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1、单片机与 PC 机通信-中断方式 一、实验目的 1、理解 MCS-51 单片机串行口的原理 2、掌握 MCS-51 单片机与 PC 机通信的硬件连接 3、掌握 MCS-51 单片机与 PC 机通信的编程实现 4、熟悉 Keil 开发工具的使用 二、实验原理 1、在现代单片机测控系统中，单片机的通信功能显得愈来愈重要。单片机通信是指单片机与计算机或单片机与单片机之间的信息交换。 MCS-51 单片机具有一个可编程全双工的串行异步通信接口，由两个引脚 P3.0(RXD)和P3.1(TXD)和外部终端设备进行通信。它由两个独立的发送和接收缓冲器 SBUF，发送控制器、 接收控制器和波特率发生器等组成
2、。 从用户使用的角度， 它由三个特殊功能寄存器组成：串行口数据寄存器 SBUF、串行口控制寄存器 SCON 和电源控制寄存器 PCON。发送和接收缓冲器共用一个特殊功能寄存器，称作串行口数据寄存器 SBUF，字节地址是 99H。当 CPU向 SBUF 写数据时对应的是发送缓冲器，当 CPU 读 SBUF 时对应的接收数据寄存器。串行口控制寄存器 SCON 的功能是选择串行口工作方式，控制数据的接收、发送和标示串行口的工作状态。电源控制寄存器 PCON 的功能是控制串行口的波特率。 2、串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器 1、串行口控制和中断控制。具体步骤如下： 1)
3、 确定串行口控制（编程 SCON 寄存器） ； 2) 确定 T1 的工作方式（编程 TMOD 寄存器） ； 3) 计算 T1 的初值，装载 TH1、TL1； 4) 启动 T1（编程 TCON 中的 TR1 位） ； 5) 串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程 IE、IP 寄存器） 。 初始化后，设置串口工作。 1) 发送：直接写 SBUF，查询 TI/中断； 2) 接收：REN 置 1，查询 RI/中断。 3、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。MCS-51单片机的串口严格遵循 TTL 标准，其中高电平为 5V，低电平为 0V。但是计算机的串口遵循的是 RS
4、-232 标准，为负逻辑电平，高电平为-3V-15V，低电平为 3V15V。因此当计算机与单片机之前通信时，必须加电平转换芯片，否则，如果它们直接连到一起不但不能实现通信，还可能将一些硬件烧毁。目前常用的集成电路转换芯片有 MAX232，MAX202，HIN232 等。 MAX232 芯片是 MAXIM 公司生产的、包含两路接收器和驱动器的 IC 芯片，它的内部有一个电源电压变换器， 可以把输入的+5V 电源电压变换成为 RS-232 输出电平所需的+10V电压。芯片采用+5V 电源供电，适应性强，价格适中，硬件接口简单，所以得到广泛应用。实验板串行口部分原理图如图 2 所示。 图 2 实验板
5、串行口部分原理图 如图 2 所示：单片机的 P3.1 引脚，即 TXD 端与 MAX232 的 10 脚 T2IN 相连，向 PC机发送数据，经过 MAX232 将 TTL 电平转换为 RS-232 电平后从 MAX232 的 7 脚 T2OUT发出，再连接到实验板上串口座的第 2 脚，再经过平行串口线后，连接至 PC 机的串口座的第 2 脚 RXD 端，至此计算机接收到数据。PC 机发送数据时，数据从 PC 机串口座的第 3 脚TXD 端发出，经过平行串口线送到实验板串口座的第 3 脚与 MAX232 的 8 脚 R2IN 相连，再经过 MAX232 转换为 TTL 电平后从 MAX232
6、的 9 脚 R2OUT 输出到单片机的 P3.0，即RXD 端接收数据。 4、编程实现在 PC 机用串口调试助手发送一个字符 X，单片机收到字符后返回给 PC 机“Yes，It is X”，串口波特率设为 9600bps，单片机的外部晶振为 11.0592Mhz。 程序如下： #include /包含定义特殊功能寄存器的头文件 #include /包含字符串操作的头文件 #define INT8U unsigned char /对 unsigned char 做宏定义 INT8U rev,flag; /定义全局变量，接收数据变量和标志位 void main() INT8U i; INT8U t
