单片机与PC机串口通信实现.docx

指导教师评定成绩： 审定成绩： X X X X大学自动化学院自动化专业综合设计报告设计题目：单片机与 PC 机串口通信实现单位（二级学院）学生姓名专业班级学号指导教师设计时间： 2010 年 10 月XXXXX 大学自动化学院制摘要计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯合并航 通讯二种方式由于串行通讯具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时， 避免了多条线路不一致而被广发采用在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个 标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯RS-232C接口（又称EIA RS-232C）是目前最常用的一种串行通讯接口它是在1970年由美国电子工业协 会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端厂家共同制定的用于串 行通讯的标准它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚上的DB25连 接器，对连接器的每一个脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定随着计算机技术尤其是单片机微型技术的发展，人们已越来越多地采用单片 机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力参数进行检测和控制。

PC 机具 有强大的监控和管理能力，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机 的 RS-232 串行接口与外部设备进行通讯，使许多控制系统中常用到的一种通信 解决方案因此如何实现PC机与单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义关键词】：串口通信 单片机PC机串口目录摘 要 1目 录 21. 设计题目 31.1 题目内容 31.2 实现目标 31.3 设计要求 32. 设计报告正文 32.1 串行通信概述 32.1.1 串行通信的原理 32.1.2 8051单片机的串行接口结构 42.1.3 串行通信的数据传送方式 52.2 通信协议的采用 62.3 电平转换设计 73. 调试结果（负责部分） 93.1 二进制的调试 93.2 字符串的调试 92. 3 波特率的调试 104. 设计总结 124.1 调试中遇到的问题及解决方法 124.2 心得体会 12参考文献 13单片机与PC机串口通信实现1. 设计题目1.1目内容单片机与PC机串口通信实现1.2 实现目标1. 掌握串口通信基本原理；2. 掌握一种单片机基本操作与实现；3•熟悉和掌握VB程序编写；1.3 设计要求1•设计电路原理图，并搭建电路；2. 编制PC机与单片机通信的协议；3. 完成单片机和PC机软件编写与调试；4. 测试并完成报告。

2. 设计报告正文2.1 串行通信概述2.1.1串行通信的原理通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种并行通信：是将组成数据的各位同时传送，并通过并行门（如 P1 口等）来 实现在并行通信中，数据传送线的根数与传送的数据位数相等，传送数据速度 快，但所占用的传输线位数多因此，并行通信适合短距离通信如图 2-1 所示串行通信：是指数据一位一位地按顺序传送串行通信通过串行口来实现 在全双工的串行通信中，仅需要一根发送线和一根接收线，串行通信可大大节省 传送线路的成本，但数据传送速度慢由于其所需电缆线少，接线简单，所以在 较远距离传输中，得到了广泛的运用如图 2-2 所示图 2-1 图 2-2串行通信有同步通信和异步通信两种基本方式1) 异步通信方式(Asynchronous Communication)：数据通常是以字符(或字 节)为单位组成字符帧传送的发送方发送各个字符的间隔时间是不定的，收发 双方各用自己的时钟源来控制发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步 接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送及何时结束发送平时， 发送线为高电平(逻辑“1”)，每当接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑 “0”(字符帧中起始位)时，就知道发送端已开始发送，每当接收端接收到字符帧中 的停止位时，就知道一帧字符信息己发送完毕。

2) )同步通信石万式(Synchronous Communication)： ^是 一种连续串行传送数据 的通信方式，一次通信只传送一帧信息这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同，通常有若干个数据字符同步字符帧由同步字符、数据字符和校验字符三部 分组成同步字符位于帧结构开头，用于确认数据字符的开始 (接收端不断对传 输线采样，并把采到的字符和双方约定的同步字符比较，只有比较成功后才会把 后面接收到的字符加以存储)；数据字符在同步字符之后，个数不受限制，由所 需传输的数据块长度决定；校验字符有1〜2个，位于帧结构末尾，用于接收端 对接收到的数据字符的正确性的校验在本次课程设计中采用的是串行异步通信方式2.1.2 8051 单片机的串行接口结构8051 单片机串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口它可用作异步 通信方式(UART universal asynchronic reciever and transmitter), 与串行 传送信息的外部设备相连接，或用于通过标准异步通信协议进行全双工的 8051 多机系统也能通过同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O 口8051单片机通过管脚RXD (P3.0,串行数据接收端)和管脚TXD (P3.1,串行数据发送端）与外界通信。

SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接 收寄存器它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只 能被 CPU 读出数据，一个只能被 CPU 写入数据如图 2-3 串行接口结构示意图图 2-3 串行接口结构示意图2.1.3串行通信的数据传送方式在串行通信中，数据是在两个站之间传送的按照数据传送方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种传送方式如图 2-4单工方式：通信线的一端接发送器，另一端接接收器，它们形成单向连接， 只允许数据按照一个固定的方向传送数据只能单方向传送半双工方式：数据能够实现双方向传送，但任何时刻只能由其中的一方发送 数据，另一方接收数据全双工方式：系统的每端都含有发送器和接收器，数据可以同时在两个方向上传送图 2-42.2 通信协议的采用1.方案采用的依据串行通信中，只有通信双方采用相同的接口标准，才能进行正常的通信由 于不同设备串行接口的信号线定义、电器规格等特性都不尽相同，因此要使这些 设备能够相互连接，需要一个统一的串行通信接口在本次设计中，采用RS-232协议作为通信协议°RS-232（又称EIA RS-232C） 是目前最常见的一种串行通信接口标准，它是在 1970 年由美国电子工业协会联 合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生厂厂家共同制定的用于串行通信的 标准。

RS-232适合于数据传输速率在0〜20 OOObit/s范围内的通信这个标准 对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定，作为一 种标准在微机通信接口中广泛采用由于单片机系统使用的是 TTL 电平，单片机 中的串口输出的信号也是如此，但是串行通信中使用的 RS-232C 通信协议，二者 的电平并不相同，在和单片机进行通信时，还需要有一定的外围电路的配合，使 得单片机的通信电平和标准的串行通信协议相匹配2.RS-232C 的电器特性、逻辑电平和各种信号线功能TXD、RXD:高电平（逻辑1）为-5V〜-15V，低电平（逻辑0）为+5〜+15VRTS、CTS、DSR、DTR和DCD：控制线，信号有效（接通，ON状态，正电压） 时的电平为+5V〜+15V，信号无效时（断开，OFF状态，负电压）的电平为-5V〜 -15V对于 RS-232C 的信号而言，当传输电平的绝对值大于 3V 时，电路可以有效 地检查出来，介于-5V〜+5V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也 认为无意义所以， RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL 以高低电平表示逻辑 状态的规定不同。

为了能 够同计算机接口 或终端的 TTL 器件连 接，必须在 EIA-RS-232C 与 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的变换RS-232C 中的 RS 是英文“推荐标准”的缩写， 232 为标示号， C 表示修改的 次数RS-232C总线标准规定了 21个信号和25个引脚，包括一个主通道和一个 辅助通道，在多数情况下主要使用主通道设计中我采用的是简化的 9 芯 D 型连 接器（DB9）对于一般双工通信，仅需要几条信号线就可以实现，包括一条收发线、一条接收线和一条地线也就是RS-232C连接的最简单形式：3线制，如表2.1 为计算机 9 芯串口引脚信号功能脚号信号名称方向信号功能1DCD对方至PC机PC机收到远程信号（载波检测）2RXD对方至PC机PC机接收数据3TXDPC机至对方发送数据4DTRPC机至对方PC机准备就绪5GND信号地6DSR对方至PC机对方准备就绪7RTSPC机至对方PC机请求接收数据8CTS对方至PC机双方已切换到接收状态（清除发送）9RI对方至PC机通知PC机，线路正常（振铃指示）表 2.1 计算机 9 芯串口引脚信号功能2.3 电平转换设计1. 设计方法 和其他的单片机器件一样，作为单片机的标准外围电路，串口的电平转换也 有专用的芯片，但也可以使用三极管自行调整电平匹配。

本次设计我主要采用专 用芯片进行电平转换的方法目前较为广泛的是使用集成电路转换器件，如 MC1488、 SN75150 芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的 转换 MAX232 芯片可完成 TTL 和 RS-232C 的双向电平转换在这里我采用的芯 片是 MAX2322. MAX232 的引脚介绍MAX232 的引脚主要为 5 个部分1） 外接电容：有 5 个外接电容、进行电压匹配和电源去耦2） TTL 的输入：电路 TTL 电平的输入引脚——11 和 10 引脚，连接单片机 的 TXD 输出端口实验中 MAX232 的 11 引脚与单片机的 P3.1 引脚相连3）TTL 的输出：电路 TTL 电平的输出引脚——12 和 9 引脚，连接单片机的RXD 输出端口实验中 MAX232 的 12 引脚与单片机的 P3.0 引脚相连4）RS-232 的输入：两路 RS-232 电平的输入引脚——13 和 8 引脚，连接RS-232 的 TXD 的输出端口实验中 MAX232 的 13 引脚与 RS-232 的 2 引脚相连5）RS-232 的输出：两路 RS-232 电平的输出引脚——14 和 7 引脚，连接RS-232 的 RXD 的输出端口。

实验中 MAX232 的 14 引脚与 RS-232 的 3 引脚相连 通过 MAX232 的 TTL 和 RS-232 的输入/输出端口，自动地调节了单片机串口 的 TTL 电平信号和 RS-232 的串行通信信号的电平匹配，如图 2-5 所示地址分配和连接：只列出和系统相关的、关键部分的单片机与各个模块管脚 的连接和相关的地址分配MAX232的11引脚：MAX232的TTL电平输入引脚，连接单片机的TXD, TTL 。