單片機(jī)串口通信設(shè)計(jì)方案

1、單片機(jī)串口通信設(shè)計(jì)方案1.緒論1.1課題背景及意義目前，單片機(jī)的發(fā)展速度大約每?jī)伞⑷暌乱淮啥仍黾右槐?，功能翻一番。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用圍之廣已達(dá)到了驚人的地步，它已滲透到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。在汽車、通信、智能儀表、家用電器和軍事設(shè)備的智能化以及實(shí)時(shí)過(guò)程控制等方面，單片機(jī)都扮演著非常重要的角色1。因此單片機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有廣闊的前景。所以，對(duì)于電氣類學(xué)生而言，學(xué)習(xí)一種單片機(jī)的開(kāi)發(fā)是十分必要的。而51系列的單片機(jī)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其處理速度更快，性能更優(yōu)越，在工業(yè)控制領(lǐng)域上占據(jù)十分重要的地位，通過(guò)對(duì)51系列單片機(jī)的學(xué)習(xí)而掌握單片機(jī)開(kāi)發(fā)的過(guò)程是一種不錯(cuò)的選擇。然而單片

2、機(jī)是一門綜合性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，其學(xué)習(xí)涉及的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)比較多，硬件設(shè)備投入比較大，對(duì)于大多數(shù)人而言很難投入大筆資金去購(gòu)買實(shí)驗(yàn)器件。而且要進(jìn)行硬件電路測(cè)試和調(diào)試，必須在電路板制作完成、元器件焊接完畢之后進(jìn)行，但這些工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此引入EDA軟件仿真系統(tǒng)建立虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅可以大大提高單片機(jī)的學(xué)習(xí)效率，而且大大減少硬件設(shè)備的資金投入，同時(shí)降低對(duì)硬件設(shè)備的維護(hù)工作。EDA設(shè)計(jì)思路是：從元器件的選取到連接、直至電路的調(diào)試、分析和軟件的編譯，都是在計(jì)算機(jī)中完成，所用的工作都是虛擬的。雖然現(xiàn)在的電路設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)很多，諸如PROTEL、ORCAD、EWB、Multisim等，不過(guò)這些軟件之間的差別都不

3、大：都有原理圖和PCB制作功能，都能進(jìn)行諸如頻率響應(yīng)，噪音分析等電路分析，主要用于模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的性能仿真與分析，但對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)及軟件編程，最重要的是兩者的聯(lián)調(diào)，這些軟件都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以造成了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)費(fèi)用高等缺點(diǎn)広。新款的EDA軟件Proteus解決了上述軟件的不足，成為目前最好的一款單片機(jī)學(xué)習(xí)仿真軟件。Proteus軟件是由英國(guó)LabCenterElectronics公司開(kāi)發(fā)的EDA工具軟件。Proteus軟件已有近20年的歷史，在全球已得到相當(dāng)廣泛的使用。Proteus軟件集成了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)

4、完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)oProteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。同時(shí)，當(dāng)硬件調(diào)試成功后，利用ProteusARES軟件，很容易獲得其PCB圖，為今后的系統(tǒng)制造提供了方便。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象34。Proteus軟件支持許多通用的微控制器，如PCI系列、AVR系列、HC11系列、68000系列、Z80系列、8051

5、系列以及各種外圍芯片；包含強(qiáng)大的調(diào)試工具，具有對(duì)寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單步模式IAR、C-SPY、Keil、MALAB等開(kāi)發(fā)工具的源程序進(jìn)行調(diào)試的功能；能夠觀察代碼在仿真硬件上的實(shí)時(shí)運(yùn)行效果、對(duì)顯示、按鈕、鍵盤等外設(shè)的交互可視化進(jìn)行仿真；具有6000多種模擬和數(shù)字器件的模型庫(kù)；具有單步斷點(diǎn)設(shè)置等調(diào)試功能；能夠與常用的匯編器、編譯器如IAR、Keil、Proton等協(xié)同調(diào)試；有直流電流表/電壓表、交流電壓表/電流表、示波器邏輯分析儀、計(jì)數(shù)/按時(shí)/頻率計(jì)虛擬終端、SPI調(diào)試器等虛擬儀器，以仿真中的測(cè)量記錄提供了方便；支持圖形化的分析功能，具有頻率特性、傅立葉、失真、噪聲分析等多種繪圖方式、可將仿真

6、曲線精美地繪制出來(lái)3。Keil是KeilSoftware公司開(kāi)發(fā)的，是目前世界上最好的51單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具之一。軟件本身支持?jǐn)?shù)百種51系列單片機(jī)機(jī)芯，可以用來(lái)編譯C源碼、匯編程序、連接和重定位目標(biāo)文件和庫(kù)文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化文件管理編譯環(huán)境。它集成了文件編譯處理、編譯連接、項(xiàng)目管理，窗口、工具引用和軟件仿真調(diào)試等多種功能，是相當(dāng)強(qiáng)大的的開(kāi)發(fā)工具5。ProteusISIS與Keil整合起來(lái)使用，充分利用各自的仿真功能，單片機(jī)的軟硬件的調(diào)試和仿真，將變得非常直觀和生動(dòng)。國(guó)外的很多知名大學(xué)已經(jīng)開(kāi)始使Proteus作為他們的教學(xué)工具，比如StanfordUniversity

7、，UniversityOfCalifornia，CambridgeUniversity，Carlislecollege，理工大學(xué)，大學(xué)，華南理工大學(xué)，工程大學(xué)等幾十所高校。他們一致認(rèn)為該軟件在教學(xué)中的應(yīng)用有很大的幫助，其靈活自主的設(shè)計(jì)方式使學(xué)生更能體驗(yàn)到電子設(shè)計(jì)的魅力，學(xué)生對(duì)單片機(jī)以及電子設(shè)計(jì)的興趣大大提升，知識(shí)的掌握和應(yīng)用當(dāng)然也有了很大的提高。雖然Proteus在單片機(jī)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是在國(guó)的發(fā)展才幾年的時(shí)間，其應(yīng)用還未普及。因此，通過(guò)Proteus仿真平臺(tái)學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)之間的串口通信，是對(duì)EDA軟件Proteus的使用過(guò)程的學(xué)習(xí)，也為以后利用該軟件進(jìn)行電子設(shè)計(jì)

8、與開(kāi)發(fā)打下一定的基礎(chǔ)，以跟上現(xiàn)代科技的快車去適應(yīng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境。串行通信是CPU與外界交換信息的一種基本方式，單片機(jī)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集或工業(yè)控制時(shí)，往往作為前端機(jī)安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)離主機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采用串行通信方式發(fā)送給主機(jī)并進(jìn)行處理，以降低成本，提高通信的可靠性。51系列單片機(jī)自身有全雙工的異步串行通信接口，實(shí)現(xiàn)串行通信極為方便。既可通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)控制和監(jiān)視多臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng),也可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)單片機(jī)之間的互聯(lián),組成不同的控制系統(tǒng),適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合6。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的串口通信所涉及單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)多，概括了單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能、中斷功能和串行通信功能等，是單片機(jī)功能的綜合應(yīng)用。通過(guò)Proteus對(duì)單

