单片机串口实验.docx
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单片机串口实验
专业工程实践报告
——单片机控制系统课程设计
作品
40%
报告
20%
答辩
20%
平时
20%
总分
100%
设计题目：
串口点阵显示屏设计
班级学号：
机械121班（08030512115）
学生姓名：
廖东平
目录
一、预备知识-1-
二、课程设计题目：
串口点阵显示屏设计-9-
三、课程设计目的及基本要求-9-
四、设计内容提要及说明-9-
4.1设计内容-9-
4.2设计说明-9-
五、原理图及步进电机原理-10-
5.1功能模块电路原理图-10-
5.28*8点阵显示屏的工作原理-11-
六、单片机各引脚定义-11-
七、系统程序流程图-11-
八、系统源程序-12-
九、课程设计心得体会-16-
十、参考文献-17-
一、预备知识
1.1PLC串口通讯的原理
1.2点阵显示屏
1.351单片机原理
1.3.151单片机I/O口的使用原理与设置
1.3.251单片机最小系统的基本构成
1.3.351单片机产生波特率定时器的计算
1.3.4串口的操作步骤
1.1PLC串口通讯的原理
单片机PLC各型主机均内建2个通信接口的标准配置，即一个RS232和一个RS485通信接口，其RS232接口主要用于上下载程序或用来与上位机、触摸屏通信，而RS485接口主要用于组建使用RS485协议的网络，实现通信控制，本次我们主要介绍RS232接口类型。
RS232-C接口连接器一般使用型号为DB-9的9芯插头座，只需3条接口线，即"发送数据"、"接收数据"和"信号地"即可传输数据，其9个引脚的定义如图1所示。
脚位
简写
意义
Pin1
CD
载波检测
Pin2
RXD
接收字符
Pin3
TXD
传送字符
Pin4
DTR
数据终端准备好
Pin5
GND
地线
Pin6
DSR
数据装置准备好
Pin7
RTS
要求传送
Pin8
CTS
清楚传送
Pin9
RI
振铃指示
图1RS232-C接口连接器定义
在RS232的规范中，电压值在+3V~+15V（一般使用+6V）称为"0"或"ON"。
电压在-3V~-15V（一般使用-6V）称为"1"或"OFF"；计算机上的RS232"高电位"约为9V，而"低电位"则约为-9V。
RS232为全双工工作模式，其信号的电压是参考地线而得到的，可以同时进行数据的传送和接收。
在实际应用中采用RS232接口，信号的传输距离可以达到15m。
不过RS232只具有单站功能，即一对一通信。
串行通信可分为两种类型，一种是同步通信，另一种是异步通信。
采用同步通信时，将所有字符组成一个组，这样，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，填上空字符，因为同步传输不允许有空隙。
采用异步通信时，两个字符之间的传输间隔是任意的，所以，每个字符的前后都要用一些数据位来作为分隔位。
比较起来，在传输率相同时，同步通信方式下的信息有效率要比异步方式高，因为同步方式的非数据信息比例比较小。
但是，从另一方面看，同步方式要求进行信息传输的双方必须用同一个时钟进行协调，正是这个时钟确定了同步串行传输过程中每一个信息位的位置。
这样一来，如果采用同步方式，那么，在传输数据的同时，还必须传输时钟信号。
而在异步方式下，接收方的时钟频率和发送方的时钟频率不必完全一样，而只要比较相近，即不超过一定的允许范围就行了。
在数据传输中，较为广泛采用的是异步通信，异步通信的标准数据格式如图2所示。
图2串行通信的数据结构
从图2所列格式可以看出，异步通信的特点是一个字符一个字符地传输，并且每个字符的传送总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。
每一次有一个起始位，紧接着是5~8个的数据位，再后为校验位，可以是奇检验，也可以是偶校验，也可不设置，最后是1比特，或1比特半，或2比特的停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。
停止位和空闲位都规定为高电平。
这样就保证起始位开始处一定有一个下降沿，以此标识开始传送数据。
串口通信电路采用MAX232作为通信电平转换芯片，可用于串口通信或单片机的程序下载，具体电路如图3所示。
图3串口接口电路原理图
1.2点阵显示屏
8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如图49所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：
一根竖柱：
对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。
一根横柱：
对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。
