基于单片机的串行通信发射机设计.docx
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基于单片机的串行通信发射机设计
设计任务书
一、设计任务
以89C51单片机作为主控芯片，设计串行通信发射机。
最终达到以串行工作方式准确无误的发射和显示信号,能够方便地在单片机与单片机之间，构成一个点对点、一点对多点的无线串行数据传输通道。
二、设计方案及工作原理
设计方案：
这个系统有如下两个部分：
硬件电路部分有A/D转换器及接口电路、单片机的接口电路及A/D转换器与单片机的数据线、无线数据发射电路。
软件部分是A/D转换器的数据采集部分，用软件对A/D0809转换成的数据进行CRC—8编码，然后将采集到的八位数据和转换好的CRC—8编码作为一帧通过无线发送模块发送出去。
工作原理：
单片机串行通信发射机采用串行工作方式，发射并显示两位数字信息，既显示00-99，使数据能够在不同地方传递。
硬件部分主要分两大块，由AT89C51和多个按键组成的控制模块，包括时钟电路、控制信号电路，时钟采用6MHZ晶振和30pF的电容来组成内部时钟方式，控制信号用手动开关来控制，P1口来控制，P2、P3口产生信号并通过共阳极数码管来显示，软件采用汇编语言来编写，发射程序在通信协议一致的情况下完成数据的发射，同时显示程序对发射的数据加以显示
第一章系统设计要求和解决方案
第二章硬件系统
第三章软件系统
第四章实现的功能
第五章缺点及可能的解决方法
第六章心得体会
附录一 参考文献
附录二 硬件原理图
附录三 程序流程图
第一章系统设计要求和解决方案
设计要求：
电路主要由AT89C51单片机和由多个按键组成的控制模块、时钟电路、显示电路、电平转换电路等部分组成。
其主要技术指标：
P1口来控制，通过按键对系统的各部分进行控制
P2、P3口产生信号并通过共阳极数码管显示。
软件采用汇编语言编写，发射程序在通信协议一致的情况下完成数据的发射，同时，显示程序对发射的数据加以显示。
解决方案：
此设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。
硬件部分介绍：
单片机串行通信发射机电路的设计，单片机AT89C51的功能和其在电路的作用。
介绍了AT89C51的管脚结构和每个管脚的作用及各自的连接方法。
AT89C51与MCS-51兼容，4K字节可编程闪烁存储器，寿命：
1000次可擦，数据保存10年，全静态工作：
0HZ-24HZ，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32跟可编程I/O线，两个16位定时/计数器，5个中断源，5个可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内震荡和时钟电路，P0和P1可作为串行输入口，P3口因为其管脚有特殊功能，可连接其他电路。
例如P3.0RXD作为串行输出口，其中时钟电路采用内时钟工作方式，控制信号采用手动控制。
数据的传输方式分为单工、半双工、全双工和多工工作方式；串行通信有两种形式，异步和同步通信。
介绍了串行串行口控制寄存器，电源管理寄存器PCON，中断允许寄存器IE，还介绍了数码显示管的工作方式、组成，共阳极和共阴极数码显示管的电路组成，有动态和静态显示两种方式，说明了不同显示方法与单片机的连接。
再后来还介绍了硬件的焊接过程，及在焊接时遇到的问题和应该注意的方面。
硬件焊接好后的检查电路、不装芯片上电检查及上电装芯片检查。
软件部分：
在了解电路设计原理后，根据原理和目的画出电路流程图，列出数码显示的断码表，计算波特率，设置串行口，在与接受机设置相同的通信协议的基础上编写显示和发射程序。
编写完程序还要进行编译，这就必须会使用编译软件。
介绍了编译软件的使用和使用过程中遇到的问题，及在编译后烧入芯片使用的软件PLDA，后来的加电调试，及遇到的问题，在没问题后与接受机连接，发射数据，直到对方准确接收到。
在软件调试过程中将详细介绍调试遇到的问题，例如：
通信协议是否相同，数码管是否与芯片连接对应，计数器是否开始计数等。
第二章：
硬件系统
1.89C51单片机简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
AT89C51单片机可为你提供许多高性价的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。
单片机AT89C51
2.89C51功能特性描述：
AT89C51提供以下标准功能：
4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，窜行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.时钟振荡器
AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。
外接石英晶体（或陶瓷震荡器）及电容C1、C2接在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。
另外还可以采用外部时钟，采用外部时钟如图所示。
在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，既内部时钟发生器的输入端，XTAL2悬空。
时钟电路：
控制电路
AT89C51RST/VPD（9脚）复位信号时钟电路工作后，在引脚上出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位。
AT89C81通常采用上电自动复位和开关手动复位，我们采用的是手动复位开关。
如图所示：
手动开关未按下之前，电容正极处于家电状态，当按键按下去后，VCC与GND导通，电容放电，从而实现放电。
LED显示
要用单片机构成发射机，就需要一个人机界面。
