2022年课设：基于单片机的RS-232C串行通讯接口设计 .pdf

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1、沈阳航空航天大学课程设计论文题目 基于单片机的RS-232C串行通讯接口设计班级 9407102 学号 2009040701067 学 生 姓 名徐茂哲指 导 教 师张晓东精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 17 页沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称专业综合课程设计院系自动化学院专业测控技术与仪器班级9407102 学号 2009040701067 徐茂哲课程设计题目基于单片机的 RS-232C串行通讯接口设计课程设计时间 : 2012 年 12 月 29 日至 2013 年1 月 11 日课程设计的内

2、容及要求：利用 8051 单片机开发 RS-232C串行通信系统， 利用 Modbus通信协议，实现单片机与 PC机的通信，要求实现数据收发功能。具体要求如下：1按以上要求制定设计方案，并绘制出系统工作框图；2按要求设计单片机系统，给出电路原理图；3用单片机系统和PC机进行程序设计与调试；4接收 PC机发送数据，并将其回发给单片机；指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 17 页目录0. 前言 . . 0 1. 总体方案设计 . . 1 2. 硬件电路的设计 . . 1 2.1 单片机系

3、统 . 1 2.2 MAX232芯片 . . 4 2.3 整体电路设计. 5 3 软件设计 . . 7 4. 联合调试 . . 7 5. 课设小结及进一步设想. . 8 参考文献 . . 9 附录 I 元件清单 . 10 附录 II 整体电路图 . 10 附录 III 源程序清单 . 12 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第0页基于单片机的 RS-232C串行通讯接口设计徐茂哲沈阳航空航天大学自动化学院摘要： 本文主要设计了一个基于RS-23

4、2C 的单片机串行通讯接口系统，利用Modbus通信协议，实现单片机与PC机的通信，要求实现数据收发功能。关键字： RS-232C；数据发送；数据接收；LED 显示；单片机与PC 机串行通信。0. 前言电脑的发展对通信起了巨大的推动作用， 电脑和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统， 也可以构成强有力的信息处理系统，这样对社会的发展产生了深远的影响。随着电子技术和电脑技术的发展，特别是单片机的发展，使传统的测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面发生了巨大的变化，形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器智能仪器。智能仪器是以微处理器为核心的电子仪器，它不仅要求设计者熟悉电子仪器的工作

5、原理， 而且还要求其掌握微型电脑硬件和软件的原理。目前，有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品， 而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系。在科学技术高速发展的今天， 如何用简单廉价、性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。在自动化技术中，无论是过程控制技术还是数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机，在工业自动化的领域中，机电一体化技术发挥越来越重要的作用，在通信方面，单片机得到了广泛运用。 在实现电脑与电脑、 电脑与外设的串行通讯时， 通常采用标准的通讯接口。所谓标准的通讯接口，就是明确定义假设干信号线的机械、电器特性，使接口电路标准化、通用化， 这样就能

6、方便地把不同的电脑、外设等有机地连接起来，进行串行通讯。RS-232C是由美国电子工业协会 EIA 制定的用于串行通信的标准通信接口，利用它可以很方便地把各种电脑、外围设备、 测量仪器等有机地连接起来，进行串行通信。它包括按位传输的电气和机械方面的规定，适用于短距离或带调制解调器的通信场合。RS-232C 标准适用于DCE 和 DTE 之间的串行二进制通信，最高的数据速率为19.2Kbit/s，在使用此波特率进行通信时，最大传输距离在20m 之内。降低波特率可以增加传输距离。对于RS-232C 标准接口的使用是非常灵活的，实际通信中经常采用9 针接口进行数据通信。精选学习资料 - - - -

7、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第1页1. 总体方案设计在本次设计中，硬件部分，对于一片89C51 和 PC 机，采用 RS232进行通信，硬件的连接方法如图1 所示。电平转换芯片采用MAX232 ，传输距离一般不超过15m，传输小于 20kbit/s。发送方的数据由串行口TXD 段输出，经过电平转换芯片MAX232 将 TTL电平转换为 RS232 电平输出，经过传输线将信号传送到接收端。为提高抗干扰能力，还可以在输入输出端加光耦合进行光电隔离。软件部分，通过通信协议进

8、行发送接收。串行口的工作方式为8 位 UART, 波特率可变T1溢出率 /n 。定时器的工作方式为工作方式2。TXD T2IN T2OUT TXD AT89C51 MAX232A 串行接口RXD R2OUT R2IN RXD 图 1 RS-232C 电平信号传输的连接图2. 硬件电路的设计单片机系统标准型 89 系列单片机是与 MCS-51 系列单片机兼容的。在内部含有4KB 或 8KB 可重复编程的 Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为033MHz，有 3 级程序存储器加密锁定，内含有128256 字节的 RAM 、32 条可编程的 I/O 端口、 23 个 16位定时器

9、 /计数器， 68 级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。AT89C51 相当于将 8051 中的 4KB ROM 换成相应数量的 Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。AT89C51 在内部采用 40条引脚的双列直插式封装，引脚排列如图2 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第2页图 2 AT89C51 芯片引脚在自动化测量和控制系统中 ，各台仪表之间需要不断地进行各种信息的交换和传