点阵屏有两个类型，一类为共阴极（左），另一类则为共阳极（右），如图4给出了两种类型的内部电路原理及相应的管脚图。
图4串点阵屏两种类型的内部电路原理及相应的管脚图
LED阵列的显示方式是按显示编码的顺序，一行一行地显示。
每一行的显示时间大约为4ms,由于人类的视觉暂留现象，将感觉到8行LED是在同时显示的。
若显示的时间太短，则亮度不够，若显示的时间太长，将会感觉到闪烁。
本文采用低电平逐行扫描，高电平输出显示信号。
即轮流给行信号输出低电平，在任意时刻只有一行发光二极管是处于可以被点亮的状态，其它行都处于熄灭状态。
1.351单片机原理
1.3.151单片机I/O口的使用原理与设置
LED51系列单片机有4组I/O接口：
P0、P1、P2和P3，每组都是8位准双向口，共占32个引脚。
每个接口都有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。
其中P0口和P2口通常用于外部总线的扩展，P0口用于数据总线和地址总线低8位的复用，P2口用于地址总线的高8位。
51系列单片机4组I/O接口线路设计得非常巧妙，学习I/O口用于逻辑电路，不仅有利于正确合理地使用接口，而且会给设计单片机外围逻辑电路有所启发。
P0口的结构及工作原理
P0口是一个三态双向口，可作为地址总线/数据分时复用，也可作为通用I/O接口。
它由一个输出锁存器、两个三态输入缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制电路组成。
其中1位的结构原理如图5所示，P0口由8个这样的电路组成，输出驱动电路由一对场效应管组成，其工作状态受输出控制电路的控制；输出控制电路由一个与门电路、一个反相器和一个数字多路开关MUX组成。
图5P0口的1位结构与原理图
P1口的结构及工作原理
P1端口与P0端口的主要差别在于，P1端口用内部上拉电阻R代替了P0端口的场效应管T1，并且输出的信息仅来自内部总线。
由内部总线输出的数据经锁存器反相和场效应管反相后，锁存在端口线上，所以，P1端口是具有输出锁存的静态口。
要正确地从引脚上读入外部信息，必须先使场效应管关断，以便由外部输入的信息确定引脚的状态。
为此，在作引脚读入前，必须先对该端口写入l。
具有这种操作特点的输入/输出端口，称为准双向I/O口。
8051单片机的P1、P2、P3都是准双向口。
P0端口由于输出有三态功能，输入前，端口线已处于高阻态，无需先写入l后再作读操作。
单片机复位后，各个端口已自动地被写入了1，此时，可直接作输入操作。
如果在应用端口的过程中，已向P1一P3端口线输出过0，则再要输入时，必须先写1后再读引脚，才能得到正确的信息。
此外，随输入指令的不同，P1端口也有读锁存器与读引脚之分。
图6P1口的1位结构与原理图
P2口的结构及工作原理
P2端口在片内既有上拉电阻，又有切换开关MUX，所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特点。
这主要表现在输出功能上，当切换开关向下接通时，从内部总线输出的一位数据经反相器和场效应管反相后，输出在端口引脚线上；当多路开关向上时，输出的一位地址信号也经反相器和场效应管反相后，输出在端口引脚线上。
P2口作为地址总线时，“控制”信号为‘1’，多路开关车向地址线（即向上接通），地址信息经反相器→V2管栅极→漏极输出。
由于P2口输出高8位地址，与P0口不同，无须分时使用，因此P2口上的地址信息（程序存储器上的A15~A8）功数据地址寄存器高8位DPH保存时间长，无须锁存。
图7P2口的1位结构与原理图
P3端、口的结构及工作原理
P3口是一个多功能口，它除了可以作为I/O口外，还具有第二功能,P3端口和Pl端口的结构相似，区别仅在于P3端口的各端口线有两种功能选择。
当处于第一功能时，第二输出功能线为1，此时，内部总线信号经锁存器和场效应管输入/输出，其作用与P1端口作用相同，也是静态准双向I/O端口。
当处于第二功能时，锁存器输出1，通过第二输出功能线输出特定的内含信号，在输入方面，即可以通过缓冲器读入引脚信号，还可以通过替代输入功能读入片内的特定第二功能信号。
由于输出信号锁存并且有双重功能，故P3端口为静态双功能端口。
图8P3口的1位结构与原理图
1.3.251单片机最小系统的基本构成
单片机最小系统板由电源模块和单片机最小系统电路模块以及IO扩展和引出模块构成，具体电路如图9所示，采用的是Philips公司P89V51RB2型号单片机。
图9单片机最小系统电路图
1.3.351单片机产生波特率定时器的计算
波特率的定义是：
串行口每秒钟发送的位数称为波特率。
比如说2400的波特率就是没秒钟发送2400个位数。
串行口的波特率是用定时器T1作为波特率发生器的，这是定时器自动设置在工作方式2（可自动重装初值）。
波特率=（2*SMOD）/32*定时器T1的溢出率
定时器T1的溢出率=单片机内部时钟频率/（256-X）其中X是定时器的初值
波特率=（2*SMOD）/32*（单片机内部时钟频率。
