畢業(yè)論文 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)12設(shè)計(jì)方案13硬件設(shè)計(jì)131AT89C51簡介132MAX232芯片簡介433串行通信電路54軟件設(shè)計(jì)641BIOS串行通信口功能642單片機(jī)串行口控制寄存器及波特率的計(jì)算743程序流程圖10431PC機(jī)部分程序流程圖10432單片機(jī)部分125心得體會13參考文獻(xiàn)14附錄一15附錄二17計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)任務(wù)1畫出簡要的硬件原理圖，編寫通信程序。2程序運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和單片機(jī)之間的串行通信。2設(shè)計(jì)方案PC機(jī)與單片機(jī)之間最簡單的連接是零調(diào)制3線經(jīng)濟(jì)型，所謂三線就是指發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD、接收數(shù)據(jù)線RXD以及信號地線GND。連接時(shí)，雙方的地線直接相連，收發(fā)數(shù)據(jù)線交叉相連。這是進(jìn)行全雙工通信所必需的最少數(shù)目的線路。由于單片機(jī)的輸入、輸出、均為TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致，因此要完成PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本次課程設(shè)計(jì)我們選用AT89C51單片機(jī)，電平轉(zhuǎn)換芯片選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232芯片。3硬件設(shè)計(jì)31AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。以下是AT89C51芯片的引腳圖圖31AT89C51引腳圖接下來對單片機(jī)個(gè)管教進(jìn)行簡要說明VCC供電電壓。GND接地。P0口P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口P3口管腳是帶8個(gè)內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示管腳備選功能P30RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32INT0（外部中斷0）P33INT1（外部中斷1）P34T0（記時(shí)器0外部輸入）P35T1（記時(shí)器1外部輸入）P36WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P37RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。32MAX232芯片簡介MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，適用于各種EIA232C和V28/V24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的5V電源電壓變換成RS232C輸出所需要的正負(fù)10V電壓。所以，采用此芯片的接口串行通信系統(tǒng)只需要單一的5V電源就可以了。以下是MAX232芯片的引腳圖圖32MAX232引腳MAX232典型工作電路圖圖33MAX232典型工作電路圖在MAX232工作電路中，電容C1、C2、C3、C4、以及V_、V是電源變換電路部分。在實(shí)際應(yīng)用中，期間對電源噪聲很敏感。因此，VCC必須要對地加去耦電容，其他電容同樣是用以提高抗干擾能力，在連接時(shí)必須盡量靠近器件。下半部分是發(fā)送和接收部分，實(shí)際應(yīng)用中，INT1和I2可直接接TTL/CMOS點(diǎn)評的89C51單片機(jī)的串行發(fā)送端TXD；OUR和可直接接TTL/CMOS電平的89C51單片機(jī)的串行接收端RXD；T1和T2可直接接PC機(jī)的RS232串口接收端RXD；INR1和I2可直接接PC機(jī)的RS232串口發(fā)送端TXD33串行通信電路通過以上對AT89C51和MAX232兩個(gè)芯片的介紹，接下來設(shè)計(jì)串行通信電路?，F(xiàn)從MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口。應(yīng)注意其發(fā)送、接受的引腳要對應(yīng)。以下為接口電路圖圖34PC機(jī)與單片機(jī)通信電路4軟件設(shè)計(jì)編寫程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信。