2022年课设：基于单片机的RS-C串行通讯接口设计.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文题目 基于单片机的RS-232C串行通讯接口设计班 级 9407102 名师归纳总结 学号 2022040701067 第 1 页,共 17 页学 生 姓 名徐茂哲指 导 教 师张晓东- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课 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 2022040701067 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 : 2022 年

2、12 月 29 日至 2022 年 课程设计的内容及要求：1 月 11 日利用 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；详细要求如下：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；指导老师年月日名师归纳总结 负责老师年月日第 2 页,共 17 页同学签字年月日- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录名师归纳总结 0. 前言 . . 0

3、1. 总体方案设计 . . 1 2. 硬件电路的设计 . . 1 2.1 单片机系统 . 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 第 3 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计基于单片机的 RS-232C串行通讯接口设计徐茂哲

4、沈阳航空航天高校自动化学院摘要： 本文主要设计了一个基于 RS-232C 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. 前言电脑的进展对通信起了庞大的推动作用, 电脑和通信紧密结合构成了敏捷多样的通信掌握系统, 也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的进展产生了深远的影响；随着电子技术和电脑技术的进展,特殊是单片机的进展,使传统的测量仪器在原理、功能、精度及自动化水公平方面发生了庞大的变化,形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器 智能

5、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识电子仪器的工作原理, 而且仍要求其把握微型电脑硬件和软件的原理；目前,有许多的传统电子仪器已有相应的替代产品, 而且仍显现不少全新的仪器类型和测试系统体系；在科学技术高速进展的今日, 如何用简洁廉价、性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品,已经成为人们讨论的主要趋势；在自动化技术中,无论是过程掌握技术仍是数据采集技术仍是测控技术,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, 通常采纳标准的通讯接口；所谓标准的通讯接口,

6、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, 这样就能便利地把不同的电脑、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,利用它可以很便利地把各种电脑、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

7、特别敏捷的,实际通信中常常采纳 9 针接口进行数据通信；第0页名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计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,采纳 RS232进行通信,硬件的连接方法如图 1 所示；电平转换芯片采纳 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

8、传送到接收端；为提高抗干扰才能,仍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 储备器,可进行 1000 次擦写操作；全静态工作为 033MHz,有 3 级程序储

9、备器加密锁定,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 /计数器, 68 级中断,此外有通用串行接口、低电压闲暇模式及掉电模式；AT89C51 相当于将 8051 中的 4KB ROM 换成相应数量的 Flash 储备器,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；列直插式封装,引脚排列如图 2 所示：AT89C51 在内部采纳 40 条引脚的双第1页名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通

10、讯接口设计图 2 AT89C51 芯片引脚在自动化测量和掌握系统中 ,各台外表之间需要不断地进行各种信息的交换和传输,这种信息的交换和传输是通过外表的通信接口,依据肯定的协议进行的； 通信接口是各台外表之间或者是外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,依照肯定的次序逐位进行传送的通信方式,其特点是只用两条信号线 号回路即可完成通信,成本低,传输的距

11、离较远；一条信号线,再加一条地线作为信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,也可作为一个同步移位寄存器使用；1串行数据缓冲器 SBUF51 单片机串行接口的结构如下：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,在接收寄存器之前仍有移位寄存器,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显现帧重叠错误；发送数据时,由于第2页名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基

12、于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计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；在规律上 ,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,就有两个完全独立的 SBUF,一个是发送缓冲寄存器 SBUF,另一个是接收缓冲寄存器 SBUF；假如 CPU写 SBUF,数据就会被送入发送寄存器预备发送；假如 CPU读 SBUF,就读入的数据肯定来自接收缓冲器；即 不同的寄存器；2串行掌握寄存器 PCONCPU对 SBUF的读写,实际上是分别拜访上述两个串行掌握寄存器 SCON用于设置串行口的工作方式、监视串行口的工作

13、状态、掌握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 式如表 1 所示：表 1 串行口掌握寄存器 SCON 8 位特殊功能寄存器；其格位地址9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H SCON SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 SM2：多机通信掌握位；REN：接收答应掌握位；软件置 1 答应接收；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,依据需要由软件置 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,使从机依据这一位来判

14、定主机发送的时呼叫地址仍是要传送的数据；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；必需要软件清零后才能连续发送；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；必需要软件清零后才能连续接收；SM0,SM1:串行口工作方式挑选位,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I/O 扩展波特率SMOD/32 0 0 0 8 位同步移位寄存器用于fORC/12 0 1 1 10 位异步串行通信UART可变 T1 溢出率 *21 0 2