10、输，这种信息的交换和传输是通过仪表的通信接口，按照一定的协议进行的。 通信接口是各台仪表之间或者是仪表与电脑之间进行信息交换和传输的联络装置。电脑与外界的信息交换称为通信，常用的通信方式有两种：并行通信和串行通信。所谓并行通信是指数据的各位同时在多根数据线上发送或接收，其特点是传输信号的速度快，但所用的信号线较多，成本高，传输的距离较近。串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，依照一定的顺序逐位进行传送的通信方式，其特点是只用两条信号线一条信号线，再加一条地线作为信号回路即可完成通信，成本低，传输的距离较远。51 单片机内部有一个可编程全双工串行通信接口。该部件不仅能同时进行数据的发送和接收

11、，也可作为一个同步移位寄存器使用。51单片机串行接口的结构如下：1串行数据缓冲器 SBUF 接受或发送的数据都要先送到SBUF 缓存。SBUF 包括缓存寄存器和发送寄存器，以便能以全双工方式进行通信。此外，在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，这样可以防止在数据接收过程中出现帧重叠错误。发送数据时，由于精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第3页CPU 是主动的 ，不会发生帧重叠错误 ，因此发送电路不需要双重缓冲结构。在逻

12、辑上，SBUF只有一个，它既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H 。但在物理结构上，则有两个完全独立的SBUF ，一个是发送缓冲寄存器SBUF ，另一个是接收缓冲寄存器 SBUF 。如果 CPU 写 SBUF ，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果 CPU 读 SBUF ，则读入的数据一定来自接收缓冲器。即CPU 对 SBUF 的读写，实际上是分别访问上述两个不同的寄存器。2串行控制寄存器 PCON 串行控制寄存器 SCON 用于设置串行口的工作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收的状态等。 它是一个既可以字节寻址又可以位寻址的8 位特殊功能寄存器。其格式如表 1

13、 所示：表 1 串行口控制寄存器SCON SM2 ：多机通信控制位。REN ：接收允许控制位。软件置1 允许接收；软件置0 禁止接收。TB8 ：方式 2 或 3 时，TB8为要发送的第 9 位数据，根据需要由软件置1 或清 0。RB9 ：在方式 2 或 3 时，RB8位接收到的第 9 位数据，实际为主机发送的第9 位数据TB8 ，使从机根据这一位来判断主机发送的时呼叫地址还是要传送的数据。TI：发送中断标志。发送完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。必须要软件清零后才能继续发送。RI：接收中断标志。接收完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。必须要软件清零后才能继续接收。SM0,SM1: 串

14、行口工作方式选择位，这两位组合成00，01，10，11 对应于工作方式0、工作方式 1、工作方式 2、工作方式 3。串行接口工作方式如表2：表 2 串行工作方式SM0 SM1 工作方式功能波特率 0 0 0 8 位同步移位寄存器用于I/O 扩展fORC/12 0 1 1 10 位异步串行通信UART 可变 T1 溢出率 *2SMOD/32 1 0 2 11 位异步串行通信UART fORC/64 或 fORC/32 1 1 3 11 位异步串行通信UART 可变 T1 溢出率 *2SMOD/32 3输入移位寄存器位地址9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H SCON S

15、M0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第4页接收的数据先串行进入输入移位寄存器，8 位数据全移入后，再并行送入接收SBUF中。4波特率发生器波特率发生器用来控制串行通信的数据传输速率的，51系列单片机用定时器T1作为波特率发生器， T1 设置在定时方式。波特率是用来表示串行通信数据传输快慢程度的物理量，定义为每秒钟传送的数据位数。5电源控制寄存器PCON 波特率系数控制寄存器PCON 的最高

16、位为 Smod ，仅仅是最高位与串行口有关。在工作方式 1工作方式 3 时，假设 SMOD=1，则串行口波特率增加一倍。假设SMOD=0，波特率不加倍。系统复位时， SMOD=0。PCON 字节地址为 87H ，不能位寻址。 PCON 的格式如表 3 表 3 特殊功能寄存器PCON 的格式6波特率计算串行口每秒钟发送或接收的位数称为波特率。设发送一位所需要的时间为T，则波特率为1/T。对于不同方式，得到的波特率的范围是不一样的，这是由定时器/ 计数器 T1在不同方式下计数位数的不同所决定的。串行口工作在方式1 或方式 3 时，常用定时器 T1 作为波特率发生器，关系式为：波特率=2SMOD(T

17、1 溢出率 )/32 。2.2 MAX232 芯片在电气特性上 RS-232C采用负逻辑，要求高、低两信号间有较大的幅度， 标准规定为：逻辑1 ：-5-15V ，逻辑 0:+5+15V 。而单片机的信号电平与TTL电平兼容，逻辑 1 大于+2.4V，逻辑 0 为 0.4V 以下。很显然， RS-232C信号电平与 TTL电平不匹配，为了实现两者的连接，必须进行电平转换。MAX232C 为单一 +5V供电，内置自升压电平转换电路，一个芯片能同时完成发送转换和接收转换的双重功能。其引脚如图3：PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称SMOD GF1 GF0 PD IDL 精

