大连海事大学毕业设计（一）

　　1引言

　　1.1 设计的目及意义

　　一般的PC与单片机之间的串行通信，需要单片机采集数据，然后用异步串行通讯方式传给PC机。相对而言比较的烦琐，而本文着重用VB具有面向对象的设计方法，友好的用户来探讨在VB环境下来实现PC机与51单片机之间串行通讯的方法。实现起来要简捷方便。

　　随着计算机系统的应用和微机网络的发展，各种控制设备之间的通信功能越来越显得重要。尤其是伴随着单片微型机技术的发展，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、流量和压力等参数进行检测和控制。在本系统中，下位机采用一片AT89S51单片机，用于对发送的数据实施控制，为了实现对输入数据的接收，上位机采用便携式PC机，上、下位机之间通过MAX232芯片实现串行数据通信。PC 机具有强大的监控和管理功能，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信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。

　　本文将论述在VB 环境下PC 机与单片机之间实现串行通讯的软硬件方案。实现单片机与 PC 机的相互通信。单片机部分由汇编语言实现，PC 机的通讯程序使用Visual Basic 编写，VB 是Microsoft 公司推出的Windows 应用程序开发工具，因其具有界面友好，编程简便等优点而受到广泛的使用，而且Visual Basic 6.0 版本带有专门实现串行通讯的MSCOMM 控件。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。

　　利用VB6.0 的事件驱动方式可以很方便地开发数据采集与监控系统，用单台PC 机可以测量和监控多路控制信号，整控制系统设计方便，对小型测控系统的设计具有很大的实用性。

　　1.2 设计实现的功能

　　实现单片机与 PC 机的相互通信。具体要求有以下两点:

　　①单片机发固定编好的代码，在用 VB 编好的界面上接收；

　　②在 VB 编好的界面上发送数字，在单片机板上的数码管上显示出来。

　　2 硬件设计方案

　　为了实现PC机与单片机之间的串行通信，我们首先要清楚了解整个系统所采用的原理图。原理图就象一根红线贯穿于整个系统设计，通过此图我们就能很清楚的看到系统所涉及的内容，然后鉴于此，我们将在以后的章节中依次对所牵涉的内容作详细的论述。下面对原理图作一点说明：从MAX232芯片中的两路发送接收中任选一路作为接口，要注意其发送与接收引脚对应，否则可能对器件或计算机串口造成永久性损坏。如选他T1IN接单片机的发送端TXD，则PC机、的RS—232的接收端RD一定要对应接T1OUT引脚。同时，R1OUT接单片机的接受端RXD引脚，则PC机的RS—232的发送端TD一定要对应接R1IN引脚。

上图为采用MAX232芯片接口的PC机与51单片机串行通信接口原理图

2.1 AT89S51单片机

2.1.1 AT89S51单片机简介

AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

　　AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器， 128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
 

　　2.1.2  AT89S51单片机的功能

AT89S51主要功能列举如下：

1）为一般控制应用的8位单芯片　　　2）晶片内部具有时钟振荡器

3）内部程式存储器（ROM）为 4KB　4）内部数据存储器（RAM）为 128B

5）外部程序存储器可扩充至 64KB　　6）外部数据存储器可扩充至 64KB

7）32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制

8）5个中断向量源　　　　　　　　　9）2组独立的 16 位定时器

10）1个全多工串行通信端口　　　　11）8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能

12）单芯片提供位逻辑运算指令

2.1.3 AT89S51各引脚功能介绍：

VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。

VSS：电源地端。

XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端。

 RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作。

EA/Vpp：存取外部程序代码，低电平动作。

ALE/PROG：地址锁存器启用信号。

PSEN：程序储存启用，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。

　　PORT₀（P_0.0～P_0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P_0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P₁、P₂、P₃）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P₀在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A₀～A₇）及数据总线（D₀～D₇）。

　　PORT2（P_2.0～P_2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P₂除了当作一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A₈～A₁₅，这个时候P₂便不能当作I/O来使用了。

　　PORT1（P_1.0～P_1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。

　　PORT3（P_3.0～P_3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。

其引脚分配如下：

P_3.0：RXD，串行通信输入。P_3.1：TXD，串行通信输出。P_3.2：INT₀，外部中断0输入。

P_3.3：INT₁，外部中断1输入。P_3.4：T₀，计时计数器0输入。P_3.5：T₁，计时计数器1输入。

P_3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P_3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。