9、片機(jī)串行通信的仿真和調(diào)試，不僅是對(duì)51單片機(jī)知識(shí)的綜合學(xué)習(xí)，也是熟悉Proteus軟件的應(yīng)用過(guò)程。1.2設(shè)計(jì)的主要任務(wù)本論文要求在理解串行通信基本知識(shí)、學(xué)習(xí)并掌握51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、指令系統(tǒng)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、熟悉Ke訂軟件的編程與調(diào)試環(huán)境以及掌握Proteus仿真軟件的使用環(huán)境、元器件調(diào)用、虛擬儀器應(yīng)用、原理圖設(shè)計(jì)、仿真調(diào)試的基礎(chǔ)上，完成以下4項(xiàng)任務(wù)：1、總結(jié)單片機(jī)串口通信的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)要求，對(duì)單片機(jī)串口通信的各種控制方案進(jìn)行比較，選擇一個(gè)合適的控制方案；2、根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，在Proteus仿真環(huán)境中設(shè)計(jì)單片機(jī)串口通信硬件電路；3、在Keil環(huán)境中編制串口通信控制程序，并進(jìn)行編譯調(diào)試；

10、4、在Proteus仿真環(huán)境中調(diào)用硬件電路，加載控制程序，并進(jìn)仿真調(diào)試。1.3論文的主要容在本論文中，設(shè)計(jì)的主要容有五個(gè)方面：一是串行通信控制系統(tǒng)方案的選擇；二是系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)；三是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；四是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；五是系統(tǒng)仿真與調(diào)試；六是系統(tǒng)硬件PCB設(shè)計(jì)。具體章節(jié)安排如下：1、緒論在課題的背景及意義中介紹單片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀、單片機(jī)EDA軟件Proteus的優(yōu)勢(shì)、Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件簡(jiǎn)介以及單片機(jī)通信的描述；此外，還簡(jiǎn)單的說(shuō)明介紹了本文設(shè)計(jì)的主要任務(wù)以及論文的主要容。2、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)主要論述通信的基本知識(shí)和系統(tǒng)的方案選擇。系統(tǒng)的方案選擇主要包括控制器的選擇、串行通信方式比較與方案選擇、顯示

11、方案比較與選擇、編寫程序語(yǔ)言比較和選擇、串行控制方案確定以及系統(tǒng)框圖繪制。3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)方案在ProteusISIS原理圖編輯環(huán)境中繪制系統(tǒng)硬件電路，主要包括原理圖文件的創(chuàng)建、圖紙大小的設(shè)置、原理圖中元器件的選取、元器件的放置、電源、地、和輸入輸出終端的放置、原理圖連線、器件統(tǒng)一編號(hào)、電氣檢測(cè)以及元器件屬性設(shè)置等容。4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要介紹了在Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行C51語(yǔ)言的編寫過(guò)程、控制系統(tǒng)程序的編寫以及程序流程圖繪制。5、系統(tǒng)仿真與調(diào)試完成控制系統(tǒng)在ProteusISIS環(huán)境中的仿真與調(diào)試，主要是根據(jù)仿真結(jié)果驗(yàn)證硬件原理圖以及軟件編寫的是否正確。6、系統(tǒng)硬件PCB設(shè)計(jì)完

12、成串行通信單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)與PCB繪制。通過(guò)以上六個(gè)方面的闡述說(shuō)明，將會(huì)對(duì)單片機(jī)串行通信控制系統(tǒng)基于Proteus的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與仿真過(guò)程以及電路板制作有一個(gè)清晰全面的認(rèn)識(shí)。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本文的題目是“基于Proteus的51單片機(jī)應(yīng)用一一單片機(jī)串行通信設(shè)計(jì)”，主要是通過(guò)單片機(jī)串行通信控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),來(lái)闡述和實(shí)踐51單片機(jī)的應(yīng)用在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的仿真和調(diào)試過(guò)程。由于題目沒(méi)有給出具體的系統(tǒng)功能要求，因此有很大的設(shè)計(jì)空間。為了很好地在Proteus虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上展示51單片機(jī)串行通信的結(jié)果，需要自行設(shè)計(jì)方案。2.1通信概述及串行通信方式選擇單片機(jī)串行通信在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分重要，是設(shè)

13、計(jì)的核心部分，為此需要在此對(duì)通信部分做一些介紹。2.1.1通信的基本概念通信是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)與外設(shè)之間及主機(jī)系統(tǒng)與主機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。通信有并行通信和串行通信兩種基本方式。兩種基本通信方式如圖2.1所示。O1_u_u1_u_u1計(jì)直機(jī)0O1_u_u1_u_u1計(jì)直機(jī)01001計(jì)算機(jī)外計(jì)算機(jī)或外設(shè)泗*-畑)并行通信(b)串行謹(jǐn)信圖2.1并行通信與串行通信并行通信的特點(diǎn)就是將多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)進(jìn)行傳輸。通信速度快，但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少位，就相應(yīng)地有多少根傳輸線，傳輸信號(hào)線多，傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)線路復(fù)雜，成本高，較適合于短距離的數(shù)據(jù)通信。串行通信的特點(diǎn)就是只用一根數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，多位數(shù)據(jù)必須在一根數(shù)據(jù)線

14、上順序地進(jìn)行傳送。傳輸線少，通信線路簡(jiǎn)單，通信速度慢，成本低，適合于多數(shù)位、長(zhǎng)距離通信的場(chǎng)合。串行通信按照信息在設(shè)備間的傳輸方向，還可分為單工、半雙工和全雙工三種方式。分別如圖2.2所示。在串行通信中，通信雙方在任一時(shí)刻，只能單方向的傳送數(shù)據(jù)，這樣的傳送方法稱為單工方式。如圖2.2(a)所示，通信方甲機(jī)只能作為發(fā)送方，而通信方乙機(jī)只能作為接收方，不能互換。通信雙方可通過(guò)傳輸線交替地進(jìn)行雙向傳輸，每個(gè)通信方都可以作為發(fā)送方或接收方,但在任一時(shí)刻，不能同時(shí)作為發(fā)送方和接收方，這樣的通信方甲機(jī)(A)單工傳送Ml乙機(jī)行滄半觀工傳送1甲機(jī)(A)單工傳送Ml乙機(jī)行滄半觀工傳送1岌醫(yī)器1一甲機(jī)XT岌醫(yī)器1乙