15、 11 位异步串行通信UARTfORC/64 或 fORC/32 SMOD/32 1 1 3 11 位异步串行通信UART可变 T1 溢出率 *23输入移位寄存器第3页名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计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掌握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

16、快慢程度的物 理量,定义为每秒钟传送的数据位数；5电源掌握寄存器 PCON 波特率系数掌握寄存器PCON的最高位为 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,就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 PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位名称 SMOD GF1 GF0 PD IDL 表 3 特殊功能寄存器 PCON的格式6波特率运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,就波特率为 1/T

17、 ；对于不同方式,得到的波特率的范畴是不一样的,这是由定时器 / 计数器 T1 在不同方式下计数位数的不同所打算的；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 2.2 MAX232芯片=2 SMOD T1 溢出率 /32 ；在电气特性上 RS-232C采纳负规律,要求高、低两信号间有较大的幅度, 标准规定为：规律1 ：-5 -15V ,规律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,规律 0 为 0.4V 以下；很明显, RS-232C信号电平与 TTL电平不匹配,为了实现两者的连接,必需进行电平转换；MA

18、X232C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：第4页名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计图 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-

19、232C电平信号输出端,可接传输线；5 T1IN ,T2IN：两路 TTL 电平输入端,可接单片机的 TXD端；6Vs+ ,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 串行通信电路第5页名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - -

20、 - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计3 软件设计通过通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 个数据并运算接收到数据的检验和,与主机发送来的检验和进行比较,假设检验和相同就发送 00H给主机；否就发送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

21、ROM 中数码表 TAB16 中的 16 个数发送到从机 ,并储存在从机内部 ROM 中,从机收到这 16 个数据后送到一个数码管循环显示；3通信协议 :主机第一发送连络信号 AAH, 从机接收到之后返回一个连络信号 BBH 表示从机已预备好接收；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,立刻进行奇偶校验,假设数据没有错误,就返回 00H,否就返回 FFH；6主机发送一个数据后, 等待从机返回数据； 假设为 00H,就连续发送下一个数据,假设为 FFH,就重新发送数据；3.2 程序流程图开头初始化发送数据按键按下？否是接收数据终止图 5 单片机向 PC机发送数据流程图第6页名

22、师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计3.2.1 PC 机向单片机发送数据流程图开头初始化发送数据接收数据终止图 6 PC 机向单片机发送数据流程图在 protues 上进行仿真试验；第一使用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, 进行仿真试验, 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 仿真图一第7页名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 1

23、7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计图 8 仿真图二5. 课设小结及进一步设想通过这次紧急的课程设计,我学到了许多,特殊是对串行通信这方面有了新的熟识,加深了对单片机学问点的懂得；在繁忙的一个学期即将终止之时,我的思想成熟了, 这次的课设让我找到了方向, 让我懂得了许多, 有学问方面的,但大部分仍是人格方面的；我信任,只要不舍弃,只要努力,就肯定可以！本文采纳的 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 接口标准显现较早,难

24、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,又由于与 TTL 电平不容,故需使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,这种共地传输简洁产生共模干扰,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才能等优点就使其成为首选的串行接口；第8页名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页

25、精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计参考文献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 2 3 何立民 . 单片机应用技术选编 . 北京 : 北京航天航空高校出版 , 2002. 5 第9页名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计元件名称附录 I 元件清单数量型号单片机AT89C51 1 接口芯片MAX232A 1 串行接口1

26、 机械开关1 导线假设干第 10页名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计附录 II 整体电路图第11页名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 沈阳航空航天高校课程设计论文基于单片机的RS-232C 串行通讯接口设计附录 III 源程序清单#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar

27、 Receive_Buffer101; uchar Buf_Index = 0; uchar code DSY_CODE= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00 ; void Delayuint x uchar i; whilex- fori=0;i120;i+; void main uchar i; P0 = 0x00; Receive_Buffer0=i; SCON = 0x50; TMOD = 0x20; PCON = 0x00; TH1 = 0xfd; TL1 = 0xfd; EA = 1; EX0 = 1; IT

28、0 = 1; ES = 1; IP = 0x01; TR1 = 1; while1 fori=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; whilesi.=0 SBUF = si; whileTI = 0; TI = 0; i+; 第 13页名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页