本系统所采用的AT89S51芯片如下图所示：

　　2.1.4 AT89S51 ISP

　　ISP为在线编程接口。ISP在线编程接口为89S51单片机提供了方便的在线编程方法，使用时将ISP下载线一端与PC并口相连接，一端与ISP接口相连，使用ISP下载软件即可实现MCU在线编程。

下载线插接说明：两排十针下载口，板图上都有一个小方框，为1号引角；下载线的凸口为正方向，凸口的右侧边的 论文检测天使-免费论文检测软件http://www.jiancetianshi.com
第一个插孔为1号引角，这一点一定要切记，不然的话程序下载不进去。

本系统中所用AT89S51 ISP原理图如下示:

                         AT89S51 ISP

　　2.2串行通讯

　　2.2.1串行通讯的概念

　　串行通讯：一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。

　　串行通讯的特点是：数据位传送，传送按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。

　　分类：根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。

　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />　　2.2.2　RS-232C　串口通讯原理

　　RS-232C是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机之间，计算机与外设之间的数据通信。

　　RS-232C串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于15米，传输速率最高为19.2kb/s的场合。RS-232C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、和19200b/s。RS-232C属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制的共模干扰等问题，因此一般用于短距离通信。

　　1)　RS-232C接口信号

　　一个完整的RS-232C接口有22根线，采用标准的25芯连接器。

　　2)　RS-232C 典型应用

　　用RS-232C总线连接系统时，有近程通信方式和远程通信方式之分。近程通信是指传输距离小于15米的通信，这时可以用RS-232C电缆直接连接。15米以上的长距离通信，需要采用调制解调器。

　　下图a)是计算机与终端之间利用RS-232C直接通信的最常用的交叉连线图。图中“发送数据”与“接收数据”是交叉相连的，使得两台设备都能正确地发送和接收。“数据终端变绪”与“数据装置就绪”两根线也是交叉相连的，使得两设备都能检测出对方是否已经准备好。

　　在最简单的全双工系统中，公用发送数据、接收数据和信号地三根即可。对MCS-51单片机来说，利用RXD(串行数据接收端)线、TXD(串行数据发送端)线以及一根地线，就可以构成符合RS-232C接口标准的全双工串行通信口。(见图b)

（a）直接连接

（b）最简单的RS-232C数据通信连接
　　3)　RS-232C接口电平转换

　　RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，完全与TTL、CMOS逻辑电平不同。

RS-232C采用负逻辑，即：

逻辑１：-5V～-15V。  逻辑０：+5V～+15V。

　　由于MCS-51采用TTL电平，若用RS-232C标准接口通信必须进行电平转换。目前RS-232C与TTL电平转换最常用的集成电路芯片是传输线驱动器MC1488传输线接收器MC1489。其内部结构和引脚如下图（c）所示。

　　MC1488可完成TTL电平到RS-232C的电平转换，输入为TTL电平，输出为RS-232C电平。其内部有３个与非门和１个反相器。采用±12V或±15V电源供电。

　　MC1489可完成由RS-232C到TTL电平转换，输入为RS-232C电平，输出为TTL电平。其内部有4个反相器，采用+5V电源供电。MC1489中每个反相器都有一个控制端，高电平有效，可作为RS-232C操作的控制端。图（d）给出了RS-232C接口电路原理图。

（c）RS-232C电平转换芯片MC1488和MC1489

(d) RS-232C接口电路

MAX232芯片

　　MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。它的内部结构基本可分三个部分；

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第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

　　第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为 论文检测天使-免费论文检测软件http://www.jiancetianshi.com
第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

　　第三部分就是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。

　　2.2.3　串行接口

　　控制串行接口的寄存器有两个，即特殊功能寄存器PCON和SCON。

　　1）PCON中的波特率选择位

　　PCON是一个特殊功能寄存器（如下图所示），没有位寻址功能，字节地址为87H。其中D7位（SMOD）为波特率选择位。其他位均无意义。复位时的SMOD值为0。可用MOV PCON。#80H或MOV 87H，#80H指令使该位置1。当SMOD=1时，在串行接口方式1、2或3情况下，波特率提高一倍。

            D7                                               D0

波特率选择位        |                   无定义位                          |

2）串行接口控制寄存器 SCON

特殊功能寄存器SCON用于定义串行接口的操作方式和控制它的某些功能。其字节地址为98H。寄存器中各位内容如下：