程序?qū)崿F(xiàn)以下功能單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，PC機(jī)接收后將接收到的數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正確，正確則繼續(xù)發(fā)送并由數(shù)碼管顯示該數(shù)字，否則重新發(fā)送，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。41BIOS串行通信口功能PC機(jī)提供比較靈活的關(guān)于串行口的BIOS中斷調(diào)用方法，即通過”INT14”調(diào)用ROMBIOS串行通信口例行程序。該例行程序包括將串口初始化為指定的字節(jié)結(jié)構(gòu)和傳輸速率，檢查控制器的狀態(tài)、讀寫字符等功能。下面介紹”INT14”中斷調(diào)用功能。1初始化串行通信口（AH0）調(diào)用參數(shù)AL初始化參數(shù)DX通信口號，0COM1,2COM2返回參數(shù)AH通信口狀態(tài)AL調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)2向串行通信口寫字符（AH1）輸入?yún)?shù)AL所寫字符DX通信口號，0COM1,2COM2輸出參數(shù)寫字符成功AH70，AL已寫入字符寫字符失敗AH71，AH06通信口狀態(tài)3從串行通信口讀字符（AH2）輸入?yún)?shù)DX通信口號，0COM1,2COM2輸出參數(shù)讀字符成功AH70，AL讀入字符讀字符失敗AH71，AH06通信口狀態(tài)4取通信口狀態(tài)（AH3）輸入?yún)?shù)DX通信口號，0COM1,2COM2輸出參數(shù)AH通信口狀態(tài)AL調(diào)制解調(diào)器狀態(tài)42單片機(jī)串行口控制寄存器及波特率的計(jì)算89C51串行通信的方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標(biāo)志等均由特殊功能寄存器SCON控制和指示。SCON串行口控制寄存器通常在芯片或設(shè)備中為了監(jiān)視或控制接口狀態(tài)，都會引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個(gè)可以位尋址的寄存器，作用就是監(jiān)視和控制51芯片串行口的工作狀態(tài)。51芯片的串口可以工作在幾個(gè)不同的工作模式下，其工作模式的設(shè)置就是使用SCON寄存器。它的各個(gè)位的具體定義如下SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1為串行口工作模式設(shè)置位，這樣兩位可以對應(yīng)進(jìn)行四種模式的設(shè)置。串行口工作模式設(shè)置。SM0SM1模式功能波特率000同步移位寄存器FOSC/120118位UART由定時(shí)器設(shè)置1029位UARTFOSC/32或FOSC/641139位UART由定時(shí)器設(shè)置在這里只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過。表中的FOSC代表振蕩器的頻率，也就是晶振的頻率。UART為UNIVERSALASYNCHRONOUSRECEIVER）的英文縮寫。SM2在模式2、模式3中為多處理機(jī)通信使能位。在模式0中要求該位為0。REN為允許接收位，REN置1時(shí)串口允許接收，置0時(shí)禁止接收。REN是由軟件置位或清零。如果在一個(gè)電路中接收和發(fā)送引腳P30,P31都和上位機(jī)相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當(dāng)要求在處理某個(gè)子程序時(shí)不允許串口被上位機(jī)來的控制字符產(chǎn)生中斷，那么可以在這個(gè)子程序的開始處加入REN0來禁止接收，在子程序結(jié)束處加入REN1再次打開串口接收。TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在模式2和3是要發(fā)送的第9位。該位可以用軟件根據(jù)需要置位或清除，通常這位在通信協(xié)議中做奇偶位，在多處理機(jī)通信中這一位則用于表示是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。RB8接收數(shù)據(jù)位8，在模式2和3是已接收數(shù)據(jù)的第9位。該位可能是奇偶位，地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位。在模式0中，RB8為保留位沒有被使用。在模式1中，當(dāng)SM20，RB8是已接收數(shù)據(jù)的停止位。TI發(fā)送中斷標(biāo)識位。在模式0，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在發(fā)送停止位之初，由硬件置位。