(单片机应用实例开发)实例七单片机与PC机通信

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1、实例七 单片机与PC机通信 7.1 计算机串行通信基础 7.2 MCS-51单片机的串行接口 7.3 串行口通信程序的设计 7.4 单片机与PC机通信的设计 7.5 习题 实例七 单片机与PC机通信 实例七 单片机与PC机通信 学习目标 理解串行通信的分类、制式及MCS-51串行口的结构。 理解MCS-51单片机串行口的工作方式，并正确地进行 配置。 正确使用Virtual Serial Port Kit、Proteus、SSCOM仿真 单片机与PC机通信电路及串行通信程序。 设计和制作单片机与PC机通信的RS-232接口电路，对 电路中的故障现象进行分析判断并加以解决，通过调试得到 正确结果

2、。 实例七 单片机与PC机通信 工作任务 测试串口通信接口电路并对结果进行描述。 设计、制作与调试串口通信系统。 撰写设计文档与测试报告。 基于单片机的电子系统或设备一般以单片机为核心，配合 其他设备完成相应信息的采集及各种控制工作，因此，单片机 与其他器件的通信显得格外重要。单片机与外部设备的通信由 接口电路来完成。本实例将介绍单片机与PC机进行串行通信的 接口电路设计及相关串口通信程序的编写。 实例七 单片机与PC机通信 7.1 计算机串行通信基础 学习目标 理解异步通信和同步通信。 理解半双工和全双工制式。 工作任务 设计双单片机全双工通信电路。 实例七 单片机与PC机通信 就像要经过一

3、座独木桥到河的对岸，每次只能一人通行的 情况一样，串行通信方式是指计算机主机与外设之间以及主机 系统与主机系统之间数据以串行方式传输的通信方式，二进制 数据按位传送。在进一步学习MCS-51串行I/O接口之前，下面 先学习与串行通信相关的基础知识。 实例七 单片机与PC机通信 7.1.1 串行通信的分类 由于串行通信在一根传输线上既要传送数据信息又要传送 联络控制信息，为了区分是数据信息还是控制信息，串行通信 有固定的数据格式要求，即异步和同步数据格式，相应地就有 异步通信和同步通信两种通信方式。 1异步通信 异步通信是以字符为信息单位传送的，每个字符即为一帧 数据，可以随机出现在数据流中，即

4、发送端发出的每个字符在 数据流中出现的时间是任意的，接收端预先并不知道。通过规 定字符帧格式，接收端就知道发送端何时开始发送数据，何时 数据发送完。 实例七 单片机与PC机通信 字符帧格式如图7-1所示，由起始位、数据位、奇偶校验 位和停止位四部分组成。各部分的功能如下： (1) 起始位：占1位，始终为逻辑0低电平，用于向接收设 备表示发送端开始发送一帧信息。 (2) 数据位：根据情况可取5位、6位、7位或8位，低位在 前，高位在后。 (3) 奇偶校验位：占1位，用于表征串行通信中采用奇校验 还是偶校验。 (4) 停止位：为逻辑“1”高电平，通常可取1位、1.5位或2位 ，向接收端表示一帧数据

5、已传送结束。 实例七 单片机与PC机通信 图7-1 异步通信的字符帧格式 实例七 单片机与PC机通信 在通信过程中，发送端逐帧发送信息，接收端逐帧接收信 息。相邻字符帧之间可以无空闲位，也可以有空闲位，由用户 根据需要设定。 实例七 单片机与PC机通信 2同步通信 同步通信以数据块为信息单位传送，每帧信息包括成百上 千个字符，每个字符也由58位组成，其格式如图7-2所示。 同步字符位于帧开头，可以是12个字符。采用两个同步字符 ，称为双同步方式；采用一个同步字符，称为单同步方式。校 验字符有12个，位于帧末尾，用于接收端对接收到的数据字 符的正确性进行校验。 图7-2 同步通信的字符帧格式 实

