单片机串口实验.docx
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单片机串口实验
单片机课程设计报告
实验一串口通信实验
系别
年级专业
班级班
学号
学生姓名
指导教师
设计时间
2.1实验目的............................2
2.2实验内容............................2
1.题目
串口通信实验
2.实验要求
2.1：
实验目的
1、掌握8051单片机串行口工作原理；
2、掌握串口编程与调试方法；
3、了解Modbus协议及其应用；
4、了解数据传输的可靠性措施与CRC校验实现方法；
5、掌握8051单片机的Modbus编程；
2.2：
实验内容
1、串口功能验证：
PC机与8051单片机通信实验：
若PC机发送数据a，则单片机接收到a后向PC机发送a+1；用串口工具软件（sscom32）观察通信结果。
设计思路：
PC机采用主动方式，单片机为被动方式，因单片机端不知道PC何时发数据，若单片机采用查询方式接收，会产生接收不到PC数据而“死等”的现象。
因此为了不影响单片机端的主程序运行，单片机应采用中断方式接收；
参考源码：
//中断服务程序
unsignedcharRxd_Data;//串口接收数据
unsignedcharRxd_Over;//串口接收完成标志
//串口初始化函数9600bps
voidSbuf_Init（void）
{
SCON=0x50;//10位方式
//波特率设置
PCON=0x00;//波特率不倍增
TMOD=（TMOD&0x0f）|0x20;//T1方式2
TH1=0xfd;//T1计数初值
TL1=0xfd;
ES=1;EA=1;//串口中断使能
TR1=1;//启动定时器
}
voidUART_ISR（void）interrupt4
{
if（RI）//接收产生的中断
{
RI=0;//清接收标志
Rxd_Data=SBUF;//接收数据
Rxd_Over=1;//置Rxd_Over标志
}
}
voidmain（void）
{
Sbuf_Init（）;//串口初始化
while
（1）
{
if（Rxd_Over）//若接收完成
{
//串口数据发送
SBUF=a+1;//串口发送
while（TI==0）;//等待发送完成
TI=0;//清发送标志
Rxd_Over=0;//清Rxd_Over标志
}
}
}
利用此程序可以判断串口通信是否正常。
串口通信失败的原因有如下几种情况：
（1）串口线未连接，用一根导线将串口线2，3脚短接，scomm32工具发送数据，根据能否接收数据判断串口线连接是否正常；
（2）最小系统板硬件故障：
借助示波器观察单片机的串口接收与发送CMOS电平与RS232电平可排查硬件故障；
（3）软件问题。
2、类Modbus协议实现
（1）上位机发送：
字节1
字节2
字节3
字节4
字节5
字节6
字节7
字节8
0x01
0x03
0x02
a
数据2
数据3
CRC16_L
CRC16_H
上位机按如上8字节定长方式发送数据a，采用CRC16检验，CRC16检验可采用查表法或即时计算法（已在CRC16.c与CRC16.h中提供，可直接调用），其中上位机的CRC16可采用提供的ModBusCRC校验码计算程序工具先计算得到。
（2）下位机接收后回送
下位机中断方式接收到8字节数据后进行CRC计算并与接收的CRC16数据进行比较，若一致则回应：
字节1
字节2
字节3
字节4
字节5
字节6
字节7
字节8
0x01
0x03
0x02
a+1
数据2
0（成功）
CRC16_L
CRC16_H
若接收数据错误则回应
字节1
字节2
字节3
字节4
字节5
字节6
字节7
字节8
0x01
0x03
0x02
*
数据2
0xff（失败）
CRC16_L
CRC16_H
校验可采用查表法或即时计算法得到。
unsignedshortintCRC16_S（unsignedchar*buf,unsignedcharlength）//查表法
unsignedshortintCRC16_C（unsignedchar*buf,unsignedcharlength）//即时计算法
3.总体设计
3.1硬件设计
1.串口结构
TB8（TransmitBit8）在方式2、3中,将被发送数据的第9位（奇偶校验位等）；