TI置位后，申請中斷，CPU響應(yīng)中斷后，發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數(shù)據(jù)寫入到SBUF后，硬件發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷響應(yīng)（如中斷打開），這時(shí)TI1，表明發(fā)送已完成，TI不會由硬件清除，所以這時(shí)必須用軟件對其清零。RI接收中斷標(biāo)識位。在模式0，接收第8位結(jié)束時(shí)，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。RI1，申請中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。但在模式1中，SM21時(shí)，當(dāng)未收到有效的停止位，則不會對RI置位。同樣RI也必須要靠軟件清除。常用的串口模式1是傳輸10個(gè)位的，1位起始位為0,8位數(shù)據(jù)位，低位在先，1位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決于定時(shí)器1或定時(shí)器2的定時(shí)值（溢出速率）。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片只有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0和定時(shí)器1，而定時(shí)器2是89C52系列芯片才有的。波特率在使用串口做通訊時(shí)，一個(gè)很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機(jī)的波特率一樣時(shí)才可以進(jìn)行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。如果波特率為9600，它是指每秒可以傳送9600個(gè)二進(jìn)位，而一個(gè)字節(jié)要8個(gè)二進(jìn)位，如用串口模式1來傳輸那么加上起始位和停止位，每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)就要占用10個(gè)二進(jìn)位，9600波特率用模式1傳輸時(shí)，每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)是960010960字節(jié)。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為FOSC/12，以一個(gè)12M的晶振來計(jì)算，那么它的波特率可以達(dá)到1M。模式2的波特率是固定在FOSC/64或FOSC/32，具體用那一種就取決于PCON寄存器中的SMOD位，如SMOD為0，波特率為FOCS/64,SMOD為1，波特率為FOCS/32。模式1和模式3的波特率是可變的，取決于定時(shí)器1或2（52芯片）的溢出速率。那么我們怎么去計(jì)算這兩個(gè)模式的波特率設(shè)置時(shí)相關(guān)的寄存器的值呢可以用以下的公式去計(jì)算。波特率（SMOD32）定時(shí)器1溢出速率上式中如設(shè)置了PCON寄存器中的SMOD位為1時(shí)就可以把波特率提升2倍。通常會使用定時(shí)器1工作在定時(shí)器工作模式2下，這時(shí)定時(shí)值中的TL1做為計(jì)數(shù)，TH1做為自動重裝值，這個(gè)定時(shí)模式下，定時(shí)器溢出后，TH1的值會自動裝載到TL1，再次開始計(jì)數(shù)，這樣可以不用軟件去干預(yù)，使得定時(shí)更準(zhǔn)確。在這個(gè)定時(shí)模式2下定時(shí)器1溢出速率的計(jì)算公式如下溢出速率（計(jì)數(shù)速率）/256TH1上式中的“計(jì)數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51芯片中定時(shí)器啟動后會在每一個(gè)機(jī)器周期使定時(shí)寄存器TH的值增加一，一個(gè)機(jī)器周期等于十二個(gè)振蕩周期，所以可以得知51芯片的計(jì)數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個(gè)12M的晶振用在51芯片上，那么51的計(jì)數(shù)速率就為1M。通常用110592M晶體是為了得到標(biāo)準(zhǔn)的無誤差的波特率，那么為何呢計(jì)算一下就知道了。如我們要得到9600的波特率，晶振為110592M和12M，定時(shí)器1為模式2，SMOD設(shè)為1，分別看看那所要求的TH1為何值。代入公式110592M9600232110592M/12/256TH1TH125012M960023212M/12/256TH1TH124949上面的計(jì)算可以看出使用12M晶體的時(shí)候計(jì)算出來的TH1不為整數(shù)，而TH1的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600波特率。