18、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第5页图 3 电平转换芯片MAX232 (1) C1+，C1-，C2+ ，C2-；外接电容端。(2) R1IN ，R2IN：两路 RS-232C电平信号输入端，可接传输线。(3) R1OUT，R2OUT ：两路转换后的 TTL电平输出端，可接单片机的RXD 端。(4) T1OUT，T2OUT ：两路转换后的 RS-232C电平信号输出端，可接传输线。(5) T1IN ，T2IN：两路 TTL电平输入端，可接单片机

19、的TXD端。(6)Vs+ ，Vs-：分别经电容接电源和地。整体电路设计最终设计电路如图4 所示，发送方的数据由串行口TXD 段输出，经过电平转换芯片MAX232 将 TTL 电平转换为 RS232电平输出，经过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用 MAX232 芯片进行电平转换后， 信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后，通过 P0 口在数码管上显示接收的信息。图 4 串行通信电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第6页3 软件设计通过通

20、信协议进行发送接收， 主机先送 AAH给从机，当从机接收到 AAH 后，向主机答复 BBH 。主机收到 BBH后就把数码表 TAB16中的 16个数据送给从机， 并发送检验和。 从机收到 16 个数据并计算接收到数据的检验和，与主机发送来的检验和进行比较，假设检验和相同则发送 00H给主机；否则发送FFH给主机，重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。3.1 串行通信软件实现1串行口工作于方式1；用定时器 1 产生 9600bit/s的波特率，工作于方式2。2功能:将本机 ROM 中数码表 TAB16 中的 16 个数发送到从机 ,并保存在从机内部ROM 中，从机收到这16 个数

21、据后送到一个数码管循环显示。3 通信协议 :主机首先发送连络信号 (AAH), 从机接收到之后返回一个连络信号(BBH)表示从机已准备好接收。4通信过程使用第九位发送奇偶校验位。5从机接收到一个数据后，立即进行奇偶校验，假设数据没有错误，则返回00H ，否则返回 FFH 。6主机发送一个数据后， 等待从机返回数据； 假设为 00H ，则继续发送下一个数据，假设为 FFH ，则重新发送数据。3.2 程序流程图开始初始化发送数据按键按下？否是接收数据结束图 5 单片机向PC机发送数据流程图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 1

22、7 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第7页3.2.1 PC机向单片机发送数据流程图开始初始化发送数据接收数据结束图 6 PC 机向单片机发送数据流程图在 protues 上进行仿真实验。首先使用Keil uVsion 2将编写完成的程序编译生成 HEX 文件，将 HEX文件烧录单片机中， 进行仿真实验， 结果如图 7 所示，可以看到，接收端已将接收到的数据完整的显示出来。图 7 仿真图一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232

23、C 串行通讯接口设计第8页图 8 仿真图二5. 课设小结及进一步设想通过这次紧张的课程设计，我学到了很多，尤其是对串行通信这方面有了新的认识，加深了对单片机知识点的理解。在繁忙的一个学期即将结束之时，我的思想成熟了， 这次的课设让我找到了方向， 让我懂得了很多， 有知识方面的，但大部分还是人格方面的。我相信，只要不放弃，只要努力，就一定可以！本文采用的 RS-232标准实现单片机与PC机之间的串行通信。 RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口。由于RS-232-C 接口标准出现较早，难免有不足之处。主要表现在：1、接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不容，故需使

24、用电平转换电路才能与TTL 电路连接。2、传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。3、接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。4、传输距离有限，最大传输距离标准值为50 英尺，实际上也只能用在50米左右。因此建议使用 RS-485标准实现， RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点就使其成为首选的串行接口。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计

25、第9页参考文献1 方彦君 . 智能仪器技术及其应用 . 北京: 化学工业出版社 ,2007.9 23 何立民 . 单片机应用技术选编 . 北京: 北京航天航空大学出版 , 2002. 5 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第10页附录 I 元件清单元件名称型号数量单片机AT89C51 1 接口芯片MAX232A 1 串行接口1 机械开关1 导线假设干精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

26、14 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第11页附录 II 整体电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 17 页沈阳航空航天大学课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计第12页附录 III 源程序清单#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar Receive_Buffer101; uchar Buf_Index = 0; uchar code DSY_CODE

27、= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00 ; void Delay(uint x) uchar i; while(x-) for(i=0;i120;i+); void main() uchar i; P0 = 0 x00; Receive_Buffer0=i; SCON = 0 x50; TMOD = 0 x20; PCON = 0 x00; TH1 = 0 xfd; TL1 = 0 xfd; EA = 1; EX0 = 1; IT0 = 1; ES = 1; IP = 0 x01; TR1 = 1;

28、 while(1) for(i=0;i=0 & c=9) Receive_BufferBuf_Index=c-0; Receive_BufferBuf_Index+1=-1; Buf_Index = (Buf_Index+1)%100; ES = 1; void EX_INT0() interrupt 0 uchar *s = (STC89C51rn); uchar i = 0; while(si!=0) SBUF = si; while(TI = 0); TI = 0; i+; 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 17 页