51波特率计算公式：
如TH1=0XFDTL1=OXFD;Smod=0Fose=11.0592*1000000计算出来的是9600
TMOD=0X20;//定时器1工作方式2，8位自动重载
TH1=OXFD;//初值
TL1=OXFD;
PCON=0X00;//SMOD=0
TCON=0X40;//TR1=0
SCON=0X50//,SM0=0,SM1=1,REN=1;
下表是常用波特率与定时器1的参数关系
1.3.4串口的操作步骤
（1）先设置波特率：
设置定时器T1为工作方式2（设置TMOD寄存器）
给计数器赋初值（工作方式2会自动重装）
（2）设置串口工作方式：
设置SCON（如果允许）
（3）如果使用中断方式，那么打开相应的中断和总中断。
（4）打开定时器T1，开始产生波特率。
设置TRx
二、课程设计题目：
串口点阵显示屏设计
三、课程设计目的及基本要求
目的：
单片机控制系统已广泛应用于人们的日常生活中，在各种领域中起到越来越重要的作用。
因此，掌握单片机的基本应用是项非常重要的技能。
进行课程设计是加强实践，提高动手能力的重要环节，是将所学理论知识与实际联系起来的桥梁和纽带。
通过课程设计，掌握单片机开发的过程，为将来的实际工作打下一定基础。
基本要求是：
1．熟悉单片机最小系统基本构成；
2．掌握单片机的使用方法；
3．掌握单片机汇编语言或C语言的一般编程技巧；
4．掌握单片机系统调试的一般步骤及方法；
5．掌握单片机串口的设置使用方法；
6.掌握点阵显示屏的工作原理及使用方法。
四、设计内容提要及说明
4.1设计内容
要求利用单片机最小系统板、串口通信板以及本系统的功能模块板，实现下述功能：
在PC机上使用串口调试软件，向单片机发送字符，单片机将接收到的字符显示在点阵显示屏上。
4.2设计说明
4.2.1系统设计
根据设计题目的要求分析，系统可分为三大部分
（1）单片机控制部分
（2）8*8点阵显示屏部分
（3）串口通讯控制部分
五、原理图及点阵显示屏原理
5.1功能模块电路原理图
1、功能模块电路原理如下图所示：
2、8*8点阵显示屏的工作原理：
5.28*8点阵显示屏的工作原理
将对应的列与行顺向偏压，即可使点阵显示屏发亮。
例如，如果想使左角上点阵显示屏点亮，则P1.0=0，P3.0=0即可。
应用时限流电阻可以放在P1口或P3口。
当我们让每一点按要求分别亮或灭时，点阵就可以显示出图形或文字了。
六、单片机各引脚定义
单片机引脚
各器件引脚
功能描述
P1
接行1~8脚
控制点阵屏行扫描
P0
接列1~8脚
控制点阵屏列扫描
七、系统程序流程图
八、系统源程序
/********************************************************************
*
*江西理工大学应用科学学院机械121班廖东平
---------------------------------------------------------------------
*实验名:
串口点阵显示屏设计
*实验说明:
单片机将串口接收到的数据显示在串口点阵显示屏上。
*连接方式:
见连接图
*注意:
********************************************************************/
#include
#include
#defineunitunsignedint
#defineucharunsignedchar
unittemp,flag;
voiddelay（unit）;
/********************************************************************
*函数名:
Usar（）
*函数功能:
设置串口
*输入:
无
*输出:
无
********************************************************************/
voidusar（）
{
TMOD=0x20;//设置定时器1为工作方式2
TH1=0xfd;//计数器初始值设置，注意波特率是9600的
TL1=0xfd;
TR1=1;//打开计数器
REN=1;
SM0=0;//设置串行口的工作方式为方式2
SM1=1;
EA=1;//总中断允许控制位
ES=1;//串行口中断允许控制位
}
/********************************************************************
*函数名:
main
*函数功能:
主函数
*输入:
无
*输出:
无
********************************************************************/
voidmain（）
{
usar（）;
P1=0x00;
P0=0xff;
while
（1）
{
if（flag==1）
{ES=0;
flag=0;
SBUF='O';
while（!
