基于单片机的串行通信小系统Word文件下载.docx
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1.2同步串行通信方式：
同步通信时要建立发送方时钟对接收方适中的直接控制，使双方达到完全同步。
此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步的关系，也保持字符同步关系。
发送方对接收方的同步可以通过外同步和自同步两种方法实现
面向字符的同步格式如图：
SYN
SYN
SOH
标题
STX
数据块
ETB/ETX
块校验
图2面向字符的同步格式
此时，传输的数据和控制信息都必须由规定的字符集（如ASC
码）中的字符所组成。
图2中帧头为1个或2个同步字符SYN（ASC
码为16H）。
SOH为序始字符（ASC
码为01H），表示标题的开始，标题中包含源地址、目标地址和路由指示等信息。
STX文始字符（ASC
码为02H），表示传送数据的开始。
数据块是传送的正文内容，由多个字符组成，数据块后面是组终字符ETB（ASC
码为17H）或文终字符ETX（ASC
码为03H），然后是校验码。
典型的面向字符的同步规程如IBM的二进制同步规程BSC。
面向位的同步格式如图3所示。
8位8位8位>
=0位16位8位
01111110
地址场
控制场
信息场
校验场
图3面向位的同步格式
此时，将数据块看做数据流，并用序列01111110作为开始和结束标志。
为了避免在数据流中出现序列01111110时引起的混乱，发送方总是在其发送的数据流中每出现5个连续的1就插入一个附加的0；
接收方每检测到5个连续的1并且其后跟一个0时候就删除该0。
典型的面向位的同步协议，如ISO的高级链路控制规程HDLC和IBM的同步数据链路控制规程SDLC。
面向位的同步通信的特点是以特定的位组合01111110作为帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。
它传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。
1.3串行通信的制式：
（1）单工。
单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。
（2）半双工。
半双工是指数据传输可以两个方向，但需要分时进行。
（3）全双工。
全双工是数据可以同时进行双向传输。
三中制式分别如图3、图4、图5：
1.4程序原理框图
图6
二、串行通信电路设计
2.1RS-232电平与TTL电平的转换
分立元件实现RS-232电平与TTL电平转换电路（如图7）
图7
PC机默认的高低电平分别是-3V~-15V和3V~15V，为RS-232电平。
单片机默认的高低电平为5V~0V，为TTL电平。
分析图5，首先TTL电平TXD发送数据时，若发送低电平0，这时Q3导通，PCRXD由空闲时的低电平变成高电平（如PC用中断接收的话会产生中断），满足条件。
发送高电平1时，TXD为高电平，Q3截止，由于PCRXD内部高阻，而PCTXD平时是-3~-15V,通过D1和R7将其拉低PCRXD至-3~-15V，此时计算机接收到的就是1。
反过来，PC发送信号，由单片机来接收信号。
当PCTXD为低电平-3~-15V时，Q4截止，单片机端口的RXD被R9拉到5V高电平；
当PCTXD变高时，Q4导通，RXD被Q4拉到低电平，这样便实现了双向转换。
这也便是MAX232的转换原理。
2.2MAX232芯片实现电平转换
MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片，它的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-232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
有+12V电源的场合，其适应性更强，加之其价格适中，硬件接口简单，所以被广泛采用。
MAX232芯片引脚结构和外围连接如图8（a）和（b）
（a）
（b）
图8
MAX232的外围电路连接如图9。
其数据传输过程如下：
MAX232的11脚
接单片机的TXD端P3.1，TTL电平从单片机TXD端发出，经过MAX232转换为RS-232电平后从MAX232的14脚
发出，再连接到实验板上串口座的第2脚，在经过平行串口线连接至PC机的串口座第2个脚RXD端，至此计算机接收数据。
PC机发送数据时从PC机串口座第3脚TXD端发出数据，再逆向流向单片机的RXD端P3.0接收数据。
图9
需要注意的是，MAX232与串口座连接时，无论是数据输出端，还是数据输入端，连接串口座的第2引脚获第3引脚都可以，选用不同的连接方式是，单片机与计算机之间的串口线要谨慎选择，是选平行串口线还是交叉串口线、是母头对母头串口线还是母头对公头的串口线这些都要非常注意，每种选择都有对应的电路，但是无论哪种搭配电路，在单片机与计算机之间必须要有一条数据能互相传输回路，把握好信号交接点就一定能通信成功。
