單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信系統(tǒng)

【摘要】 我們研究了單片機(jī)與PC機(jī)之間串行通信的方式，設(shè)計(jì)了一個(gè)串行通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的上位機(jī)為PC機(jī)，下位機(jī)為MCS—51單片機(jī)，本文主要介紹了采取專(zhuān)用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與MCS-51單片機(jī)間串行通信的有關(guān)技術(shù)方法。并對(duì)此進(jìn)行了具體實(shí)現(xiàn)，給出了下位機(jī)基于Keil μ Vision4通信的核心控制代碼。

【關(guān)鍵詞】 MAX232 串口通信 波特率 單片機(jī)

一、前言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)據(jù)終端的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能越來(lái)越重要。計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。通信有并行通信和串行通信兩種方式。在單片機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。

本文介紹了在Windows環(huán)境下，利用串口調(diào)試助手實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與MCS—51單片機(jī)之間串行通信的方法。

二、硬件接口設(shè)計(jì)

1、串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)：RS-232C是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。目前PC機(jī)上均為RS-232C接口。單片機(jī)的邏輯電平（TTL電平）與RS-232C規(guī)定的邏輯電平不一致，因此需要使用專(zhuān)用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232芯片實(shí)現(xiàn)RS-232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換[1][2]。

2、MAX232芯片實(shí)現(xiàn)RS-232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，它的內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V/0V電源電壓變換成RS-232輸出電平所需的+10V/-10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的+5V就可以了。在沒(méi)有+12V電源的場(chǎng)合，實(shí)用性更強(qiáng)，并且價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單。

三、波特率配置

1、波特率。單片機(jī)或計(jì)算機(jī)在串口通信時(shí)的速率用波特率表示，它定義為每秒傳輸二進(jìn)制代碼的位數(shù)，即1波特=1位/秒，單位bps（位/秒）。

2、波特率配置。在串行通信中，通信雙方應(yīng)該采用相同的波特率以確保通信成功。PC機(jī)系統(tǒng)中配備有異步通信適配器，該板上有8250異步通信接口，PC機(jī)上波特率的設(shè)置是通過(guò)8250初始化而實(shí)現(xiàn)的.在COM2的8250寄存器中，2F8H、2F9H分別設(shè)置為波特率因子的低8位和高8位值.該因子（k）的取值范圍在1～65535之間，對(duì)輸入時(shí)鐘（1.8432）進(jìn)行分頻，產(chǎn)生16倍波特率的時(shí)鐘，波特率為1.843 2/（16k）。MCS-51單片機(jī)的串行接口（UART）是一個(gè)全雙工的接收緩沖式的串行通信接口，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù).波特率隨串行口工作方式選擇不同而異.它除了與系統(tǒng)的晶振、特殊控制寄存器PCON的SMOD位（D7位）有關(guān)外，還與定時(shí)器T1的設(shè)置有關(guān).當(dāng)采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，設(shè)置串口工作在方式3，便可以選擇使用不同的波特率。

四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 PC機(jī)部分

上位機(jī)與單片機(jī)的通信，這里我們借助串口調(diào)試助手來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信的接口參數(shù)配置。串口調(diào)試助手就是相當(dāng)于PC機(jī)，也就是上位機(jī)。通過(guò)串口和其它設(shè)備（比如單片機(jī)或儀器，甚至也可以是PC機(jī)）通信。串口調(diào)試助手可以自動(dòng)識(shí)別串口，能設(shè)置校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位，能以ASCII碼或十六進(jìn)制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符，可以任意設(shè)定自動(dòng)發(fā)送周期，并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。

4.2單片機(jī)部分

51單片機(jī)的串行口是一個(gè)可編程全雙工的通信接口，具有UART（通用異步收發(fā)器）的全部功能，能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，也可以作為同步移位寄存器使用。它主要由兩個(gè)獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF（一個(gè)發(fā)送緩沖寄存器，一個(gè)接收緩沖寄存器）和發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器及若干控制門(mén)電路組成。51單片機(jī)可以通過(guò)特殊功能寄存器SBUF對(duì)串口接收或串行發(fā)送寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，兩個(gè)寄存器共用一個(gè)地址99H，但在物理上是兩個(gè)獨(dú)立的寄存器，由指令操作決定訪(fǎng)問(wèn)寄存器。

