PC機與C51單片機的串行通信研究

摘要：隨著PC機技術(shù)和單片機技術(shù)的日益成熟，單片機與PC機通信技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛， 對通信技術(shù)的研究也越來越多，特別是串行通信。該文以RS-232為接口線路，89C51單片機學習板為硬件環(huán)境，Visual Basic作為軟件開發(fā)工具，利用其提供的各種面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具及串行通信控件MSComm，設(shè)計了一個PC機與C51單片機串行通信系統(tǒng)。系統(tǒng)主要可以完成PC機和單片機之間手動的數(shù)據(jù)發(fā)送，自動的數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)傳輸過程中的奇偶校驗，單片機的按鍵觸發(fā)，數(shù)碼管顯示等功能。

關(guān)鍵詞：RS-232；串行通信；MSComm；C51單片機

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）36-8810-02

隨著技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)流量的不斷增長，傳統(tǒng)采用并行接口方式中存在著干擾和時鐘傳送兩大關(guān)鍵問題，這成為影響并行I/O接口的數(shù)據(jù)傳輸效率。在這個背景下，串行通信方式作為一種比較靈活的方式被廣泛的在工業(yè)控制中使用，逐漸取代并行通信。單片機和微機技術(shù)的快速發(fā)展成為多機網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)中的一個新的發(fā)展方向。

1 串行通信原理介紹

在串行通信傳輸?shù)倪^程中，通信的雙方都要按照一定的通信協(xié)議來進行數(shù)據(jù)的傳輸。這里所指的通信協(xié)議包括數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，在通信的雙方都必須要遵守這些規(guī)范與規(guī)定。該文中只討論起止式異步通信數(shù)據(jù)格式。

起始位：位于字符幀開頭，只占一位，為邏輯0低電平，用于向接收設(shè)備表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀信息。

數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后，用戶根據(jù)情況可取5位、6位、7位或8位，低位在前高位在后。

奇偶校驗位：位于數(shù)據(jù)位之后，僅占一位，用來表征串行通信中采用奇校驗還是偶校驗，由用戶決定。

停止位：位于字符幀最后，為邏輯1高電平。通?？扇?位、1.5位或2位，用于向接收端表示一幀字符信息已經(jīng)發(fā)送完，也為發(fā)送下一幀做準備。

在串行通信中，兩相鄰字符幀之間可以沒有空閑位，也可以有若干空閑位，這由用戶來決定[4]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

在這個系統(tǒng)中，主要是以實現(xiàn)一臺PC機與一臺單片機串行通信，正常傳輸數(shù)據(jù)為目地的。這樣就形成了上位機和下位機的概念，上位機是一臺高性能的PC機，下位機則是由單片機組成[3]。

2.2 系統(tǒng)部件功能介紹

2.2.1 MCS-51單片機

在這個系統(tǒng)中，主要實現(xiàn)的是一臺PC機和一臺單片機串行通信。上位機是一臺高性能的PC機，軟件的程序設(shè)計則在上面完成。下位機則是由一單片機組成的，在此不僅要求單片機有足夠的空間存儲自身的執(zhí)行程序，而且可以方便用戶擴展功能，有好的交互性。因此，我選用了市場上比較流行的性價比比較高的89C51單片機[2]作為下位機。

2.2.2 .電平轉(zhuǎn)換

單片機的串口有很大一部分是使用TTL電平標準的，它的邏輯1電平是5V，邏輯0電平是0V，而電腦串行口所使用的是RS232C的電平標準，它的邏輯1電平是-3V～-15V，邏輯0電平+3V～+15V。兩者的電平范圍相差很遠，所以連接時需要用到電平轉(zhuǎn)換電路。這樣電路有好多種，一般來說商業(yè)化的成品會用到MAX232，DS275等專用的RS232、TTL電平轉(zhuǎn)換集成電路，但是對于普通的電子愛好者，采用這樣的器件一來購買不方便，二來還會使制作電路板的成本提高。所以對于小型器件操作，一般采用的方法是使用小功率三極管搭建電平轉(zhuǎn)換電路。本系統(tǒng)所使用的學習板就是采用了兩個NPN管（9014） 來完成電平轉(zhuǎn)換的。兩個NPN管各有自己的功能，一個用來數(shù)據(jù)接收，一個用來數(shù)據(jù)發(fā)送。

2.2.3 按鍵觸發(fā)