2.3A/D转换电路的设计
A/D转换部分本实验采用ADC0832：
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换
芯片。
由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，
其目前已经有很高的普及率。
ADC0832具有以下特点：
·
8位分辨率；
双通道A/D转换；
输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
5V电源供电时输入电压在0-5V之间；
工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
一般功耗仅为15mW；
ADC0832的外围电路和管脚图如图10（a）和（b）
（a）（b）
图10
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以应一般的模拟量转换要求。
其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。
芯片转换时间仅为32μS，据有双通道输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。
独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。
通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。
2.4液晶显示电路的设计
液晶显示采用我们熟悉的16*2显示的LCD1602。
图11单片机液晶显示电路
三、系统总电路
总体电路图：
图12串口通信系统总电路
四、系统的软件设计
4.1程序流程图：
开始
串口初始化
A/D转换
1602显示采集数据
启动定时器1
满1秒
单片机向PC机发送数据，刷新1602显示
计数器0计数
PC机向单片机发送的字符
单片机响应PC机
结束
LCD1602初始化
图13总程序流程图
4.2串口通信总程序：
#include<
reg51.h>
intrins.h>
stdio.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable0[]="
Mcusystem"
;
ucharcodetable1[]="
Voltage:
"
sbitADCS=P2^0;
//0832片选端
sbitADDI=P2^1;
//0832数据端
sbitADCLK=P2^2//0832时钟端
sbitlcden=P2^6;
//液晶使能端
sbitlcdrs=P2^7;
//液晶数据命令选择端
uintt0_num,num;
ucharflag_uart,flag_time,flag_on,a,i,ad_val;
floatad_vo;
/***********延时************/
voiddelay（uintx）
{
uinti,j;
for（i=x;
i>
0;
i--）
for（j=110;
j>
j--）;
}
/**********串口初始化**********/
voidck_init（）
TMOD=0x21;
//设定T1定时器工作方式2，T0定时器工作方式1；
TH0=（65535-45872）/256;
//T0计数器装初值；
TL0=（65535-45872）%256;
TH1=0xfd;
//T1定时器装初值；
TL1=0xfd;
TR1=1;
//启动T1定时器；
ET0=1;
//启动T0计数器；
SM0=0;
//设定串口工作方式1
SM1=1;
//同上
REN=1;
//允许串口接收
EA=1;
//开总中断
ES=1;
//开串口中断
}
/*************1602*************/
voidwrite_com（ucharcom）
{
delay
（1）;
lcdrs=0；
//选择写命令模式
P0=com;
//将要写的命令字送到数据总线上
_nop_（）;
//稍作延时以待数据稳定
lcden=1;
//给使能端一个高脉冲
delay（5）;
//稍作延时
lcden=0;
//使能端置0已完成高脉冲
}
voidwrite_date（uchardate）
delay
（1）;
//查忙
lcdrs=1;
//选择写数据模式
P0=date;
//将要写的数据送到数据总线上
lcden=1;
voidlcd_init（）
write_com（0x38）;
//设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口
write_com（0x0c）；
//设置开显示，不显示光标
write_com（0x06）;
//写一个字符后地址加1
write_com（0x01）；