常采用的方式是LED数码管显示测试结果，用一个小键盘执行某些功能，如请零、预置值、改变测量范围等等。
LED显示是用发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管，它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示0～9，A～F及小数点
发光二极管的工作电压为1.5-3.0伏，工作电流为己毫安到几十毫安，寿命很长。
半导体数码管将十位数分成七个字段，每段为一个发光二极管，其字形结构如图所示，选择不同的字段发光，可显示出不同的字型。
例如：
当a,b,c,d,e,f,g七个字段同时亮时，显示8,b、c段亮时，显示出１。
共阳极：
把发光二极管的阳极连在一起构成共阳极。
使用时公共端接Vcc，当某阳极为低电平时，该发光二极管就导通发光。
输出一个段码就可以控制LED显示器的字型，表给出了段码与字型的关系，假定a、b、c、d、e、f、g、DP分别对应D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。
单片机的串行接口
MCS-51单片机内部有一个全双工的串行接收和发射缓冲器（SBUFF），这两个在物理上独立的接收发射器，即可以接收也可以发射数据，可以读出不能写入。
这个通信口即可以用于网络通信，亦可以实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。
如果在串行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可以方便的构成标准的RS-232接口。
第三章：
软件系统
软件系统
是设计的另一个重要方面。
它的好坏直接关系实验成功与否。
软件是用汇编完成的，需要能熟练的掌握汇编语言，还要熟悉AT89C51单片机。
从程序流程图、通信协议、波特率计算、编写程序、编译、和烧入软件的操作，到最后的调试，是很复杂的
通信协议
•串行口控制寄存器SCON的设置
•定时器的初始化设置
•波特率计算
串行口控制寄存器SCON的设置
串行口控制寄存器的基本情况在前面已经介绍，这里不再重复。
根据我们所做的内容，我们采用了串行工作方式1，REN设置为“1”（允许接收），综上所述我们设SCON的初始值为50H，如下表所示：
表3.1串行口控制寄存器
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
TB8
TI
RI
0
1
0
1
0
0
0
0
定时器的初始化设置
你在定时器为方式1时，方式字为：
CATE
C/
M1
MO
0
0
1
0
T1T0
GATE：
表示
不参与控制
C/
：
选择计数/时钟方式
M1MO：
选定定时器1工作方式2
所以定时器TMOD初始值为20H
波特率计算
晶震为6M，波特率为1.2K单片机工作方式为串行方式1，T1是方式2，所以
1.2=1/16*X
X=19.2
19.2=1/2*（256-Y）
Y=217.6
把十进制转换成十六进制数为D9，所以初始值为D9。
第四章：
实现的功能
实现的功能：
此次所做的单片机串行通信发射机参考有关的书籍和资料，完成电路的设计、检查、调试，再根据硬件和通信协议用汇编语言编写发射和显示程序，然后加电调试。
最终达到以串行工作方式准确无误的发射和显示信号,能够方便地在单片机与单片机之间，构成一个点对点、一点对多点的无线串行数据传输通道。
第五章：
缺点及可能解决的方法
缺点
这个发射机是有线接收的，的却能完成数据在不同地方的传递，也完成设计的要求，但他受到了很多限制，比如距离太远，导线太长就有干扰，而且有时还会很大，使得接收到的信号很弱，甚至接收不到。
解决的方法：
进行无线发射、接收的方面的研究单片机无线串行接口电路由MICRF102单片发射器芯片，工作在300~440MHzISM频段；具有ASK调制和解调能力，抗干扰能力强，适合工业控制应用；采用PLL频率合成技术，频率稳定性好；接收灵敏度高达－96dBm，最大发射功率达－2.5dBm；数据速率可达2Kb/s；低工作电压：
4.75~5.5V；功耗低，接收时电流3mA，发射时电流7.75mA，接收待机状态仅为0.5μA，发射待机状态仅为1.0μA；可用于单片机之间的串行数据无线传输，也可在单片机数据采集、遥测遥控等系统中应用。
无线发射电路组成及工作原理：
第六章：
心得体会
通过此次基于单片机串行发射机的设计，我了解了基本电路设计的流程，丰富自己的知识和理论，巩固所学的知识，提高自己的动手能力和实验能力，从而具备一定的设计能力。
对单片机串行发射的理论有一定的理解，明白了发射机的工作原理，为以后在单片机领域的开发和研制打下基础，提高自己的设计能力，培养了创新能力，丰富自己的知识理论，做到理论和实际结合。
本课题的重要收获还在于能
进一步了解单片机的工作原理，内部结构和工作状态。
理解单片机的接口技术，中断技术，存储方式，时钟方式和控制方式，更好的利用单片机来做有效的设计。
附录一：
参考文献
[1]黄灿胜.基于51单片机I2C总线串行通信的应用[M]南宁师范高等专科学校.2009
[2]宋兵跃等.单片机的高效串行通信研究[M].上海：
同济大学现代农业科学与共分成研究院。
2010
[3]薛晓书.单片微机原理及接口技术[M].西安石油大学2002.3
[4]黄智伟朱卫华.单片机与嵌入式系统应用[M].南华大学.2005.3
[5]付浩AT89C51单片机高速串行输出口设计[A]淮阴师范学院2004.10
附录二：
硬件原理图
附录三：
程序流程图
程序流程图是编写软件的重要前提，它是在图表上直观的体现拟设计的目的及过程。
也是编译的重要依据，按照流程图一步一步编写程序，下面是流程图;
发射接口流程图
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