15、機(jī)接收器寸Q液工伎送圖2.2通信方式示意圖式稱為半雙工方式。如圖2.2(b)所示，通信方甲機(jī)和通信方乙機(jī)都可以作為發(fā)送方或接收方,但在任一時(shí)刻，不能同時(shí)作為發(fā)送方和接收方，通軟件或硬件設(shè)定。通信雙方通過(guò)兩條傳輸線進(jìn)行互連，兩者之間的數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收，這樣的通信方式稱為全雙工方式。如圖2.2(c)所示，通信方甲機(jī)和通信方乙機(jī)同時(shí)可以作為發(fā)送方和接收方。AT89C51單片機(jī)在硬件上具有全雙工的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，盡管多數(shù)串行通信接口電路具有全雙工功能，單一般情況下，多工作于半雙工方式下。因此，為了能夠綜合展示單片機(jī)串行通信的的應(yīng)用，本系統(tǒng)采用半雙工方式。串行通信中要解決好發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)

16、備之間的同步問(wèn)題，否則會(huì)造成某些數(shù)據(jù)位的丟失而通信失敗。根據(jù)采用的同步方式的不同，將串行通信進(jìn)一步分為同步串行通信和異步串行通信兩種。異步串行通信方式是將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照某種位數(shù)進(jìn)行分組(通常以8位的字節(jié)為單位)，在每組數(shù)據(jù)的前面和后面分別加上一位起始位和一位停止位，根據(jù)需要還可以在停止位前加一位校驗(yàn)位，并且停止位的長(zhǎng)度還可以增加。這樣組合而成的一組數(shù)據(jù)被稱為一幀。異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式如圖2.3所示。圖2.3圖2.3串行異步通信數(shù)據(jù)格式異步串行通信方式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是數(shù)據(jù)的傳送量增加很多，導(dǎo)致傳輸效率不高,一般用在對(duì)傳輸速率要求不高的應(yīng)用中。同步串行通信方式不再以字節(jié)為單位，而是以數(shù)據(jù)塊為

17、單位，每個(gè)數(shù)據(jù)塊可以有多個(gè)字節(jié)構(gòu)成，只在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的前后加上起始位和停止位，這樣減少了需要額外傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)的長(zhǎng)度，自然也就提高了傳輸?shù)男?。同步串行通信的?shù)據(jù)傳送格式如圖2.4所示。同步字符1同步字符2數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)字符1校驗(yàn)字符1圖2.4串行同步通信數(shù)據(jù)格式同步通信方式的軟硬件的復(fù)雜程度也隨之上升，價(jià)格比較昂貴，一般只在傳輸速率要求較高系統(tǒng)使用。因此本系統(tǒng)采用異步串行通信。波特率是串行通信中的一個(gè)重要概念，它用于衡量串行通信速度的快慢。波特率是指在串行通信中，單位時(shí)間里傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的位數(shù),單位是b/s或bps（位/秒）。例如：每秒鐘傳輸120個(gè)字符，每個(gè)字符由10個(gè)二進(jìn)制位（其中1個(gè)起始位

18、、8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位），其波特率為120字符/秒X10位/字符=1200位/秒。在異步串行通信中，波特率一般為50-9600bps。在串行傳輸中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列是以數(shù)字波形表示的，發(fā)送時(shí)，在發(fā)送時(shí)鐘的作用下將移位寄存器的數(shù)據(jù)串行移位輸出；接收時(shí)，在接收時(shí)鐘的作用下將通信線上傳來(lái)的數(shù)據(jù)串行移入移位寄存器。所以，發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘也可稱為移位時(shí)鐘，能產(chǎn)生該時(shí)鐘的電路稱為波特率發(fā)送器。為了提高采樣的分辨率，準(zhǔn)確地測(cè)定數(shù)據(jù)位的上升沿或下降沿，時(shí)鐘頻率總是高于波特率若干倍，這個(gè)倍數(shù)稱為波特率因子。在單片機(jī)中，發(fā)送/接收時(shí)鐘可以由系統(tǒng)時(shí)鐘fosc產(chǎn)生，其波特率因子可為12、32和64,根據(jù)方式而不同。

19、此時(shí)波特率由fosc決定，稱為固定方式頻率方式；也可由單片機(jī)部定時(shí)器T1產(chǎn)生，T1工作于自動(dòng)再裝入8位定時(shí)方式（方式2）。由于定時(shí)器的計(jì)數(shù)初值可以人為改變，T1產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率也可以改變，因此稱為可變波特率方式。當(dāng)然，也可以用用T2作為波特率發(fā)生器7。51系列單片機(jī)串行口的功能51單片機(jī)的串口是一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，通過(guò)軟件編程，它可以作為通用異步接收和發(fā)送UART使用，可以同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。發(fā)送、接收數(shù)據(jù)可以通過(guò)查詢或中斷方式處理，使用十分靈活，能方便的與其他計(jì)算機(jī)或串行傳送信息的外部設(shè)備（如串行打印機(jī)、CRT終端）實(shí)現(xiàn)雙機(jī)、多機(jī)通信。其幀格式為：1個(gè)起始位，8或9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停

20、止位。51單片機(jī)的串口也可以作為同步移位寄存器。51單片機(jī)的串口有4種工作方式，分別是方式0、方式1、方式2、方式3。其中：方式0,為同步移位寄存器方式，一般用于外接移位寄存器芯片擴(kuò)展I/O接口；方式1，是8位的異步通信方式，通常用于雙機(jī)通信。方式2和方式3，是9位的異步通信方式，通常用于多機(jī)通信。不同的工作方式，其波特率不一樣，方式0和方式2的波特率直接由系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生，方式1和方式3的波特率由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1或T2的溢出頻率決定。51系列單片機(jī)的串行結(jié)構(gòu)51系列的單片機(jī)串行口主要由發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、發(fā)送控制器、輸出控制門、接收數(shù)據(jù)寄存器、接收控制器和輸入移位寄存器等組成，它的結(jié)構(gòu)如圖2.5所

21、示：內(nèi)部總線I皴特率發(fā)生器(F密0)內(nèi)部總線I皴特率發(fā)生器(F密0)圖2.551單片機(jī)串行口結(jié)構(gòu)圖串行通信數(shù)據(jù)寄存器SBUF，字節(jié)地址為99H,實(shí)際對(duì)應(yīng)兩個(gè)寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、接收數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)CPU向SBUF寫數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)應(yīng)的是發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng)CPU讀SBUF時(shí)，對(duì)應(yīng)的是接收數(shù)據(jù)寄存器。特殊功能寄存器SC0N用于存放串行口的控制信息和狀態(tài)信息。根據(jù)對(duì)其寫控制字決定工作方式，從而決定波特率發(fā)生器的時(shí)鐘來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘還是來(lái)自定時(shí)器T1或T2。特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD為串行口波特率的倍增控制位。51單片機(jī)的串行口正是通過(guò)對(duì)上述專用寄存器的設(shè)置、檢測(cè)與讀寫來(lái)管理串行通信的。在進(jìn)行通信時(shí)