組成鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式兩種，單片機中應(yīng)用的一般是由機械觸點構(gòu)成的。由于按鍵是機械觸點，當機械觸點斷開、閉合時，會有抖動。這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對計算機來說，則是完全可以感應(yīng)到的，因為計算機處理的速度是在微秒級，而機械抖動的時間至少是毫秒級，對計算機而言，這已是一個“漫長”的時間了。為使CPU能正確地讀出按鍵的狀態(tài)，對每一次按鍵只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動，常用的去抖動的方法有兩種：硬件方法和軟件方法。單片機中常用軟件法，因此，對于硬件方法我們不介紹。軟件法其實很簡單：在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個10ms左右的延時程序后，在確認該鍵的電平是否保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持為閉合狀態(tài)的電平，則確認為該鍵處于閉合狀態(tài)，從而去除了抖動影響。

本次系統(tǒng)采用的鍵盤就是非編碼機械觸點式鍵盤，由于按鍵有16個，使用的為最常見的行列式接法。

2.2.4 數(shù)碼管顯示

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機中CPU的開銷小。但是靜態(tài)顯示也有很大的缺點，在位數(shù)較多的時，字符更新速度慢，電路比較復雜，成本比較高。因而在實際應(yīng)用中常常采用動態(tài)顯示方式。

本系統(tǒng)所使用的單片機學習板上共有8個數(shù)碼管，且段碼為多少是由單片機P0口決定的，選取哪個數(shù)碼管則是由P2口決定的，對于我們編寫程序，知道上面這兩個內(nèi)容已經(jīng)足夠了。

2.3 MCS51單片機設(shè)計流程

2.3.1 按鍵觸發(fā)程序設(shè)計

按鍵觸發(fā)程序設(shè)計由三部分組成：按鍵掃描程序設(shè)計，延時程序設(shè)計，按鍵處理程序設(shè)計。按鍵掃描程序設(shè)計和延時程序設(shè)計互相配合就可以實現(xiàn)軟件防抖的功能。本次系統(tǒng)中起作用的按鍵只有一個，所以掃描程序不會很復雜，也不需要采用逐點，逐行乃至全局掃描，其原理是比較現(xiàn)在按鍵和原來按鍵的狀態(tài)是否發(fā)生變化（通過異或運算即可），如果發(fā)生變化則去執(zhí)行處理程序，如果沒有變化則順序執(zhí)行。圖1為按鍵處理程序流程圖。endprint

2.3.2 數(shù)碼管顯示程序

本系統(tǒng)所采用的單片機學習板上的數(shù)碼管是共陽集的。所要顯示的數(shù)據(jù)都是傳給P0口，然后通過位選擇（由P2口控制）來打開你所選取的數(shù)碼管，這樣你所想要顯示的數(shù)據(jù)就在數(shù)碼管上顯示出來了。具體的步驟如下：（1）、通過查表把所要顯示的數(shù)據(jù)傳給P0口。（2）、置位選信號為低電位，使數(shù)碼管導通。（3）、調(diào)用延時程序，使數(shù)碼管連續(xù)顯示。（4）、關(guān)閉數(shù)碼管。

本系統(tǒng)所點亮的數(shù)碼管是P2.6和P2.7所控制的，如果需要變換點亮的數(shù)碼管，只需要使相對應(yīng)的位選信號為低位即可。

圖2 數(shù)碼管顯示程序

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計（PC機程序結(jié)構(gòu)圖）

軟件設(shè)計是在Visual Basic 6.0環(huán)境下完成的，主要使用了MSComm控件的相關(guān)屬性。對于PC機程序設(shè)計，為了使設(shè)計的系統(tǒng)可以完成正常的串行通信，并且具有一定的輔助功能，比如數(shù)據(jù)的串口的選擇，數(shù)據(jù)的自動傳輸，時間間隔的選擇，接收閥值的設(shè)定等等。圖 3為PC機程序設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖。

4 結(jié)論

在過去中，串行通信系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用到工業(yè)控制的很多領(lǐng)域，比如一些寬帶網(wǎng)絡(luò)公司利用光纖接口轉(zhuǎn)換器與串行口連接；數(shù)字影像測量儀都備有RS-232接口，與計算機連接后，采用專門測量軟件對測繪圖形進行處理和輸出。該文運用Visual Basic 6.0和串行口RS-232在WINDOWS操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出基于PC機與單片機的串行通信系統(tǒng)，并取得良好實驗效果。

參考文獻：

[1] 李志全.智能儀表設(shè)計原理及應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社，1998.

[2] 何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京.航空航天大學出版社，1990.

[3] 張毅剛，彭喜元，姜守達，等.新編MCS-51系列單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.

[4] KaiHuang，F(xiàn)aye Briggs A.Computer Architecture and Parallel processing[M]. McGraw-HMCom-pany.1994.