//显示清0，数据指针清0
voiddisplay（ucharx）
{
floatj;
uintaa;
j=x*19.607;
aa=j+0.5;
write_com（0x80+0x03）；
//设置第一行字符显示的起始地址
for（num=0;
num<
10;
num++）//通过for循环将table0中的字符写到液晶上
write_date（table0[num]）;
write_com（0x80+0x42）；
//设置第二行字符显示的起始地址
8;
num++）//通过for循环将table1中的字符写到液晶上
write_date（table1[num]）;
write_com（0x80+0x40+10）;
//设置A/D转换数据的起始地址
write_date（0x30+（aa/1000））;
//写个位
write_date（0x2e）;
//写小数点
write_date（0x30+（aa%1000/100））;
//写小数点后面第一位
write_date（0x30+（aa%100/10））;
//写小数点后面第二位
write_date（0x56）;
//写字符“V”
/************0832************/
ucharad_0832（）
uchardate;
uinti;
ADDI=1;
ADCS=0;
ADCLK=1;
ADCLK=0;
ADDI=0;
for（i=0;
i<
i++）
date|=ADDI;
//收数据
//形成一次时钟脉冲
date<
<
=1;
if（i==7）date|=ADDI;
ADCS=1;
//拉低CS端
//拉低CLK端
//拉高数据端,回到初始状态
//date<
=8;
//date|=ndat;
return（date）;
voidmain（）
lcd_init（）；
//1602初始化
ck_init（）;
//串口初始化
while
（1）
{
if（flag_uart==1）；
//检测到标志位为1，根据接受到PC机
{//发送过来的数据进行回复
flag_uart=0;
ES=0;
TI=1;
switch（flag_on）
{
case0:
puts（"
Turnonad!
\n"
）;
TR0=1;
//开计数器0
break;
case1:
Turnoffad!
TR0=0;
//关计数器0
break;
case2:
Error!
}
while（!
TI）;
TI=0;
ES=1;
if（flag_time==1）//检测到标志位为1，1S接受一次A/D转化数值
flag_time=0;
ad_val=ad_0832（）;
ad_vo=（float）ad_val*5.0/256.0;
ES=0;
TI=1;
printf（"
Thevoltageis%fV\n"
ad_vo）;
//向PC机发送字符串及转换结果
while（!
//等待发送完毕
TI=0;
//关串口中断，以免接受数据丢失
}
display（ad_val）;
voidtimer0（）interrupt1
t0_num++;
if（t0_num==20）//使计数器0计满1秒
{
t0_num=0;
flag_time=1;
//将标志位flag_time置1
voidser（）interrupt4
RI=0;
//软件将发送中断标志位TI清0，取消此中断申请
a=SBUF;
//将串口接受寄存器中的数取走给a
flag_uart=1；
//将标志位flag_uart置1，表示执
if（a==1）//行过中断程序，即收到了数据
flag_on=0;
elseif（a==2）
flag_on=1;
else
flag_on=2;
五、结果分析
在实验过程中为了方便调试，采用支持STC单片机下载的串口调试助手进行实验结果的验证，由于STC单片机与AT89C51内部结构不同，且转换速度不同，因此理论上的1秒自动发送一次数据未能达到，发送字符速度非常快，经过大量调试，延长了计数器0的溢出时间才基本达到单片机1秒向PC机发送一次采样数据。
实际硬件电路见下图：
图14实物图
实验结果见下图：
发送字符01的时候，显示“Turnonad!
”，然后发送采集的电压值：
图15
发送字符02的时候，显示“Turnoffad!
”，然后停止发送采集的电压值：
图16
发送其他字符的时候，显示“Error!
图17
六、小结
本系统充分利用PC机丰富的软硬件资源实现友好的人机界面又通过RS-232总线结构与单片机进行通信，对多台单片机进行数据采集和处理。
本系统不仅硬件实现简单，而且软件实现可靠。
通过测试，证明该方法思路简单，价格低、功能强、通讯可靠，是一种有效的多机通讯方法。
但因RS-232协议适用于短距离通信，且最大传输距离不超过15M。
在同一系统上悬挂的从机数目也有限，一般不超过20台。
若想达到更远距离或更大规模的应用宜采用RS-485协议。
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