22、，外界的串行數(shù)據(jù)是通過(guò)引腳RXD(P3.0)輸入的。輸入數(shù)據(jù)先逐位進(jìn)入輸入移位寄存器，再送入接收SBUF，在此采用了雙緩沖結(jié)構(gòu)，這是為了避免在接收到第二幀數(shù)據(jù)之前，CPU未及時(shí)響應(yīng)接收器的前一幀的中斷請(qǐng)求而把前一幀數(shù)據(jù)讀走，造成兩幀數(shù)據(jù)重疊的錯(cuò)誤。對(duì)于發(fā)送器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生寫重疊的問(wèn)題，一般不需要雙緩沖器結(jié)構(gòu)，為了保持最大的傳送速率，僅用了SBUF一個(gè)緩沖器。TI和RI為發(fā)送和接收中斷標(biāo)志，無(wú)論哪個(gè)為1,只要中斷允許，都會(huì)引起中斷851系列單片機(jī)串口工作原理設(shè)有兩個(gè)單片機(jī)串行通信，甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收，如圖2.6所示。圖2.651單片機(jī)串彳丁傳送示意圖發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)執(zhí)行一條向

23、SBUF寫入數(shù)據(jù)時(shí)把數(shù)據(jù)寫入串口發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，就啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。串行通信中，甲機(jī)CPU向SBUF寫入數(shù)據(jù)（MOVSBUF,A）,就啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。在發(fā)送時(shí)鐘控制下，先發(fā)送一個(gè)低電平的起始位，緊接著把A中的數(shù)據(jù)送入SBUF，在發(fā)送控制器的控制下，按設(shè)定的波特率，每來(lái)一個(gè)移位時(shí)鐘，數(shù)據(jù)移出移一位，由低位到高位一位一位發(fā)送到電纜線上，移出的數(shù)據(jù)位通過(guò)電纜線直達(dá)乙機(jī)。最后發(fā)送一個(gè)高電平的停止位。一個(gè)字符發(fā)送完畢，串行口控制寄存器中的發(fā)送中斷標(biāo)志位T1置位。（對(duì)于方式2和方式3,當(dāng)發(fā)送完數(shù)據(jù)位后，要把串行口控制寄存器SCON中的TB8位發(fā)送出去后才能發(fā)送停止位）。乙機(jī)按設(shè)定的波特率，每來(lái)一個(gè)移位時(shí)鐘及移入

24、一位，由低位到高位一位一位移入到SBUF。一個(gè)移出，一個(gè)移進(jìn)，很顯然，如果兩邊的移位速度一致，甲機(jī)移出的數(shù)據(jù)位正好被乙機(jī)移進(jìn)，就能完成數(shù)據(jù)的正確傳送；如果不一致，則必然會(huì)造成數(shù)據(jù)位的丟失。因此，兩邊的波特率必須一致。當(dāng)甲機(jī)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢（或稱發(fā)送緩沖器空），硬件置位發(fā)送中斷標(biāo)志位TI（SCON.1）,該位可作為查詢標(biāo)志，如果設(shè)置為允許中斷，則將引起中斷，甲機(jī)的CPU可發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。作為接受方的乙機(jī)，需預(yù)先設(shè)置位REN（SCON.4），即允許接收。當(dāng)REN置位1,接收控制器就開(kāi)始工作，對(duì)接收數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣到從“1”到“0”的負(fù)跳變時(shí)，接收控制器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。為了減少干擾的影響，接收控

25、制器在接收數(shù)據(jù)時(shí)，將一位的傳送時(shí)間分成16等分，用當(dāng)中的7、8、9三個(gè)狀態(tài)對(duì)接收數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣，三次采樣當(dāng)中，當(dāng)兩次采樣為低電平時(shí)，就認(rèn)為接收的是“0”，兩次采樣為高電平，就認(rèn)為接收是“1”。如果接收是起始位的值不是“0”，則起始位無(wú)效，復(fù)位接收電路；如果起始位為“0”，則開(kāi)始接受其它數(shù)據(jù)。甲方的數(shù)據(jù)按設(shè)定的波特率由地位到高位順序進(jìn)入乙機(jī)的移位寄存器。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)到齊（接收緩沖器滿）后（接收的前8位數(shù)據(jù)依次移入輸入移位寄存器，接收是第9位數(shù)據(jù)置入串口控制寄存器的RB8位中），硬件自動(dòng)置位接收中斷標(biāo)志RI（SCON.0），通知CPU來(lái)取數(shù)據(jù)。該位可作為查詢標(biāo)志，如果設(shè)置為允許中斷，將引起接收中斷，

26、乙機(jī)的CPU可通過(guò)讀SBUF（MOVA,SBUF）,將幀數(shù)據(jù)讀入，從而完成了一幀數(shù)據(jù)的傳送。無(wú)論是單片機(jī)之間，還是單片機(jī)和PC機(jī)之間，串行通信雙方的波特率必須相同，才能完成數(shù)據(jù)的正確傳送751系列單片機(jī)多機(jī)通信多機(jī)應(yīng)用是指在一個(gè)系統(tǒng)中用到了多塊單片機(jī)。它是單片機(jī)在高科技領(lǐng)域的主要應(yīng)用，主要用于一些大型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)分成了多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，用于完成本系統(tǒng)的工作，即從上級(jí)主機(jī)接收信息，并發(fā)送信息給上級(jí)主機(jī)。上級(jí)主機(jī)則根據(jù)接收的下級(jí)子系統(tǒng)的信息，進(jìn)行判斷，產(chǎn)生相應(yīng)的處理命令傳送給下級(jí)子系統(tǒng)。通過(guò)51單片機(jī)串口能夠?qū)崿F(xiàn)一臺(tái)主機(jī)與多臺(tái)從機(jī)進(jìn)行通信，主機(jī)和從機(jī)之間能夠

27、相互發(fā)送和接收信息。主機(jī)可以向各個(gè)從機(jī)或指定的從機(jī)發(fā)送信息，各個(gè)從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收，但從機(jī)與從機(jī)之間不能相互通信。單片機(jī)串行多機(jī)通信必須使用串口模式2和模式3。在多機(jī)通信中，為了保證主機(jī)能夠正確識(shí)別所選是從機(jī)并進(jìn)行通信，主，從機(jī)需要正確地設(shè)置和判斷多機(jī)通信控制位SM2和發(fā)送/接收的第9位信息，TB8,RB8。主機(jī)在發(fā)送信息時(shí)，依靠TB8標(biāo)志位來(lái)區(qū)分發(fā)送的信息為地址信息還是數(shù)據(jù)信息。當(dāng)設(shè)置TB8=1,時(shí)，發(fā)送的是地址信息；當(dāng)設(shè)置TB8=0時(shí)，發(fā)送的是數(shù)據(jù)或者命令信息。從機(jī)主要依靠SM2標(biāo)志位的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的響應(yīng)。當(dāng)從機(jī)的SM2=1時(shí)，該從機(jī)只接受地址幀，對(duì)數(shù)據(jù)幀不進(jìn)行處理，即只有接