2.3.2 數(shù)碼管顯示程序

本系統(tǒng)所采用的單片機學習板上的數(shù)碼管是共陽集的。所要顯示的數(shù)據(jù)都是傳給P0口，然后通過位選擇（由P2口控制）來打開你所選取的數(shù)碼管，這樣你所想要顯示的數(shù)據(jù)就在數(shù)碼管上顯示出來了。具體的步驟如下：（1）、通過查表把所要顯示的數(shù)據(jù)傳給P0口。（2）、置位選信號為低電位，使數(shù)碼管導通。（3）、調(diào)用延時程序，使數(shù)碼管連續(xù)顯示。（4）、關(guān)閉數(shù)碼管。

本系統(tǒng)所點亮的數(shù)碼管是P2.6和P2.7所控制的，如果需要變換點亮的數(shù)碼管，只需要使相對應(yīng)的位選信號為低位即可。

圖2 數(shù)碼管顯示程序

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計（PC機程序結(jié)構(gòu)圖）

軟件設(shè)計是在Visual Basic 6.0環(huán)境下完成的，主要使用了MSComm控件的相關(guān)屬性。對于PC機程序設(shè)計，為了使設(shè)計的系統(tǒng)可以完成正常的串行通信，并且具有一定的輔助功能，比如數(shù)據(jù)的串口的選擇，數(shù)據(jù)的自動傳輸，時間間隔的選擇，接收閥值的設(shè)定等等。圖 3為PC機程序設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖。

4 結(jié)論

在過去中，串行通信系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用到工業(yè)控制的很多領(lǐng)域，比如一些寬帶網(wǎng)絡(luò)公司利用光纖接口轉(zhuǎn)換器與串行口連接；數(shù)字影像測量儀都備有RS-232接口，與計算機連接后，采用專門測量軟件對測繪圖形進行處理和輸出。該文運用Visual Basic 6.0和串行口RS-232在WINDOWS操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出基于PC機與單片機的串行通信系統(tǒng)，并取得良好實驗效果。

參考文獻：

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[3] 張毅剛，彭喜元，姜守達，等.新編MCS-51系列單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.

[4] KaiHuang，F(xiàn)aye Briggs A.Computer Architecture and Parallel processing[M]. McGraw-HMCom-pany.1994.

2.3.2 數(shù)碼管顯示程序

本系統(tǒng)所采用的單片機學習板上的數(shù)碼管是共陽集的。所要顯示的數(shù)據(jù)都是傳給P0口，然后通過位選擇（由P2口控制）來打開你所選取的數(shù)碼管，這樣你所想要顯示的數(shù)據(jù)就在數(shù)碼管上顯示出來了。具體的步驟如下：（1）、通過查表把所要顯示的數(shù)據(jù)傳給P0口。（2）、置位選信號為低電位，使數(shù)碼管導通。（3）、調(diào)用延時程序，使數(shù)碼管連續(xù)顯示。（4）、關(guān)閉數(shù)碼管。

本系統(tǒng)所點亮的數(shù)碼管是P2.6和P2.7所控制的，如果需要變換點亮的數(shù)碼管，只需要使相對應(yīng)的位選信號為低位即可。

圖2 數(shù)碼管顯示程序

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計（PC機程序結(jié)構(gòu)圖）

軟件設(shè)計是在Visual Basic 6.0環(huán)境下完成的，主要使用了MSComm控件的相關(guān)屬性。對于PC機程序設(shè)計，為了使設(shè)計的系統(tǒng)可以完成正常的串行通信，并且具有一定的輔助功能，比如數(shù)據(jù)的串口的選擇，數(shù)據(jù)的自動傳輸，時間間隔的選擇，接收閥值的設(shè)定等等。圖 3為PC機程序設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖。

4 結(jié)論

在過去中，串行通信系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用到工業(yè)控制的很多領(lǐng)域，比如一些寬帶網(wǎng)絡(luò)公司利用光纖接口轉(zhuǎn)換器與串行口連接；數(shù)字影像測量儀都備有RS-232接口，與計算機連接后，采用專門測量軟件對測繪圖形進行處理和輸出。該文運用Visual Basic 6.0和串行口RS-232在WINDOWS操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出基于PC機與單片機的串行通信系統(tǒng)，并取得良好實驗效果。

參考文獻：

[1] 李志全.智能儀表設(shè)計原理及應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社，1998.

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[3] 張毅剛，彭喜元，姜守達，等.新編MCS-51系列單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.

[4] KaiHuang，F(xiàn)aye Briggs A.Computer Architecture and Parallel processing[M]. McGraw-HMCom-pany.1994.