串行口有4種工作方式，我們采用串口方式1是實(shí)現(xiàn)通信。方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。波特率由定時(shí)器1的溢出率決定。

控制代碼的主要部分為對(duì)單片機(jī)的一些與串口有關(guān)的特殊功能寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置。具體包括：

①確定定時(shí)器T1的工作方式（編程設(shè)置TMOD寄存器）；

②計(jì)算T1的初值，裝載TH1，TL1；

③啟動(dòng)T1（編程設(shè)置TCON寄存器中的TR1位）；

④確定串行工作方式（編程設(shè)置SCON寄存器）；

⑤串行口工作在哪種中斷方式，進(jìn)行中斷設(shè)置（編程設(shè)置IE、IP寄存器）。

程序核心代碼：

（1）初始化程序：

void init（）

{

TMOD=0x20；//設(shè)置定時(shí)器1為工作方式2

TH1=0xfd；// 時(shí)器T1定裝初值

TL1=0xfd；// 時(shí)器T1定裝初值

TR1=1；//啟動(dòng)定時(shí)器T1

REN=1；//允許串口接收

SM0=0；// 設(shè)定串口工作方式1

SM1=1；//設(shè)定串口工作方式1

EA=1；//開(kāi)總中斷

ES=1；//開(kāi)串口中斷

}

（2）串口中斷服務(wù)程序：

void ser（） interrupt 4

{

RI=0；//產(chǎn)生串口中斷，接收到數(shù)據(jù)，RI被硬件置1，將不會(huì)再產(chǎn)生下次中斷，//因此需要軟件清零。

a=SBUF；//單片機(jī)自動(dòng)將串口接收寄存器中的數(shù)據(jù)讀走給a。

flag=1；//標(biāo)志位用于在主程序中判斷是否收到了數(shù)據(jù)。}

本串口通信測(cè)試代碼實(shí)現(xiàn)的基本功能為，上位機(jī)用串口調(diào)試助手發(fā)送一個(gè)字符X，單片機(jī)收到該字符后會(huì)送給上位機(jī)一個(gè)“give back X”，串口波特率為9600bps.在主程序中進(jìn)入while大循環(huán)后，一直檢測(cè)標(biāo)志位flag是否為1，當(dāng)檢測(cè)到為1時(shí)，說(shuō)明程序已經(jīng)執(zhí)行了串口中斷服務(wù)程序，收到了數(shù)據(jù)。同時(shí)檢測(cè)到flag=1時(shí)，先將ES清零，關(guān)閉串口中斷，否則當(dāng)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，單片機(jī)同樣會(huì)申請(qǐng)串口中斷，再次進(jìn)入中斷服務(wù)程序，flag又被置1，主程序檢測(cè)到flag為1，又會(huì)再次發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致程序發(fā)生死循環(huán)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的是一種基于keil的PC機(jī)與單片機(jī)之間串行通信的方法，系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單可靠，軟件程序簡(jiǎn)潔易懂。上位機(jī)通過(guò)串口調(diào)試助手可以給下位機(jī)發(fā)送指令，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好，較好地解決了上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信問(wèn)題，可應(yīng)用在需要此技術(shù)的其他場(chǎng)合。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]朱立忠，馮丹 PC機(jī)與MCS單片機(jī)串行通信接口電路的設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003

[2]夏莉英，陳雁 AT89C51單片機(jī)與PC機(jī)的通信接口及編程[J]. 電子工程師.2006

[3]郭天祥 新概念 51單片機(jī)C語(yǔ)言教程 電子工業(yè)出版社，2013年

[4]孫育才 MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用，南京：東南大學(xué)出版社，1997

[5]殷志華，鄭海，楊浩 單片機(jī)與PC機(jī)串口通信的實(shí)現(xiàn) 中國(guó)數(shù)據(jù)通信，2004

[6]孫力娟，李?lèi)?ài)群 仇玉章 陳燕俐 周寧寧 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社，2013年