RB8（ReceiveBit8－第9位）
TI、RI发送/接收结束标志位，软件（手工）清零
方式0:
移位寄存器输入／输出方式。
数据通过RXD输入／输出，TXD输出移位脉冲CP。
该方式下，收发数据为8位，低位在前。
波特率固定（fosc／12）。
方式1：
10位异步方式。
10位＝1位起始位（0）+8位数据位+1位停止位
（1）。
其中起始位和停止位在发送时自动插入。
发送：
SBUF＝a；发送条件：
TI＝0，发送完TI＝1。
接收：
b＝SBUF；接收条件：
SCON中的REN＝l；RI＝0；SM2＝0或接收到的停止位为l。
本次接收有效，将接收到的8位数据装入SBUF中，并将停止位
（1）装入RB8中；否则放弃接收结果。
发送与接收结束标志必须手工清0：
TI＝0；RI＝0；方式1的波特率可变，计算公式：
Baud=2^SMOD×（T1的溢出率）／32。
方式2、3：
相同：
都是11位异步方式。
11位＝1位起始位（0）+9位数据位+1位停止位
（1）。
其中第9位数据放在TB8、RB8中，发送前可通过软件对TB8赋值（奇偶校验位等）。
它们的操作过程完全一样。
不同：
波特率可变否。
方式2Baud=2^SMOD×fosc／64；方式3Baud=2^SMOD×（T1溢出率/32）。
发送：
SBUF＝a；第9位数据（TB8）输出之后，置位TI＝1。
接收：
b＝SBUF；接收前提：
REN=1；接收到第9位数据后，如果同时满足：
（1）RI＝0；
（2）SM2＝0或接收到的第9位为1，则将已接收的数据装入SBUF和RB8，并置位RI；如果条件不满足，则接收无效。
8051第9位可作为数据的奇偶校验位、多机通信中的地址、数据标志位等。
（4）串行中断原理
执行串口发送指令SBUF=a；通过TXD口发送串行数据，发送结束后CPU自动产生发送结束标志（TI=1）；此时若串行中断使能，则程序立即停止当前程序，跳转置中断号为4的串行口中断入口地址（0x0023），执行中断服务程序voidUART_ISR（void）interrupt4,CPU不具有自动清零功能；同样，若串口在RXD引脚接收到数据，硬件自动产生接收结束标志（RI=1），若此时若串行中断使能（ES=1，EA=1），则程序立即停止当前程序，跳转置中断号为4的串行口中断入口地址（0x0023），执行中断服务程序voidUART_ISR（void）interrupt4,CPU不具有自动清零功能，可通过b=SBUF；指令取出暂存在数据缓冲区内的数据。
因为接收与发送结束都能进入同一中断，因此在不具有自动清标志功能，需加判断标志语句。
4.串口操作步骤
使用串口前，应对它进行初始化。
设置串行口工作方式控制（SCON）；
设置串口通信波特率：
T1（TMOD、TH1、TL1、ET1、EA、TR1、PCON）；
串口中断使能（ES、EA）。
具体步骤如下：
（1）设置串行口工作方式控制（SCON）
如11位波特率可变的异步通信方式：
SCON
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
SCON=0xd0;（11010000）
（2）借助T1初使化通信波特率（TMOD）
PCON
SMOD
-
-
-
-
-
-
-
87H
TMOD
GATE
C/T#
M1
M0
GATE
C/T#
M1
M0
89H
Baud=2^SMOD×（T1溢出率/32）
令SMOD=0，则9600=1/（n*12/fosc*32），若fosc＝11.0592则n=3
T1：
采用方式2（8位自动载入）
即：
PCON=0x00;
TMOD=（TMOD&0x0f）|0x20;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
3.2软件设计
源程序：
#include"reg51.h"
#include"crc16.h"
externunsignedshortintCRC16_S（unsignedchar*buf,unsignedcharlength）;
externunsignedshortintCRC16_C（unsignedchar*buf,unsignedcharlength）;
unsignedcharRxd_buf[8],Txd_buf[8];
