单片机原理与应用课程设计单片机与PC机双工通信.docx
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单片机原理与应用课程设计单片机与PC机双工通信
等级:
课程设计
课程名称
单片机原理与应用课程设计
课题名称
单片机与PC机双工通信
专业
班级
学号
姓名
指导老师
赵葵银汪超等
2016年03月25日
电气信息学院
课程设计任务书
课题名称
单片机与PC机双工通信
姓名
专业
班级
学号
指导老师
赵葵银
课程设计时间
2016年03月14日-2016年03月25日（3、4周）
教研室意见
意见：
同意审核人：
汪超
一、任务及要求
本课题以MCS-51系列单片机为核心，设计实现MCS51单片机与PC机的双向通信。
（1）PC做接收且显示屏幕显示该值，也可由PC键盘发送数据；调试时可用虚拟终端或串口调试助手实现。
P0口接8个发光二级管显示PC键盘的状态。
（2）MCS51采用4*4键盘（0-F）；P2口可接8个发光二极管显示4X4键盘对应状态。
设计要求：
（1）确定系统设计方案；
（2）进行系统的硬件设计；
（3）完成应用程序设计；
（4）应用系统的硬件和软件的调试。
二、进度安排
第一周：
周一：
集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。
周二～周三：
完成硬件设计和电路连接
周四～周日：
完成软件设计
第二周：
周一～周三：
程序调试
周四～周五：
设计报告撰写。
周五进行答辩和设计结果检查。
三、参考资料
[1]王迎旭等.单片机原理及及应用[M].2版.机械工业出版社，2012.
[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.清华大学出版社，2010.
[3]戴灿金.51单片机及其C语言程序设计开发实例[M].清华大学出版社，2010.
目录
第1章设计任务及要求1
1.1课程设计目的1
1.2课程设计要求1
第2章系统方案设计2
2.1矩阵键盘的设计思路2
2.2串行通信的设计思路2
第3章系统硬件电路设计3
第4章系统软件设计5
4.1双工通信设计5
4.2矩阵键盘设计6
第5章系统仿真及调试7
参考文献8
附录A电路仿真图9
附录B汇编程序10
第1章：
设计任务及要求
1.1课程设计目的
本课题以MCS-51系列单片机为核心，设计实现MCS51单片机与PC机的双向通信。
让学生学会使用Keil，Protuce这些软件，加强自身软件设计能力。
1.2课程设计要求
（1）PC做接收且显示屏幕显示该值，也可由PC键盘发送数据；调试时可用虚拟终端或串口调试助手实现。
P0口接8个发光二级管显示PC键盘的状态。
（2）MCS51采用4*4键盘（0-F）；P2口可接8个发光二极管显示4X4键盘对应状态。
（3）确定系统设计方案；
（4）进行系统的硬件设计；
（5）完成应用程序设计；
（6）应用系统的硬件和软件的调试。
第2章：
系统方案设计
2.1矩阵键盘的设计思路
根据课题的要求，可以由两个方面来设计。
一个是矩阵式键盘接口，由于采用的是4X4矩阵式键盘，这种键盘以M条I/O线组成行输入口，以N条I/O线组成列输入口，在行列线的每一个交点处设置一个按键，组成一个矩阵。
根据任务要求，可由AT89C51芯片上的键盘（P1）发送数据（由P2显示），所以用P1.0到P1.3组成输入端口，用P1.4到P1.7组成输出端口。
并且采用常见的扫描法来判定有无键被按下以及被按键的位置。
键处理的流程图如图2-1所示：
NO
Y
A=NNH
A=01HH
A=00H
....