6、例七 单片机与PC机通信 同步通信中字符帧内部位与位之间的传送是同步的，字符 与字符之间的传送也是同步的，对同步时钟的要求非常严格。 同步传送的优点是可得到较高的传送速率，通常可达56 Mb/s或更高；缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步， 硬件较复杂。 实例七 单片机与PC机通信 助记：河对岸有一景区，只能通过一独木桥到达对岸，为 防止发生意外事件，景区管理部门设计了两种方案组织游客过 河：其一是由一导游领队(起始位)，后面是游客(58位)，最 后跟一位管理人员，只要第一队与第二队间有时间间隔(也可 以没有)，游客以小队为单位过独木桥，到达对岸即可进入景 区；其二是在上桥前先组织好，先分

7、成适当的小队(每一队相 当于一个数据字符)，再组合成大队由管理部门指定一工作人 员带领大队游客过河（该大队通过过程中，不允许其他人员通 过，也不允许相互插队），在桥的另一端，工作人员只有在过 桥人员中认识第一位为景点工作人员时才允许大队进入。 实例七 单片机与PC机通信 【练习】 项目：奇偶检验位的设置。 项目编号：EX7_1。 任务要求：某串行通信系统采用异步通信方式，起始位、 停止位各1位，数据位8位，采用偶校验，当传送数据为58H时 ，奇偶校验位的值为多少？ 分析：58H0101 1000B。偶校验是指所有传送数位(数据 位和校验位)中，“1”的个数为偶数个。58H中“1”的个数为奇数

8、个，因此校验位为“1”。 实例七 单片机与PC机通信 7.1.2 串行通信的制式 串行通信中，数据通常是在两个站之间传送的。按照数据 流的方向可分成单工、半双工和全双工三种制式。 1单工制式 使用一根传输线，由发送器传送至接收器，这种方式为单 工制式，如图7-3所示。 实例七 单片机与PC机通信 图7-3 单工制式 实例七 单片机与PC机通信 2半双工制式 使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两 个方向上传送，但某一时刻，只能有一端发送，这种方式为半 双工制式，如图7-4所示。 图7-4 半双工制式 实例七 单片机与PC机通信 3全双工制式 使用两根不同的传输线传送，通信双方能在同

9、一时刻进行 发送和接收操作，这种方式即为全双工制式，如图7-5所示。 图7-5 全双工制式 实例七 单片机与PC机通信 【练习】 项目：双单片机全双工电路设计。 项目编号：EX7_2。 任务要求：MCS-51单片机中RXD、TXD分别用来接收与 发送，试绘制双单片机全双工通信电路。 设计设备与软件：计算机1台，Proteus软件1套。 设计步骤： (1) 打开Proteus，选择两片MCS-51单片机； (2) 参考后面的图7-11完成电路连接。 实例七 单片机与PC机通信 7.2 MCS-51单片机的串行接口 学习目标 理解MCS-51串行口的结构，并正确掌握SBUF在串 口通信中的作用。

10、理解特殊功能寄存器SCON、PCON各位的功能。 理解四种工作方式，并计算各工作方式的波特率。 实例七 单片机与PC机通信 工作任务 设置串行口的工作方式。 设置串行通信的波特率。 MCS-51单片机内部有一个可编程全双工串行通信接口， 可作为通用异步接收/发送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)，也可作为同步移位寄存器。接 下来讨论该接口的内部结构、工作方式及波特率。 实例七 单片机与PC机通信 7.2.1 串行口的结构 该串行通信接口由数据发送/接收缓冲器SBUF、发送控制 器、接收控制器、输入移位寄存器、输出控制门和波特率

