片,适用于各种 EIA-232C和 V.28/V.24 的通信接口。
MAX232 芯片的功能: MAX232 内部有一个电源电压变换器,可以把输入的5V 电源电压变换成为 RS-232C 输出电平所需的±10V 电压。
所以,采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的5V 电源就可以了。
对于没有±12V 电源的场合,其适应性更强 Max232 是 TTL 电平与 RS232 电平相互转换的模块,其引脚封装图如图 3 所示: 图 3 MAX232 封装图 其各引脚功能如下表 1 所示: 5 6 图 4 单片机与 PC 机串行通信接口的电路 E RT SE 7.1P 6.1P 5.1P S PI 1D 01 9 8 7 6 5 K1 4 3 2 1 1R 1J Fμ1.0 CCV 2C Fμ1.0Fμ1.0 15 W XM 61E E232 A 9BD 3C 1C 5 - 2C - 1C 3 2C 1C 1 4 1 6 TUO 2T NI 2T GND 7 01 2 41 TUO 1T NI 1T TUO 2R 11 7 9 NI 2R 8 3 21 TUO 1R NI 1R 31 8 VCC V- V 1U 4 9 6 2 5 16 1J Fμ1.0 4C0.3 / X PD R CCV PD1.3 / XT 单片机与 PC 机串行通信接口电路及编程下载电路如图 4 所示: 2.3 串行通信电路 表 1 MAX232 引脚功能 本设计的串行通信部分主要是由 MAX232 电平转换电路和 ISP 编程下载电路组成,其原理是:MAX232 芯片把单片机引脚的 COMS 电平(0—5V)转换 ,AT89S52 单片机有一个全双工的串行通信口,为 RS232 电平(-12V— 12V)而 PC 机有一个 RS232 的通信接口。
只要用 RS232 D 型 9 针的引脚的双边母头接到 PC 机上,而另一头和 MAX232 相连接,MAX232 的输出再和 AT58S52 相连就可以实现单片机和 PC 机的串行通信。
具体连线如上图 8 所示,AT89S52 的串行通信引脚的 TXD 和 RXD 分别接到 MAX232 的 T1IN 和 T1OUT 上,MAX232的 R1OUT 和 R1IN 分别接到 RS232 的 2、3 上,RS232 的 5 脚接地。
MAX232外围元件只有四个电容,根据 MAX232 的典型应用电路,可取 0.1μF ∕50V 的电解电容。
ISP 编程口和 AT89S52 的连线为:AT89S52 的 P1.5、P1.6 P1.7、RESET分别连接到 ISP 的 3、4、5、7 脚上,ISP 的 1、2 脚联合接电源 9、10 脚联合接地即可.直接从上位机上下载可执行的二进制代码文件,无须外加写读器。
D1 为下载指示灯,R1 为限流电阻,发光二极管的压降为 2V,电流取 5mA其阻值为:R1(5-2)/0.005600Ω,考虑到和 ISP 一起共电,在此取 1K。
2.4 单片机外围电路 单片机外围电路包括晶振电路和复位电路,如图 5 所示: 7 图 5 单片机外围电路(晶振电路、复位电路) 单片机外围电路由复位电路、晶振电路组成。
复位电路采用上电和按键都有效的复位电路。
此电路能实现开机和单片机在运行时的复位,开机复位要求接通电源后,单片机自动实现复位操作,开机瞬间单片机的 RST 引脚获得高电平,随着电容 C13 的充电 RST 的高电平将逐渐下降。
RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间,单片机就可以进行复位操作。
单片机内部有一振荡电路,只要在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接一石英晶体振荡器,就构成了自激振荡器并在单片机内部产生了时钟脉冲信号,图中 C14 和 C15 的作用是稳定频率和快速起振,电容值选为 22μF。
2.5 发光二极管显示电路 发光二极管显示电路如图 6 所示: 8 图 6 发光二极管显示电路 此电路为共阳极电路,由计算机键盘输入指令,观察发光二极管的状态(亮,灭)。
每个发光二极管连接一个限流电阻为 1KΩ。
第3章 软件系统设计3.1 主程序流程图 系统由 AT89S52 单片机作为中央控制器控制各功能模块的正常工作及数据的接收和处理。
整个软件系统是这样来设计的:首先上位机编辑好源程序再转换为相应的可执行的二进制代码文件由编程下载电路传送到单片机中存储。
通过按键来控制系统的功能,主程序的流程图如图 7 所示: 9 开始 初始化 读取命令主程序 发控制命令 图 7 系统主程序流程图3.2 程序代码includebit Flagunsigned int ReDataSenDatavoid main void SCON 0x50 //REN1 允许串行接受状态,串口工作模式
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