28、收的RB8位等于1數(shù)據(jù)時(shí)，接收才有效，RI才置1,對(duì)接收的RB8位等于0的數(shù)據(jù)不進(jìn)行處理。當(dāng)SM2二0時(shí)，無(wú)論接收的是地址幀TB8=1還是數(shù)據(jù)幀RB8=0，接收都有效，RI都置1。多級(jí)通信時(shí)，主機(jī)每一次都向從機(jī)傳送至少兩字節(jié)信息，先傳送從機(jī)的地址信息，再傳送數(shù)據(jù)信息。處理時(shí)，地址信息的TB8位設(shè)為1,數(shù)據(jù)信息的TB8位設(shè)為0。硬件線路如圖2.7所示。圖2.7多機(jī)通信線路圖單片機(jī)多機(jī)通信的過(guò)程如下：1所有從機(jī)復(fù)位，置SM2=1，使其處于準(zhǔn)備接收一幀地址數(shù)據(jù)的狀態(tài)；主機(jī)設(shè)置第9位TB8=1,發(fā)送一幀地址信息，與所需要的從機(jī)進(jìn)行聯(lián)系；各從機(jī)接收到地址信息后，分別于自己的地址進(jìn)行比較，對(duì)于地址相符的從

29、機(jī),置SM2=0，以便于接收主機(jī)隨后發(fā)送的所有信息；對(duì)于地址不相符的從機(jī)，仍保持SM2=1,對(duì)主機(jī)隨后發(fā)送的數(shù)據(jù)不進(jìn)行處理。主機(jī)發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù)給從機(jī)，此時(shí)一幀數(shù)據(jù)的第9位TB8=0。當(dāng)從機(jī)接收數(shù)據(jù)結(jié)束的時(shí)候，置SM2=1,返回接收地址幀狀態(tài)。6主機(jī)繼續(xù)發(fā)送其它地址幀，與其它從機(jī)進(jìn)行通信。多機(jī)通信協(xié)議約定：主機(jī)為了正確地和指定的從機(jī)正確的通信，雙方需要對(duì)各種數(shù)據(jù)、地址、指令和狀態(tài)等進(jìn)行明確的約定。本系統(tǒng)的通信協(xié)議作如下規(guī)定：主機(jī)的控制命令：01H表示主機(jī)請(qǐng)求從機(jī)接收數(shù)據(jù)；02H表示主機(jī)請(qǐng)求從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。其它保留，可定義其它用途。從機(jī)的地址定義在00H到FEH之間，即系統(tǒng)中最多允許連接255個(gè)

30、從機(jī)。對(duì)于地址FFH定義為對(duì)所有從機(jī)都有效的控制命令，用于將各從機(jī)恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài)，即SM2=1。按照上面的協(xié)議規(guī)定：主機(jī)首先發(fā)送地址幀，被尋址的從機(jī)向主機(jī)回送本地地址。從機(jī)的狀態(tài)格式；D7D6D5D4D3D2DIDOEKR0000ntDYKKDY從機(jī)接到非法命令TKDY-1:冊(cè)機(jī)發(fā)送準(zhǔn)備完畢居D=t:從機(jī)接收準(zhǔn)備完畢主機(jī)判斷地址是否相符，然后給被尋址的從機(jī)發(fā)送控制命令，被尋址的從機(jī)根據(jù)其命令向主機(jī)發(fā)送本地機(jī)狀態(tài)。若主機(jī)判斷狀態(tài)正常，即開(kāi)始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，后面緊跟的便是數(shù)據(jù)，若主機(jī)判斷不正常，需要重新聯(lián)系。為了能夠?qū)崿F(xiàn)多單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，本系統(tǒng)米用多機(jī)通信模式8910。2.2模塊化方案比較與

31、選擇根據(jù)51單片機(jī)的串行通信的特點(diǎn)，進(jìn)行了以下系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案比較與選擇。2.2.1單片機(jī)芯片的方案選擇方案一：采用MCS-51芯片,MCS-51是Intel公司單片機(jī)的典型代表，部有4KBROM空間。其結(jié)構(gòu)典型、總線完善、SFR集中管理，并且具有豐富的位操作系統(tǒng)和面向控制功能的指令系統(tǒng)11。但是，MCS-51系列單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中使用較少。方案二：采用AT89C51芯片作為硬件核心，AT89系列機(jī)是ATMEL公司將先進(jìn)的Flash存儲(chǔ)器技術(shù)和Intel80C51單片機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，是與MCS-51系列兼容的Flash單片機(jī)系列。它既繼承了MCS-51原有的功能，又擁有自己是獨(dú)特功能是目前應(yīng)用廣

32、泛的主流單片機(jī)AT89C51是AT89系列的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)，是低功耗高性能的8位單片機(jī),使用的最高晶振頻率為24MHz。采用FlashROM，部具有4KBROM存儲(chǔ)空間，能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)12。因此，采用該單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)的芯片。顯示模塊方案選擇方案一：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描丄ED數(shù)碼管價(jià)格適中，對(duì)于顯示數(shù)字合適，采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),雖然占用的單片機(jī)口線少，但連線還需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間，所以也不用此種作為顯示。方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合，如采用在顯示數(shù)字顯得太

33、浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以也不用此種作為顯示。方案三：采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字、圖形、符號(hào)顯示多樣，清晰可見(jiàn)。由于本系統(tǒng)主機(jī)顯示4個(gè)數(shù)據(jù)，從機(jī)顯示2個(gè)數(shù)據(jù)，選擇162的液晶顯示器皆可，所以在此設(shè)計(jì)中采用LCD1602液晶顯示屏。軟件編程語(yǔ)言的選擇方案一：采用匯編語(yǔ)言編寫，匯編語(yǔ)言是一種用文字助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言，是最接近機(jī)器碼的一種語(yǔ)言。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是匯編語(yǔ)言可讀性差，而且不同的CPU，其匯編語(yǔ)言可能有所差異，也不易移植。因此本系統(tǒng)軟件不采用匯編語(yǔ)言編寫。方案二：采用C語(yǔ)言編寫，C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語(yǔ)言。其優(yōu)點(diǎn)

