課程名稱：《單片機應用》課程設計

題    目：單片機與PC機的串口通信

院 （系）：信息與控制工程系

專業班級：自動化

姓    名：

學    號：

指導教師：

單片機自20世紀70年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣、發展很快。而AT89C51單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種，本設計是基于MCS51系列單片機中AT89C51所設計的一種具有一個全雙工的串行通信口，可以實現單片機與PC機之間通信，主從通信以及上，下位機互相通信等。本設計基于單片機技術原理，通過硬件電路制作以及軟件程序的編制，設計制作一個簡單的單片機與PC機間串行通信。當PC機上按數字鍵時，能在單片機數碼管上顯示相應數字。

所謂"串行通信"是指外設和計算機間使用一根數據信號線,數據在一根數據信號線上按位進行傳輸，每一位數據都占據一個固定的時間長度。這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本，當然，其傳輸速度比并行傳輸慢。相比之下，由于高速率的要求，處于計算機內部的CPU與串口之間的通訊仍然采用并行的通訊方式，所以串行口的本質就是實現CPU與外圍數據設備的數據格式轉換（或者稱為串并轉換器），即當數據從外圍設備輸入計算機時，數據格式由位 (bit)轉化為字節數據；反之，當計算機發送下行數據到外圍設備時，串口又將字節數據轉化為位數據。
    串行端口的本質功能是作為CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數據從 CPU經過串行端口發送出去時，字節數據轉換為串行的位。在接收數據時，串行的位被轉換為字節數據。
    在Windows環境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系統資源的一部分。 應用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關閉串口）。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實現遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態時，規定設備線總常不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。
    典型的串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數必須匹配：

a，波特率：這是一個衡量通信速度的參數。它表示每秒鐘傳送的bit的個數。例如300波特表示每秒鐘發送300個bit。當我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率例如如果協議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數據線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設備的通信。
    b，數據位：這是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發送一個信息包，實際的數據不會是8位的，標準的值是5、7和8位。如何設置取決于你想傳送的信息。比如，標準的ASCII碼是0～127（7位）。擴展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數據使用簡單的文本（標準 ASCII碼），那么每個數據包使用7位數據。每個包是指一個字節，包括開始/停止位，數據位和奇偶校驗位。由于實際數據位取決于通信協議的選取，術語 “包”指任何通信的情況。
    c，停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數據傳輸率同時也越慢。
    d，奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設置校驗位（數據位后面的一位），用一個值確保傳輸的數據有偶個或者奇個邏輯高位。例如，如果數據是011，那么對于偶校驗，校驗位為0，保證邏輯高的位數是偶數個。如果是奇校驗，校驗位位1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數據，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設備能夠知道一個位的狀態，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數據是否不同步。

9針串口：一個完整的RS-232接口是一個25針的D型插頭座，25針的連接器實際上只有9根連接線，所以就產生了一個簡化的9針D型RS-232插頭座，常用的就是一個9針的D型插頭座。
EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定:
在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V
邏輯0(SPACE)=+3～＋15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：
信號有效（接通，ON狀態，正電壓）＝+3V～+15V
信號無效（斷開，OFF狀態，負電壓)=-3V～-15V
介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無意義。因此如果要進行通信，還要對信號的電平進行轉換，比如使用MAX3232芯片來轉換電平。使用串口進進行通信時，我們最主要關心的時以下這三個引腳：5 GND、2 RXD、3 TXD要完成數據的發送與接收就必須要到上面這三個引腳。而其它引腳是用來控制傳輸規則的，即握手協議。下面是9針串口（DB9），引腳功能。

圖2-4 硬件總電路圖

首先在protues中畫出如下電路圖

圖4-1仿真開始電路圖

打開虛擬串口軟件，建立COM1和COM2為相互連接的一對端口。

打開虛擬串口軟件，建立COM1和COM2為相互連接的一對端口。

單擊添加端口，即可完成端口添加。

打開虛擬串口軟件，建立COM1和COM2為相互連接的一對端口。

單擊添加端口，即可完成端口添加。

圖4-2 建立虛擬端口

接下來對串口進行設置，設置內容如下：

圖4-3 串口設置

對51單片機設置

圖4-4  AT89C51單片機設置

啟動友善串口助手，選擇COM2發送數據。向單片機發送數字3，觀察單片機仿真結果。

圖4-5 仿真結果

通過本次單片機間串行通信實驗設計，使我對單片機有更加深刻的了解，明白了軟件與硬件的配合使用，懂得怎樣去分析電路及調試程序，雖然在設計過程中遇到很多困難，但是經過進一步查閱相關資料，問題才得以解決，盡管最后設計不是那么完美，不是那么理想，但總體上來說實現了單片機與PC機間串行通信，基本上完成了實驗原理所需要求，通過本次設計也使得自己明白軟件與硬件相結合的重要性，二者缺一不可，所以在實現硬件連接的同時也要讀懂軟件所實現的功能。本設計介紹了一種單片機與PC機之間串行通信的設計方法，論文首先介紹了單片機與單片機之間串行通信的工作原理、軟件與硬件的實現、研究現狀、串行通信的概念以及鍵盤輸入。主要是單片機與單片機之間串行通信的方式和重要的數據位說明，接著提出了可行的設計方案，并從硬件電路設計及軟件程序設計兩個方面詳細介紹了整個設計的工作原理及設計過程，同時驗證了方案的可行性。

在這次課程設計的撰寫過程中，我得到了許多人的幫助。

首先我要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把系統做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。

其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計商的難題。同時也感謝學院為我提供良好的做畢業設計的環境。

最后再一次感謝所有在設計中曾經幫助過我的良師益友和同學。