图2-1
2.2串行通信的设计思路
MCS-51单片机具有一个可编程的全双工串行I/O口，通过TXD和RXD与外界进行通信，它可以做通用异步接收和发送器（UART），也可以做同步移位寄存器。
现在的PC机上均带有RS-232接口，是在异步串行通信中应用最为广泛的标准总线接口，适合于短距离通信，所以本次设计我们采用RS232接口，它使用的是RS-232逻辑电平，但是由于我们采用的是AT89C51芯片，其输入输出皆为TTL电平，因此PC机与单片机通信时必须进行电平转换。
我们采用MAX232电平转换芯片来实现这一功能。
如图2-2所示：
图2-2
第3章:
系统硬件电路设计
3.1：
RS232总线标准
RS-232采用负逻辑，将-5V到-15V规定为逻辑1，+5V到+15V规定为逻辑0，最高传输速率为19.2Kbit/s,传输距离一般不超过15米。
RS-232采用标准的DB-25连接器，也可采用DB-9连接器，在本次设计中我们采用了DB-9连接器，其引脚功能如下表3-1.1，模型如图3-1.2：
表3-1.1：
引脚编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
功能符号
DCD
RXD
TXD
DTR
GND
DSR
RTS
CTS
RI
功能说明
数据载波检测
接收数据
发送数据
数据终端准备就绪
信号地
数据通信建立就绪
请求发送
允许发送
振铃指示
图3-1.2
3.2：
MAX232电平转换芯片
MAX232电平转换芯片是美信（MAXIM）公司生产的具有两路接收器和驱动器的IC芯片，其内部有一个电源电压变换器，可以将输入的+5V电压变成RS-232输出电平需要的+/-12V电压。
在其内部也可以完成TTL信号电平和RS-232信号电平的转换。
所以，采用此芯片实现接口电路只需单一的+5V电源就可以。
MAX232芯片组成框图如图3-2.1所示。
MAX232引脚如图3-2.2所示，其管脚1-6用于电源电压转换，只要在其内部接入响应电解电容即可，管脚7-10和11-14组成两组TTL信号电平与RS-232信号电平的转换电路，对应管脚可以直接与单片机串行口的TTL电平引脚和RS-232引脚相连接。
图3-2.1
图3-2.2
第4章：
系统软件设计
4.1：
双工通信原理：
AT89C51串行口主要由2个数据缓冲器（SBUF），发送控制器，接收控制器，发送端口，接收端口等组成。
串行口的工作方式和波特率由专用寄存器SCON和PCON控制。
本次设计我们采用了工作方式1，波特率为2400，以便实现点对点的异步通信。
发送时，只需要执行一条“MOVA,SBUF”指令，就启动了发送功能，累加器A中的数据就会按事先设置的方式和波特率从TXD端口串行输出。
一帧数据发送完毕，则发送中断标志T1=1，串行口向CPU请求中断。
此时让T1=0，就可以发送下一帧数据。
接收时，让SCON中的接收允许控制位REN=1，AT89C51就以16倍波特率的速率检测RXD上的信号，检测时采取3中取二的原则，即当联系检测3次RXD，出现2次以上0到1的负跳变时，就启动控制器接收数据，一帧数据接收完毕，接收中断标志位R1=1，串行口向CPU请求中断。
此时需要执行一条“MOVA,SBUF”指令，就可以将数据读入累加器中。
有关双工通信的汇编程序如下：
ORG00H
JMPSTART
START:
MOVSP,#60H;设置堆栈
MOVSCON,#50H;UART工作在方式1，SM1=1,REN=1
MOVTMOD,#20H;T1工作在方式2
MOVTH1,#0F3H;波特率为2400
MOVTL1,#0F3H
SETBTR1;启动T1
SCAN0:
MOVR3,#0F7H;行扫描初值
SCAN:
JBRI,UART;检测SCON的RI是否为1？
是则表示收到
MOVR1,#00H;TABLE取码指针
SCAN1:
MOVA,R3;扫描输出
MOVP1,A
MOVA,P1
MOVR4,A
SETBC
MOVR5,#04H;4列
UART:
MOVA,SBUF;将SBUF的值载入ACC
CPLA;显示至P0
MOVP0,A
CLRRI;清除RI=0
JMPSCAN
4.2：
有关矩阵键盘的汇编程序如下：
L1:
RLCA;检测有按键否？
JNCKEYIN
INCR1;指针码加1
DJNZR5,L1
MOVA,R3;扫描下一行
SETBC
RRCA
MOVR3,A
JCSCAN1;4行是否扫描完毕
JMPSCAN0
KEYIN:
MOVR7,#10;消除抖动
D2:
MOVR6,#248
DJNZR6,$
DJNZR7,D2
D3:
MOVA,P1;按键放开否？
XRLA,R4
JZD3
MOVA,R1;至TABLE取码
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVSBUF,A;载入SBUF发送出去
CPLA
MOVP2,A
JMPSCAN0
TABLE:
DB01H,02H,03H,04H
DB05H,06H,07H,08H
DB09H,0AH,0BH,0CH
DB0DH,0EH,0FH,00H
END
第五章：
系统仿真及调试
本次系统设计的仿真平台选择了Protuce,整个系统由芯片AT89C51，虚拟终端，16个发光二极管，4X4键盘，RS-232,MAX232芯片构成。
如图5-1所示系统初始化状态：
图5-1
如图5-2所示，按下矩阵键盘数字7后：
图5-2
如图5-3所示，在虚拟终端上输入字母A：
图5-3
参考文献
[1]王迎旭等.单片机原理及及应用[M].2版.机械工业出版社，2012。
[2]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.清华大学出版社，2010。
[3]戴灿金.51单片机及其C语言程序设计开发实例[M].清华大学出版社，2010。
附录A：
电路仿真图
附录B:
汇编程序
ORG00H
JMPSTART
START:
MOVSP,#60H;设置堆栈
MOVSCON,#50H;UART工作在方式1，SM1=1,REN=1
MOVTMOD,#20H;T1工作在方式2
MOVTH1,#0F3H;波特率为2400
MOVTL1,#0F3H
SETBTR1;启动T1
SCAN0:
MOVR3,#0F7H;行扫描初值
SCAN:
JBRI,UART;检测SCON的RI是否为1？
是则表示收到
MOVR1,#00H;TABLE取码指针
SCAN1:
MOVA,R3;扫描输出
MOVP1,A
MOVA,P1
MOVR4,A
SETBC
MOVR5,#04H;4列
L1:
RLCA;检测有按键否？
JNCKEYIN
INCR1;指针码加1
DJNZR5,L1
MOVA,R3;扫描下一行
SETBC
RRCA
MOVR3,A
JCSCAN1;4行是否扫描完毕
JMPSCAN0
KEYIN:
MOVR7,#10;消除抖动
D2:
MOVR6,#248
DJNZR6,$
DJNZR7,D2
D3:
MOVA,P1;按键放开否？
XRLA,R4
JZD3
MOVA,R1;至TABLE取码
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
MOVSBUF,A;载入SBUF发送出去
CPLA
MOVP2,A
JMPSCAN0
UART:
MOVA,SBUF;将SBUF的值载入ACC
CPLA;显示至P0
MOVP0,A
CLRRI;清除RI=0
JMPSCAN
TABLE:
DB01H,02H,03H,04H
DB05H,06H,07H,08H
DB09H,0AH,0BH,0CH
DB0DH,0EH,0FH,00H
END
电气信息学院课程设计评分标准
环节
项目
评价
优
良
中
及格
不及格
实践环节（70%）
1、设计方案合理性与创造性
2、开发板焊接及其调试完成情况
3、硬件设计或软件编程完成情况
4、硬件测试或软件调试结果*
5、解决问题能力及答辩情况
6、纪律和出勤情况
设计报告（30%）
1、设计报告内容完整、规范，
2、图纸正确、清晰，
3、设计步骤规范、正确，
4、设计结果可行
综合评价
课程设计成绩评定为：
□优□良□中□及格□不及格
指导老师签名：
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日期：
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