34、是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。用C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。缺點(diǎn)是占用資源較多，執(zhí)行效率沒(méi)有匯編高。但本系統(tǒng)只進(jìn)行單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，不涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，因此本系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言編寫。總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是由一個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)和三個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，上位機(jī)系統(tǒng)是由AT89C51單片機(jī)串行通信最小系統(tǒng)、LCD1602顯示器、中斷發(fā)送信號(hào)按鈕和接收/發(fā)送選擇開(kāi)關(guān)組成。三個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成完全相同主要有AT89C51單片機(jī)串行通信最小系統(tǒng)、LCD1602顯示器和中斷數(shù)據(jù)加1按鈕組成。單片

35、機(jī)最小系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的核心，LCD1602液晶顯示器作為串行通信接收/發(fā)送數(shù)據(jù)以及單片機(jī)狀態(tài)的顯示。上位機(jī)系統(tǒng)的發(fā)送/接收狀態(tài)可以通過(guò)接收/發(fā)送選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)，由中斷發(fā)送信號(hào)按鈕決定是否給從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。下位機(jī)系統(tǒng)始終處于串行中斷狀態(tài)，是接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)送的控制命令決定。系統(tǒng)框圖如圖2.8所示。圖2.8串行通信系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要完成的功能是上位機(jī)和下位機(jī)的半雙工通信，可以通過(guò)接收/發(fā)送選擇開(kāi)關(guān)來(lái)控制上位機(jī)是處于接收狀態(tài)還是發(fā)送狀態(tài)。當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)，主機(jī)循環(huán)接收下位機(jī)00#、01#、02#三機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示；當(dāng)處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，主機(jī)將接收到的三機(jī)數(shù)據(jù)按從大到

36、小的數(shù)據(jù)排列，然后依次發(fā)送到00#、01#和02#機(jī)上，并進(jìn)行顯示。從機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)外部中斷輸入，數(shù)據(jù)從0開(kāi)始每來(lái)一次中斷數(shù)據(jù)加1,加到9數(shù)據(jù)清0,再?gòu)?到9進(jìn)行循環(huán)。2.4本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)的方案選擇，主要對(duì)單片機(jī)串行通信的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了歸納整理和工作方式選擇，以及模塊化方案的比較與選擇，最后確定了串行通信控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能并繪制了系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案框圖，總系統(tǒng)由4個(gè)分系統(tǒng)組成，1個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)，3個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)。硬件主要由AT89C51微控制器、LCD1602液晶顯示器、開(kāi)關(guān)和按鈕組成。3.1硬件電路核心器件介紹本系統(tǒng)的兩大核心器件位AT89C51單片機(jī)和LCD液晶顯示

37、器，AT89C51單片機(jī)完成系統(tǒng)的功能控制部分，液晶顯示器完成通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。AT89C51的主要特點(diǎn)AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS的8位單片機(jī)，采用單一+5V電源供電，片含4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51的主要部件：（1）一個(gè)以ALU為中心的8位中央處理器，完成

38、運(yùn)算和控制功能。（2）128B的部數(shù)據(jù)存取存儲(chǔ)器（部RAM），其地址空圍00H-7FH。（3）21個(gè)特殊功能寄存器，離散分布于地址80H-FFH中。（4）程序計(jì)數(shù)器PC,是獨(dú)立的16位專用寄存器，容為將要執(zhí)行的指令地址。（5）4KBFlash部程序存儲(chǔ)器（片ROM），用來(lái)存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)、表格等。（6）4個(gè)8位可編程I/O口（P0、P1、P2和P3）。（7）一個(gè)UART串行通信口。（8）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（9）5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)。（10）一個(gè)片振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89C51的極限參數(shù)如表1所示：表1AT89C51的極限參數(shù):工作溫度儲(chǔ)藏溫度任一引腳對(duì)地電壓最髙

39、工作電壓直流輸出電流-55C到+125C-65C到-55C到+125C-65C到+150C1.0V到H+7.0V6.6V15.0mA（1）電源引腳Vcc（40）：接DC電源端，Vcc=+5V20%。GND（20）：接地端。（2）P0-P3引腳P0口：是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O,也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。P1口：是一個(gè)帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠娮?，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）

40、。P2口：是一個(gè)帶有部上拉電阻的8位雙向I/O其引腳說(shuō)明如下:234567sIB1215143119is517其引腳說(shuō)明如下:234567sIB1215143119is517161EAjVPBESETnrrL(P33：inTr：n：F32：iBDTE3.7：iPl.uEl.lPl2Pl3Pl.4PlJFl.CPl.7KTAllAT3837363534333221222324252627284020lU113029P0.1i：M：1：ipid：AI：P0.4i；M：4；iP0-5i：M：5：iVCC|?1WjXE-TRQgPSEMP2.0i：AS：iPA1i：A5：iP23(A10jT1(P3J

41、onrciP23(A11JTO呼4)丄M.+(A123F2J(A13JP2.i5i；A14；iP2.T(A1JJ口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠娮?，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。P3口：是一組帶有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的1/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2所示:表2P3口的第二功能:端口

42、引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P33INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）（3）時(shí)鐘引腳XTAL1（19）：振蕩器反相放大器的及部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2（18）：振蕩器放大器的輸出端。（4）控制線引腳RST（9）：復(fù)位輸入端。此引腳出現(xiàn)至少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，將單片機(jī)復(fù)位。ALE/（PROG）（30）:地址鎖存/編程脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN（29）:外部

43、ROM讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP（31）：、外ROM選擇/編程電源。EA為片外ROM選擇端。當(dāng)EA保持高電平時(shí)，先訪問(wèn)片ROM，當(dāng)PC的值超過(guò)4KB時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外ROM中的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，只訪問(wèn)片ROM。在Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳用于施加編程電壓Vpp13。LCD1602液晶顯示器模塊1602是一款常用的字符型液晶，可顯示2行16個(gè)字符。1602液晶模塊帶標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)，部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160

44、個(gè)5x7點(diǎn)陣字符圖形，32個(gè)5x10點(diǎn)陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等。每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，這個(gè)代碼就是對(duì)應(yīng)字符的ASCII碼。比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時(shí)，只要將41H存入顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM即可，液晶自動(dòng)將地址41H中的中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16引腳接口，引腳圖如圖3.2所示，其功能如表3所示。其中1.DB7162VDDDB&153.VoTIRE144RS13512.E胡DBS6E.117DB.2EEKDB1108&LADBO圖3.21602引腳

45、圖8位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RS、R/W、EN圖3.21602引腳圖當(dāng)RS和RW同時(shí)為低電平時(shí)，可以寫入指令或顯示地址；當(dāng)RS為低電平，RW為高電平時(shí)，可以讀忙信號(hào);當(dāng)RS為高電平，RW為低電平時(shí)，可以寫入數(shù)據(jù)。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16X2個(gè)字符、芯片工作電壓：4.55.5V、工作電流：2.0mA(5.0V)、模塊最佳工作電壓：5.0V、字符尺寸：2.95X4.35(WXH)mm。表31602引腳使用說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明使用方法1VSS電源地2VDD電源3V0對(duì)比度信號(hào)調(diào)整端外接分壓電阻，調(diào)節(jié)屏幕亮度4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端RS=1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，RS=0時(shí)選擇指令寄存器5RW