7、ab = “Yes,It is “; /定义字符数组“Yes,It is “ /串行口初始化，设置串行口工作在方式 1，允许接收数据 /波特率为 9600bps，打开串行口中断 TMOD = 0x20; TH1 = 0xfd; TL1 = 0xfd; TR1 = 1; SM0 = 0; SM1 = 1; 123456789J7DB9C1+1V+2C1-3C2+4C2-5V-6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U2MAX232C4105C5105C6105C7105C8104VCCP3.1 P3.0REN = 1
8、; EA = 1; ES = 1; while(1) if(flag) /如果标志位置 1，说明已接收到数据，准备发送数据 flag = 0; /标志位清零，以便下次接收 for(i=0;istrlen(tab);i+) /发送“Yes,It is “ SBUF = tabi; while(!TI); TI = 0; SBUF = rev; /发送接收到的数据 while(!TI); TI = 0; ES = 1; /开串行口中断 void Ser()interrupt 4 /串行口中断服务子函数 if(RI) /如果是接收中断，则处理 ES = 0; /关串行口中断 RI = 0; /接收中
9、断标志位清零 rev = SBUF; /转存接收数据 flag = 1; /对接收标志位置位 程序分析如下： main()函数开始部分设置了串行口工作在方式 1 接收数据， 并且通过定义定时器 T1， 设置了串行口的波特率为 9600bps。随后，打开串口中断，使单片机接收到数据后立刻响应发送数据。 “void Ser()interrupt 4”为串口中断服务程序。在本实验中，因为单片机接收的数据是由PC 机发送的，所以接收数据是不可预知的，即单片机不知道 PC 机何时发送数据，也不知道发送的是什么数据，所以单片机接收数据可以采用中断方式；而单片机接收到数据后，立即给 PC 机发送字符串，发送
10、字符串的过程是可以预知的，所以发送字符串的过程可以采用查询方式。 但如果打开串口中断， 无论是串口接收到一帧数据还是发送一帧数据均可引起串口中断，所以进入中断服务程序后先判断是不是由接收数据引起的，即判断 RI 是否置位，如果是接收数据引起则处理，否则不处理。在收到数据后应首先关闭串行口中断，原因还是刚才讲过的，因为接下来要发送数据，如果不关闭串行口中断，那么每发送完一帧数据后同样会引起串行口中断，又会进入中断服务程序。再接下来要使 RI 软件清零，这样才能产生下一次中断；将 SBUF 中的数据读走给 rev;将标志位 flag 置 1，以便在主程序中查询判断是否已经接收到数据。 主程序在进入
11、大循环 while(1)后，一直在检测标志位 flag 是否为 1，当检测到为 1 时，说明程序已经执行过串口中断服务程序，即收到数据，可以进行发送数据了。在发送数据之前，先将 flag 清零，这是为了标志下次接收数据。在发送数据时，发送前面固定字符，使用了一个 for 循环语句，将前面字符依次发送出去，后面再接着发送从中断服务程序中读回来的 rev 数据。发送每个字符的时候，当向 SBUF 中写入一个数据后就会开始发送，使用查询方式“while(!TI);”等待是否发送完毕，因为当发送完毕后 TI 会由硬件置 1，接下来再手动将 TI 清零。随后，打开串口中断，等待下次单片机再接收到数据。
12、三、实验仪器材料 PC 机、单片机实验板、USB 电源线、串口下载线 四、实验步骤 1、理解单片机串行口的原理，单片机串行口和 PC 机通信的硬件连接。 2、分析题目要求，考虑串行口初始化应如何设置，接收和发送的逻辑关系。 3、在 PC 机上使用 Keil 开发工具编写源程序，采用“Serial Channel”窗口和“UART #1”窗口联合查看仿真结果。 4、调试无误后，下载程序到单片机，用串口线将单片机和 PC 机串口连接，通过“串口调试助手”向单片机发送数据，查看接收是否正确，如不正确继续调试程序。 五、实验报告要求 1、对单片机和 PC 机通信的程序进行分析。 2、对编程和调试过程中
13、遇到的问题，进行分析，并写出最后解决的方法。 3、写出设定方式 1 波特率的方法和公式。 六、实验注意事项 1、在使用 Keil 集成开发工具时，一定要建立工程项目，然后在项目下建立 C 源文件。这样才能编程程序，生成 hex 文件。 2、仿真时要将仿真的外部晶振改为 11.0592MHz，才能看到真实的结果。 3、在发送和接收一帧数据后，不管是采用查询方式还是中断方式，都要手动将 TI 和RI 清零。 4、开始发送数据时要将串行口中断关闭，在发送数据结束后在将串行口中断打开。因为串行口不管是接收还是发送一帧数据都可引起中断， 如果没有关闭串行口中断的话， 那么每发送一个字符就会引起中断。 七、思考题 1、中断服务程序中“if(RI)”的作用是什么？为什么要判断 RI？ 2、程序中为什么不用打开定时器 T1 的中断？ 3、考虑将题目改成当接收字符串 S，然后再发送“Yes,It is (S)”，程序应该如何修改？
