基于MCS-51的串口通讯系统设计

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1、张 家 界 航 空 工 业 职 业 技 术 学 院电 气 工 程 系毕 业 论文课 题 名 称 基 于 MCS-51 的 串 口 通 讯 系 统 设 计学 生 姓 名学 号班 级专 业 应 用 电 子指 导 教 师 2011 年 6 月 3 日张 家 界 航 空 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）目 录一 、 绪 论（ 一 ） 设 计 的 目 的（ 二 ） 设 计 的 要 求二 、 串 口 通 讯 的 简 介（ 一 ） 串 行 接 口 的 基 本 特 点（ 二 ） 串 口 通 信 原 理三 、 硬 件 设 计四 、 程 序 设 计五 、 参 考 文 献张 家 界 航

2、 空 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）基 于 MCS-51 的 串 口 通 讯 系 统 设 计一 、 设 计 的 目 的1 进 一 步 熟 悉 和 掌 握 单 片 机 的 结 构 及 工 作 原 理 。2 掌 握 单 片 机 的 接 口 技 术 及 相 关 外 围 芯 片 的 外 特 性 ， 控 制 方 法 。3 通 过 课 程 设 计 ， 掌 握 以 单 片 机 核 心 的 电 路 设 计 的 基 本 方 法 和 技 术 ， 了 解 有 关电 路 参 数 的 计 算 方 法 。4 通 过 实 际 程 序 设 计 和 调 试 ， 逐 步 掌 握 模 块 化 程 序

3、 设 计 方 法 和 调 试 技 术 。5 通 过 完 成 一 个 包 括 电 路 设 计 和 程 序 开 发 的 完 整 过 程 ， 使 学 生 了 解 开 发 单 片 机应 用 系 统 的 全 过 程 ， 为 今 后 从 事 相 应 打 下 基 础 。二 、 设 计 具 体 要 求(一 )原 理 图 设 计1 原 理 图 设 计 要 符 合 项 目 的 工 作 原 理 ， 连 线 要 正 确 ， 端 了 要 不 得 有 标 号 。2 图 中 所 使 用 的 元 器 件 要 合 理 选 用 ， 电 阻 ， 电 容 等 器 件 的 参 数 要 正 确 标 明 。3 原 理 图 要 完 整 ，

4、CPU， 外 围 器 件 ， 扩 器 接 口 ， 输 入 /输 出 装 置 要 一 应 俱 全 。（ 二 ） 程 序 调 试1 根 据 要 求 ， 将 总 体 功 能 分 解 成 若 干 个 子 功 能 模 块 ， 每 个 功 能 模 块 完 成 一 个 特 定 的 功 能 。2 根 据 总 体 要 求 及 分 解 的 功 能 模 块 ， 确 定 各 功 能 模 块 之 间 的 关 系 ， 设 直 出 完 整 的 程 序 流 程图 。（ 三 ） 程 序 调 试 将 设 计 完 的 程 序 输 入 ， 排 除 语 法 错 误 。1 按 所 设 计 的 原 理 图 ， 在 实 验 平 台 上 连

5、线 ， 检 查 无 误 。2 将 程 序 源 文 件 传 送 到 实 验 装 置 ， 执 行 该 程 序 ， 检 查 该 程 序 是 否 达 到 设 计 要 求 ， 若 未 达 到 ，修 改 程 序 ， 直 到 达 到 要 求 为 止 ，（ 四 ） 设 计 说 明 书1 原 理 图 设 计 说 明简 要 说 明 设 计 目 的 ， 原 理 图 中 所 使 用 的 元 器 件 功 能 及 在 图 中 的 作 用 ， 各 器 件 的 工 作 过 程 及 顺序 。2 程 序 设 计 说 明对 程 序 设 计 总 体 功 能 及 结 构 进 行 说 明 ， 对 各 子 模 块 的 功 能 以 及 各