11、发生 器T1组成，如图7-6所示。其中，SBUF是两个物理上独立的特 殊功能寄存器，占用同一地址99H。 实例七 单片机与PC机通信 图7-6 串行口的内部结构示意图 实例七 单片机与PC机通信 图7-6中，波特率发生器由定时器T1承担，为串行发送或 接收提供移位时钟；接收控制器是双缓冲结构，在前一个字节 被从接收缓冲器(SBUF)读出之前，第二个字节即开始被接收( 串行输入至移位寄存器)，但是在第二字节被接收完毕而前一 个字节未被CPU读取时，会丢失前一个字节的内容。 实例七 单片机与PC机通信 串行通信中，不论发送还是接收，都是由特殊功能寄存器 SBUF与累加器A之间的传送操作来完成的。发

12、送时，向SBUF 发“写”命令(执行“MOV SBUF,A”指令)，向发送缓冲器SBUF装 载并开始由TXD(P3.1，串行数据发送端)引脚向外发送一帧数 据，发送完毕后使发送中断标志TI=1。在接收中断标志RI=0的 条件下，置允许接收位REN=1启动接收，一帧数据进入移位寄 存器，并装载到接收缓冲器SBUF中，RI=1，执行“读”命令 (“MOV A,SBUF”指令)，由接收缓冲器SBUF取出信息并通过内 部总线送给CPU。 实例七 单片机与PC机通信 【练习】 项目：单字节数据发送。 项目编号：EX7_3。 任务要求：编程，完成将内部RAM中地址为45H的内存单 元中的数据通过串口发送出

13、去。 分析：将数据由串口发送，可采用“MOV SBUF, A”指令， 因此： MOV A,45H MOV SBUF,A 实例七 单片机与PC机通信 7.2.2 串行口的控制寄存器 MCS-51对串口的控制是通过对串行口控制寄存器SCON和 电源控制寄存器PCON两个特殊功能寄存器的操作来实现的。 1串行口控制寄存器SCON SCON用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及状 态标志。SCON的字节地址为98H，可进行位寻址，其格式如 图7-7所示。 实例七 单片机与PC机通信 图7-7 SCON的格式 实例七 单片机与PC机通信 (1) SM0和SM1：工作方式选择位。这两位用于设定串行

14、口的工作方式，详细定义如表7-1所示。 实例七 单片机与PC机通信 (2) SM2：多机通信控制位。该位主要在方式2和方式3下 使用。在方式2或方式3下，当SM2=0时，串行口以单机发送或 接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活，但不会引起中断请 求；当SM2=1且RB8=1时，RI不仅被激活，而且可以向CPU请 求中断。在方式0下，SM2不用，设置为0。在方式1下，SM2 也应设置为0，此时RI只有在接收电路接收到停止位“1”时才被 激活成“1”，并能自动发出串行口中断请求(中断开放)。 (3) REN：允许接收控制位。REN=0，禁止串行口接收； REN=1，允许串行口接收。该位由软件置

15、位或清零。 实例七 单片机与PC机通信 (4) TB8：发送数据第9位。该位用于在方式2和方式3下存 放发送数据第9位。该位由软件置位或清零。 (5) RB8：接收数据第9位。该位用于在方式2和方式3下存 放接收数据第9位(奇偶位或地址/数据标识位)。在方式1下，若 SM2=0，则RB8用于存放接收到的停止位。在方式0下，不使 用RB8。 (6) TI：发送中断标志位。在方式0下，发送电路发送完第 8位数据时，TI由硬件置位；在其他方式下，TI在发送电路开 始发送停止位时置位。不管是什么方式，都需要由软件清零。 (7) RI：接收中断标志位。在方式0下，RI在接收电路接收 到第8位数据时由硬件置位；在其他方式下，RI总是在接收电 路接收到停止位的中间位置时置位。该位由软件清零。 实例七 单片机与PC机通信 2电源控制寄存器PCON PCON的字节地址为87H，不能进行位寻址，其格式如图7- 8所示。 图7-8 PCON的格式 实例七 单片机与PC机通信 PCON中与串行通信有关的仅D7位，即SMOD。SMOD为 波特率倍增位。在串行口方式1、方