46、讀/寫選擇端RW=1時(shí)執(zhí)行讀操作，RW=0時(shí)執(zhí)行寫操作6E使能信號(hào)端高電平使能7-14D0-D7數(shù)據(jù)I/O雙向數(shù)據(jù)輸入與輸出15BLA背景光源正極接到或通過(guò)10Q左右電阻接到VDD16BLK背景光源負(fù)極接到VSS對(duì)1602顯示字符控制，通過(guò)訪問(wèn)1602部RAM地址實(shí)現(xiàn)，1602部控制具有80字節(jié)RAM，RAM地址與字符位置對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3.3所示。LCD16字玄2行00010203.04050670&09：0A0E0GonOEf10：2Y40414243444E464740494A4B4D4E4F67圖3.31602的RAM地址與字符位置對(duì)應(yīng)關(guān)系1602的讀/寫操作，即顯示控制，是通過(guò)控制指令實(shí)

47、現(xiàn)的，控制指令如表4所示。表4控制指令表指令名稱指令功能D7D6D5D4D3D2D1D0模式設(shè)置設(shè)置為16X2,5X7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口00111000開(kāi)/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置D=1開(kāi)顯示；D=0關(guān)顯示00001DCBC=1顯示光標(biāo)；C=0不顯示光標(biāo)00001DCBB=1光標(biāo)閃爍；B=0光標(biāo)不顯示00001DCB輸入模式設(shè)置N=1光標(biāo)右移；N=0光標(biāo)左移000001NSS=1文字移動(dòng)有效；S=0文字移動(dòng)無(wú)效000001NS3.2電路原理圖設(shè)計(jì)電路原理圖設(shè)計(jì)是在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能基礎(chǔ)之上，進(jìn)行器件選型、器件值計(jì)算以及整合模塊功能電路。但是在ProteusISIS仿真環(huán)境中AT89C51微控制器和LCD1602

48、的外圍電路可以不加，通過(guò)屬性設(shè)置對(duì)話框可以直接設(shè)置AT89C51的外部晶振頻率，加載程序即可實(shí)現(xiàn)仿真。具體的電路模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明將在本文第六部分AT89C51最小系統(tǒng)的外圍電路中詳細(xì)介紹，在此不再累述。本節(jié)主要介紹如何在PorteusISIS環(huán)境中進(jìn)行原理圖繪制和原理圖電氣檢測(cè)。3.2.1原理圖硬件連接說(shuō)明根據(jù)選擇的設(shè)計(jì)方案，以及系統(tǒng)框圖，可將硬件作如下連接：主、從機(jī)系統(tǒng)的液晶顯示器的數(shù)據(jù)I/O口D0-D7依次接AT89C51的P1.0-P1.7端口，液晶顯示器的RW讀/寫選擇端、RS數(shù)據(jù)/命令選擇端和E使能信號(hào)端依次接AT89C51的P2.0、P2.1和P2.2端口。上位機(jī)系統(tǒng)接收/發(fā)送選擇開(kāi)關(guān)

49、上拉電阻接單片機(jī)的P0.0口，中斷發(fā)送信號(hào)按鈕上拉電阻接單片機(jī)P3.2外部中斷0輸入端。三個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的中斷數(shù)據(jù)加1按鈕上拉電阻接單片機(jī)P3.2外部中斷0輸入端。原理圖中所有器件及其標(biāo)稱值、數(shù)量和代號(hào)如表5所示。表5元器件列表序號(hào)序號(hào)名稱標(biāo)稱數(shù)量代號(hào)電阻470QRl、R2、R3、R4、R5、R6、R7電阻10KQR8、R9、R10、R31電阻470QRl、R2、R3、R4、R5、R6、R7電阻10KQR8、R9、R10、R31電容22pFC1、C2、C4、C5、C7、C8、C10、C11電容lOOuFC3、C6、C9、C12單片機(jī)AT89C51U1、U2、U3、U4液晶顯示器LM061LLCD

50、1、LCD2、LCD3、LCD48引腳排阻RESPACK-8RP1、RP2、RP3、RP4晶振12MX1、X2、X3、X43.2.2基于ProteusISIS系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)ProteusISIS原理圖設(shè)計(jì)是具智能性和人性化的設(shè)計(jì)，過(guò)程簡(jiǎn)明高效ISIS原理圖輸出流程包括設(shè)置編輯環(huán)境、原理圖連線、建立網(wǎng)絡(luò)表、報(bào)表輸出等過(guò)程。本系統(tǒng)的原理圖繪制過(guò)程如下3：1啟動(dòng)PROTEUSISIS圖標(biāo)，進(jìn)入ISIS窗口，如圖3.4所示：圖圖3.7選取元件按鈕圖3.8元器件選擇框CreateNewDesignSelectatemplatetoactasthedefaultforthenewdesign:HHHEFA

51、ULTLandscapeAOLandscapeAlLandscapeA2LandscapeA3Landscap已出4陲UNTITLED-IProvesdorsalFile-ViewEditToolsDesiqnGraphSourceDebugLibrairyTemplateSys-temHelp酋P|華軸El勵(lì)懺|串|4*鮑亀食食繪國(guó)工具LBiNoMessagesFiootheet1狀態(tài)繪國(guó)工具LBiNoMessagesFiootheet1狀態(tài)ISIS主要包括：菜單欄、工具欄、對(duì)象預(yù)覽窗口、編輯區(qū)、器件選擇按鈕、對(duì)象選擇器、仿真按鈕、方位控制按鈕、狀態(tài)欄等。創(chuàng)建原理圖文件單擊菜單欄中的“FIL

52、E/NEWDESIGN”彈出如圖3.5所示的新建設(shè)計(jì)(CreateNewDesign)對(duì)話框。單擊“OK”按鈕，則以默認(rèn)的模板(DEFAULT)建立一個(gè)新的空白文件。單擊工具按鈕，取文件名“串行通信原理圖”，后綴為DSN是系統(tǒng)自動(dòng)加上去是，然后單擊保存按鈕，則完成新建文件操作。設(shè)置圖紙大小根據(jù)設(shè)計(jì)串行通信原理圖的大小，默認(rèn)的A4的原理圖紙不能滿足設(shè)計(jì)的要求，需要對(duì)圖紙的大小重新設(shè)置。單擊“System/SetSheetSize”，出現(xiàn)如圖3.6所示的對(duì)話框，選擇“User（自定義）”復(fù)選框，定義長(zhǎng)為16in，寬位8in，點(diǎn)擊“0K”。圖3.6圖3.6圖紙大小設(shè)置窗口從庫(kù)中選擇原理圖中的元器件單