6、子 模 块 之 间 的 关 系 作 较 详 细的 描 述 。二 、 串 口 通 信 简 介MCS-51系 列 单 片 机 上 有 一 个 通 用 异 步 接 收 发 送 器 UART， 通 过 引 脚 RXDP3 O和 TXDP3 1可 与 外 音 B 电 路 进 行 全 双 工 的 串 行 异 步 通 信 ， 发 送 数 据 时 由 TXD端 送 出 ， 接 收 时 数 据 由 RXD端 输 入 。 本 文 将 具 体 介 绍 单 片 机 串 口 的 特 点 和 编 程 方法 ， 并 且 在 最 后 给 出 一 个 实 用 的 单 片 机 与 计 算 机 通 过 串 口 通 信 的 程 序

7、。(一 )串 行 的 基 本 特 点MCS-51 单 片 机 的 串 行 端 口 有 4 种 基 本 工 作 方 式 ， 通 过 编 程 设 置 ， 可 以 使 其 工 作在 任 一 方 式 ， 以 满 足 不 同 场 合 的 需 要 。 其 中 ， 方 式 0主 要 用 于 外 接 移 位 寄 存 器 ，张 家 界 航 空 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）以 扩 展 单 片 机 的 I O 电 路 ； 工 作 方 式 1多 用 于 双 机 之 间 或 与 外 设 电 路 的 通 信 ；方 式 2、 3除 有 方 式 1的 功 能 外 ， 还 可 以 作 多 机

8、通 信 ， 以 构 成 分 布 式 多 微 机 系 统 。串 行 端 口 有 两 个 控 制 寄 存 器 SCON、 PCON， 用 于 设 置 工 作 方 式 、 发 送 或 接 收 的 状态 、 特 征 位 、 数 据 传 送 波 特 率 每 秒 传 送 的 位 数 以 及 作 为 中 断 标 志 等 。串 行 端 口 有 一 个 数 据 寄 存 器 SBUF 在 特 殊 功 能 寄 存 器 中 的 字 节 地 址 为 99H， 该 寄存 器 为 发 送 和 接 收 所 共 用 。串 行 端 口 的 波 特 率 可 以 用 程 序 来 控 制 。 在 不 同 工 作 方 式 中 ， 由 时

9、 钟 振 荡 频 率 的 分频 值 或 由 定 时 器 T1的 定 时 溢 出 时 间 确 定 ， 使 用 十 分 方 便 灵 活 。串 口 控 制 寄 存 器输 入 ： 在 (REN)=1 时 ， 串 行 口 采 样 RXD 引 脚 ， 当 采 样 到 1 至 O 的 跳 变 时 ， 确 认是 串 行 发 送 来 的 一 帧 数 据 的 开 始 位 0， 从 而 开 始 接 收 一 帧 数 据 。 只 有 当 8位 数 据接 收 完 ， 并 检 测 到 高 电 平 停 止 位 后 ， 只 有 满 足 (R1)=0； (SM2)=0或 接 收 到 的第 9位 数 据 为 1时 ， 停 止 位

10、才 进 入 RB8， 8 位 数 据 才 能 进 入 接 收 寄 存 器 ， 并 由 硬件 置 位 中 断 标 志 RI； 否 则 信 息 丢 失 。 所 以 在 方 式 1接 收 时 ， 应 先 用 软 件 清 零 RI和 SM2标 志 。1. 方 式 2方 式 2 为 固 定 波 特 率 的 11 位 UART 方 式 。 它 比 方 式 1 增 加 了 一 位 可 程 控 为 1或 0的 第 9位 数 据 。输 出 ： 发 送 的 串 行 数 据 由 TXD端 输 出 一 帧 信 息 为 11位 ， 附 加 的 第 9位 来 自SCON 寄 存 器 的 TB8 位 ， 用 软 件 置 位

11、 或 复 位 。 它 可 作 为 多 机 通 讯 中 地 址 数 据 信息 的 标 志 位 ， 也 可 以 作 为 数 据 的 奇 偶 校 验 位 。 当 CPU执 行 一 条 数 据 写 入 SUBF 的指 令 且 TI=0时 ， 就 启 动 发 送 器 发 送 。 发 送 一 帧 信 息 后 ， 置 位 中 断 标 志 TI。输 入 ： 在 (REN)=1时 ， 串 行 口 采 样 RXD 引 脚 ， 当 采 样 到 1至 O的 跳 变 时 ， 确认 是 串 行 发 送 来 的 一 帧 数 据 的 开 始 位 0， 从 而 开 始 接 收 一 帧 数 据 。 在 接 收 到 附加 的 第