TI）;
TI=0;
SBUF='K';
while（!
TI）;
TI=0;
SBUF='';
while（!
TI）;
TI=0;
ES=1;
}
P1=0x00;
P0=0xff;
switch（temp）
{
case0:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xbe;delay（5）;
P1=0x10;P0=0xbe;delay（5）;
P1=0x20;P0=0x80;delay（10）;break;//显示0
case1:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;break;//显示1
case2:
P1=0x04;P0=0xb0;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xb6;delay（10）;
P1=0x10;P0=0xb6;delay（10）;
P1=0x20;P0=0x86;delay（10）;break;//显示2
case3:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xb6;delay（5）;
P1=0x10;P0=0xb6;delay（5）;
P1=0x20;P0=0xb6;delay（5）;break;//显示3
case4:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xf7;delay（5）;
P1=0x10;P0=0xf7;delay（5）;
P1=0x20;P0=0xf0;delay（10）;break;//显示4
case5:
P1=0x04;P0=0x86;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xb6;delay（10）;
P1=0x10;P0=0xb6;delay（10）;
P1=0x20;P0=0xb0;delay（10）;break;//显示5
case6:
P1=0x04;P0=0x86;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xb6;delay（10）;
P1=0x10;P0=0xb6;delay（10）;
P1=0x20;P0=0x80;delay（10）;break;//显示6
case7:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xfe;delay（5）;
P1=0x10;P0=0xfe;delay（5）;
P1=0x20;P0=0xfe;delay（5）;break;//显示7
case8:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xb6;delay（5）;
P1=0x10;P0=0xb6;delay（5）;
P1=0x20;P0=0x80;delay（10）;break;//显示8
case9:
P1=0x04;P0=0x80;delay（10）;
P1=0x08;P0=0xb6;delay（5）;
P1=0x10;P0=0xb6;delay（5）;
P1=0x20;P0=0xb0;delay（10）;break;//显示9
}
}
}
/********************************************************************
*函数名:
delay
*函数功能:
延时函数
*输入:
无
*输出:
无
********************************************************************/
voiddelay（unitz）
{
unitx,y;
for（x=20;x>0;x--）
for（y=z;y>0;y--）;
}
voidser（）interrupt4
{
RI=0;
temp=SBUF;
flag=1;
}
九、课程设计心得体会
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要计算机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。
设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。
此次课程设计选作的是串口点阵显示屏设计，设计要求1．熟悉单片机最小系统基本构成；2．掌握单片机的使用方法；3．掌握单片机汇编语言或C语言的一般编程技巧；4．掌握单片机系统调试的一般步骤及方法；5．掌握单片机串口的设置使用方法；6.掌握点阵显示屏的工作原理及使用方法。
此次课程设计经过前期查找资料，设计硬件电路，自编初步程序，设计期间在实验室调试程序，最终实现了以上基本功能，并且还实现了在不同工作方式之间的切换，屏幕显示剩余拍数两项功能，对步进电机的控制有了初步了解，同时也对芯片MAX232，数码管显示部分加强了运用。
通过此次设计，将所学的专业理论知识与实际开发实际结合起来，理论联系实际，提高了专业技能。
在设计过程中得到了同学的帮助，老师的指导，在此一并感谢！
十、参考文献
[1]王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例[M].北京:
清华大学出版社,2004
[2]姜波.单片机原理及C51应用设计[M].北京:
高等教育出版社,2014
[3]谭浩强.C程序设计（第四版）[M].北京:
清华大学出版社，2010
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