當(dāng)然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用110592M的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產(chǎn)生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計(jì)。43程序流程圖431PC機(jī)部分程序流程圖開始串口初始化接收字符數(shù)據(jù)是否就緒接收成功取回發(fā)送保持器是否空發(fā)送字符是否成功NYNYNYNY接收完畢結(jié)束N圖35PC機(jī)通信程序流程圖432單片機(jī)部分等待反饋數(shù)據(jù)NYY圖36單片機(jī)通信程序流程圖開始串口初始化發(fā)送數(shù)據(jù)是否正確發(fā)送出錯(cuò)重新發(fā)送發(fā)送完畢結(jié)束N5心得體會這學(xué)期學(xué)習(xí)了微機(jī)原理與接口技術(shù)，接觸匯編語言，開始對其有一定的了解，以前編寫程序用的都是C語言，基本上不涉及硬件方面的東西，而匯編語言則不同，它需要對硬件電路有一定的了解，這樣在學(xué)習(xí)匯編語言的時(shí)候，就需注意硬件方面的知識的掌握。本次課程設(shè)計(jì)我所做的題目是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信，對于這個(gè)題目，在微機(jī)原理與接口技術(shù)這門課程里曾學(xué)過關(guān)于PC機(jī)的串行通信的知識，而對于單片機(jī)，在以前也曾經(jīng)自學(xué)過，所以最初看到這個(gè)題目的時(shí)候，并沒有感到無從下手，接下來需要做的事情就是通過查找資料確定硬件電路，然后再通過硬件電路編寫實(shí)現(xiàn)功能的程序。通過查找資料，最終確定下來硬件電路圖，進(jìn)而根據(jù)要求編寫程序。由于對此類題目以前沒有做過，所以本次課程設(shè)計(jì)，無論是硬件電路方面，還是軟件方面，難免會有些不足之處，比如硬件電路可以嘗試其他的實(shí)現(xiàn)方法，而軟件方面，則可以修改程序使其實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能等。雖然如此，通過此次課程設(shè)計(jì)還是感覺獲益匪淺，首先是對匯編語言和微機(jī)的串行通信知識有了進(jìn)一步的了解和鞏固，為以后更加系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)；其次是對單片機(jī)知識有了很好的認(rèn)識，以前只是很粗淺的學(xué)習(xí)了單片機(jī)，經(jīng)過這幾天的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，有了很大程度的提高；最后一點(diǎn)就是提高了自己分析和解決問題的能力，面對我們未知的問題，我們應(yīng)該知道如何下手，如何解決?？傊?，通過此次課程設(shè)計(jì)，讓我收獲了很多。參考文獻(xiàn)1周佩玲微機(jī)原理與接口技術(shù)電子工業(yè)出版社，20052周堅(jiān)單片機(jī)C語言輕松入門北京航空航天大學(xué)出版社，20063李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）北京航空航天大學(xué)出版社，20054潘超群單片機(jī)控制技術(shù)在通信中的應(yīng)用MCS51系列電子工業(yè)出版社，20085程學(xué)先匯編語言程序設(shè)計(jì)武漢理工大學(xué)出版社，2002附錄一PC機(jī)通信程序DATASEGMENTRBUFDB10DUP0COUNTDB10DATAENDSCODESEGMENTASSUMECSCODE,DSDATA,STARTPROCFARPUSHDSPUSHAXMOVAX,DATAMOVDS,AXLEADI,RBUF置接收數(shù)據(jù)塊首地址MOVCL,COUNT置接收數(shù)據(jù)塊長度MOVAH,00H0號功能MOVAL,0E3H串口初始化波特率9600，無校驗(yàn)，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位MOVDX,00H指定COM1端口INT14HREPT1MOVAH,02H2號功能接收字符MOVDX,00H指定COM1端口INT14H出口參數(shù)AL中為接收到的參數(shù)，AH中為線路狀態(tài)MOVBX,AXAX中的內(nèi)容暫存于BX中MOVAL,AH取線路狀態(tài)至ALTESTAL,80H接收是否成功（D70）JNZREPT1不成功，重接TESTAL,01H數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備就緒JNZREPT1未就緒，重接MOVAL,BL就緒，取回字符MOVDI,AL保存INCDI指向下一個(gè)地址單元REPT2MOVAH,03H3號功能檢查串口狀態(tài)MOVDX,00H指定COM1端口INT14HMOVAL,AH取線路狀態(tài)至ALTESTAL,20H發(fā)送保持器是否空（D51）JZREPT2REPT3MOVAL,BL將接收到的字符存至ALMOVAH,0