12、9位 数 据 后 ， 当 满 足 (RI)： 0； (SM2)=0或 接 收 到 的 第 9位 数 据 为 1时 ， 第 9 位 数 据 才 进 入 RB8， 8 位 数 据 才 能 进 入 接 收 寄 存 器 ， 并 由 硬 件 置 位 中断 标 志 Ri； 否 则 信 息 丢 失 。 且 不 置 位 RI。2. 工 作 方 式 3方 式 3为 波 特 率 可 变 的 11位 UART方 式 。 除 波 特 率 外 ， 其 余 与 方 式 2相 同 。波 特 率 的 选 择如 前 所 述 ， 在 串 行 通 讯 中 ， 收 发 双 方 的 数 据 传 送 率 (波 特 率 )要 有 一 定

13、的约 定 。 在 MCS-51 串 行 口 的 四 种 工 作 方 式 中 ， 方 式 0 和 2的 波 特 率 是 固 定 的 ， 而方 式 1和 3的 波 特 率 是 可 变 的 ， 由 定 时 器 T1的 溢 出 率 控 制 。1 方 式 O方 式 0的 波 特 率 固 定 为 主 振 频 率 的 1/12。2 方 式 2方 式 2 的 波 特 率 由 PCON 中 的 选 择 位 SMOD 来 决 定 ， 可 表 示 为 ： 波 特 率=2sMoD fosc 64也 就 是 当 SMOD=1时 ， 波 特 率 为 1 32 fosc， 当 SMOD=0时 ，波 特 率 为 1 64 f

14、osc。3 方 式 1和 方 式 3定 时 器 T1作 为 波 特 率 发 生 器 ， 其 公 式 如 下 ：波 特 率 =2SMOD 32 定 时 器 T1溢 出 率张 家 界 航 空 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）T1溢 出 率 =T1计 数 率 产 生 溢 出 所 需 的 周 期 数式 中 T1计 数 率 取 决 于 它 工 作 在 定 时 器 状 态 还 是 计 数 器 状 态 。 当 工 作 于 定时 器 状 态 时 ， T1计 数 率 为 Fosc/2： 当 工 作 于 计 数 器 状 态 时 ， T1计 数 率 为 外 部 输入 频 率 ， 此 频

15、 率 应 小 于 Fosc/24。 产 生 溢 出 所 需 周 期 与 定 时 器 T1 的 工 作 方 式 、T1的 预 置 值 有 关 。定 时 器 T1工 作 于 方 式 O： 溢 出 所 需 周 期 数 =8192-定 时 器 T1工 作 于 方 式 1： 溢 出 所 需 周 期 数 =65536-X定 时 器 T1工 作 于 方 式 2： 溢 出 所 需 周 期 数 =256-X因 为 方 式 2为 自 动 重 装 入 初 值 的 8 位 定 时 器 计 数 器 模 式 ， 所 以 用 它 来做 波 特 率 发 生 器 最 恰 当 。 这 种 方 式 下 ， T1的 溢 出 率 次

16、秒 计 算 式 可 以 表 示 为 ：T1溢 出 率 =Fsoc 12256-X二 、 串 口 通 讯 的 简 介串 口 通 讯 对 单 片 机 而 言 意 义 重 大 ， 不 但 可 以 实 现 将 单 片 机 的 数 据 传 输到 计 算 机 端 ， 而 且 也 能 实 现 计 算 机 对 单 片 机 的 控 制 。 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 。（ 一 ） 波 特 率 选 择波 特 率 （ Boud Rate） 就 是 在 串 口 通 信 中 每 秒 能 够 发 送 的 位 数（ bits/second） 。 MCS-51串 行 端 口 在 四 种 工 作 模 式 下 有 不 同 的 波 特 率 计 算 方 法 。其 中 ， 模 式 0和 模 式 2波 特 率 计 算 很 简 单 ， 请 同 学 们 参