//中断服务程序
//unsignedcharRxd_Data;//串口接收数据
unsignedcharRxd_Over;//串口接收完成标志
//串口初始化函数9600bps
voidSbuf_Init（void）
{
SCON=0x50;//10位方式
//波特率设置
PCON=0x00;//波特率不倍增
TMOD=（TMOD&0x0f）|0x20;//T1方式2
TH1=0xfd;//T1计数初值
TL1=0xfd;
ES=1;EA=1;//串口中断使能
TR1=1;//启动定时器
}
voidUART_ISR（void）interrupt4
{
staticunsignedcharcount=0;
staticunsignedcharpre_data=0,mid_data=0,now_data;
if（RI）//接收产生的中断
{
RI=0;//清接收标志
now_data=SBUF;
if（pre_data==0x01&&mid_data==0x03&&now_data==0x02）
{
Rxd_buf[0]=0x01;
Rxd_buf[1]=0x03;
Rxd_buf[2]=0x02;
count=3;
}
else
{
Rxd_buf[count]=now_data;
count++;
if（count==8）
{
count=0;
Rxd_Over=1;
}
}
pre_data=mid_data;
mid_data=now_data;
}
}
voiddelay（unsignedintn）
{
unsignedinti;
for（i=0;i;
}
voidmain（void）
{
unsignedchari;
unsignedintcrc_value;
Sbuf_Init（）;//串口初始化
while
（1）
{
//串口数据发送
if（Rxd_Over）//若接收完成
{
crc_value=CRC16_S（Rxd_buf,6）;
Rxd_Over=0;
if（crc_value%256==Rxd_buf[6]&&crc_value/256==Rxd_buf[7]）
//if
（1）
{
Txd_buf[0]=0x01;
Txd_buf[1]=0x03;
Txd_buf[2]=0x02;
Txd_buf[3]=Rxd_buf[3]+1;
Txd_buf[4]=0x00;
Txd_buf[5]=0x00;
crc_value=CRC16_S（Txd_buf,6）;
Txd_buf[6]=crc_value%256;
Txd_buf[7]=crc_value/256;
for（i=0;i<8;i++）
{
SBUF=Txd_buf[i];
while（TI==0）
{
;
}
T1=0;
delay（20）;
}
}
else
{
Txd_buf[0]=0x01;
Txd_buf[1]=0x03;
Txd_buf[2]=0x02;
Txd_buf[3]=Rxd_buf[3]+1;
Txd_buf[4]=0x00;
Txd_buf[5]=0xff;
crc_value=CRC16_S（Txd_buf,6）;
Txd_buf[6]=crc_value%256;
Txd_buf[7]=crc_value/256;
for（i=0;i<8;i++）
{
SBUF=Txd_buf[i];
while（TI==0）
{
;
}
T1=0;
delay（20）;
}
}
}
}
}
4.运行结果
正确串口输出错误的串口输出
5.结论
利用单片机进行串口的连接，输入与输出。
编写程序，实现加一功能，当输入错误时，串口输出FF，当输入正确时，输出自动加一，并且显示输出00，表示输入的结果是正确的。
这样就实现了串口之间的连接与信息的传递。
6.心得体会
通过此次设计，我们了解到单片机的工作原理，已经串口通信的工作方式，加深了对单片机的掌握。
掌握8051单片机串行口工作原理，掌握串口编程与调试方法，了解Modbus协议及其应用，了解数据传输的可靠性措施与CRC校验实现方法，掌握8051单片机的Modbus编程。
7.参考文献
单片机的C语言应用程序设计主编孙娟马忠梅北京航空航天大学出版社
新概念51单片机C语言教程主编郭天祥电子工业出版社社
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