53、擊如圖3.7所示中的“P”按鈕，彈出如圖3.8所示的元器件選擇框。在“Keyword”欄中輸入元器件“AT89C51”，則可元器件列表。從列表中選中AT89C51行后，再雙擊，便將AT89C51選入對(duì)象選擇器中。同樣的方法把原理圖中的其他器件放入對(duì)象選擇器中，以備畫原理圖時(shí)調(diào)用。SPickD&vice-e5.放置元器件在如圖3.9所示的對(duì)為ISIS編輯區(qū)空白處單擊法把對(duì)象選擇器中的其他象選85.放置元器件在如圖3.9所示的對(duì)為ISIS編輯區(qū)空白處單擊法把對(duì)象選擇器中的其他象選8即可將元器件AT89C51方軒件放入原理圖編輯區(qū)中rRicroprocessorICsHesultstS):AT89C

54、51元器件，再在如圖3.彎示的（置在原理圖編輯區(qū)中i。同樣的方?AT甲虜惟音805：Micrccor，以備原理圖連能。圧18051Mi石陰討AT89C51RC2MCS80518051MibrocorMC3HL08051MiiSowi圖3.RAJURfiASP=2HAIi對(duì)象選擇器P3.1AI3rXJ4XE.IFaPEgP9.i|r：gnJmrF3JIfFTE.斗rnneriraaWFra.HWXrjLL2口川nJlwalB.nFTEFTALE.ETpzja.i.iiFT2.QAI2PL：JflAl9PZJIJUAra.riAiapinEJlFZg圖3.RAJURfiASP=2HAIi對(duì)象選擇器

55、P3.1AI3rXJ4XE.IFaPEgP9.i|r：gnJmrF3JIfFTE.斗rnneriraaWFra.HWXrjLL2口川nJlwalB.nFTEFTALE.ETpzja.i.iiFT2.QAI2PL：JflAl9PZJIJUAra.riAiapinEJlFZgPi.ira.nrunPiJrajFPlTPJnafirrPAra.rnFliF33T1pmnuifFF.rfs.hFTFTtrB.-.AHV.放置Au?-wmjFPF石PSENEftT89C51汀EOT、QCCCCCGCo123ii5-N-7nTnnrf16放置電源、地、和輸入輸出終端單擊繪圖工具中的終端按鈕，在對(duì)象選擇器中

56、單擊終端符號(hào)POWER，放置電P|L|DEVJCES3WATT470R10WATT4K7ADC0808ADC0309AT89C51BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALLMO16LPOT-HGRESRESPACK-8SWITCH源，單擊GROUND放置地，單擊DEFAULT放置普通端子，如圖3.11所示。連線單擊自動(dòng)布線圖標(biāo)，自動(dòng)布線有效，根據(jù)原理圖中器件的接線，單擊要連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)以直角走線，成連線。連線結(jié)果如圖3.12所示。統(tǒng)一編號(hào)單擊Toos/GlobalAnntator,彈出如圖3.13所示的整體編號(hào)對(duì)話框，在圍框中選擇整體設(shè)計(jì)，在模式中選擇Toal,單擊“0

57、K”即可將原理圖中所有器件進(jìn)行編號(hào),其結(jié)果如圖3.14所示。8.網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)PSENWLEEftP0.D/=PD.1/PD.2.PD.3/=PL4PD.5/Pu.6/.Hi.7岸P2-U.P3.L中選擇整體設(shè)計(jì)，在模式中選擇Toal,單擊“0K”即可將原理圖中所有器件進(jìn)行編號(hào),其結(jié)果如圖3.14所示。8.網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)PSENWLEEftP0.D/=PD.1/PD.2.PD.3/=PL4PD.5/Pu.6/.Hi.7岸P2-U.P3.LP2.2/P2.3/P2.4/P2.6WP2.TW圖3.14整體編號(hào)結(jié)果CZ-OLUR督列罡辰山85SBSBBB!=iPITM89C51P2.B/.P2.7/.PillP

58、1.1Fl.2065?P3.D/FP3.inP3.2/TP3.3/TF陽(yáng)F3.fPS.6/P3.7.L4QL5-L3-L3-P1.4由于串行通信原理圖中器件較多，都進(jìn)行直接連線比較麻煩，而且容易造成連線錯(cuò)誤，因此采用網(wǎng)絡(luò)表號(hào)的方法，將部分要連接的端口，使其具有電氣聯(lián)系。雙擊原理圖中的普通端，彈出如圖3.15所示的對(duì)話框。在字符名稱后中輸入網(wǎng)絡(luò)P1.4標(biāo)號(hào)“L0”，單“0K”即可完成“L0網(wǎng)絡(luò)編號(hào)”，結(jié)果如圖3.16所示。兩個(gè)或多個(gè)相對(duì)應(yīng)端子的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)要相同。采用同樣的方法完成原理圖中的其他的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。電氣檢測(cè)單擊菜單欄上的“Tools/ElectricalRuleCheck，彈出檢測(cè)結(jié)果窗口，

59、如圖3.17所示，結(jié)果顯示本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的原理圖符合電氣規(guī)則，點(diǎn)擊“另存為”保存結(jié)果。EditCor匚omporCapacitPCBPtCitherP圖3.17電氣檢測(cè)結(jié)果EEditCor匚omporCapacitPCBPtCitherP圖3.17電氣檢測(cè)結(jié)果EwcludefromSimulationExcludefromPILEILayoutEdit豆IIpropertied日呂eHAttachhierarchymoduleHidecommon元器件的屬性設(shè)置對(duì)于串行通信原理圖中的每一個(gè)元器件，都有對(duì)應(yīng)的編號(hào)。電阻、電容等還有相應(yīng)的量值。在原理圖中雙擊電容C1彈出如下圖3.18所示對(duì)話框。設(shè)置

60、電容的值為22Pf,PCB封裝信息為CAP10，不隱藏電容C1的編號(hào)和量值結(jié)果如圖3.19所示。按照同樣的方法設(shè)置串行通信原理圖中其他器件的屬性。至此完成了仿真原理圖的繪制工作，完整的原理圖見(jiàn)附件一。3.3本章小結(jié)本章介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，首先對(duì)串行通信控制系統(tǒng)的核心器件AT89C51單片機(jī)與LCD1602液晶顯示器作了簡(jiǎn)單介紹。其次，給出了系統(tǒng)原理圖的連線和器件清單。最后，著重介紹在具智能性、人性化和過(guò)程簡(jiǎn)明高效的ProteusISIS編輯環(huán)境中進(jìn)行本系統(tǒng)電路原理圖的繪制過(guò)程。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的程序采用C51模塊化程序編寫，主要包括串行通信初始化、LCD液晶顯示部分，硬件接口部分、主機(jī)程序