AT89C51单片机与PC机的通信接口及编程

第32卷第9期 2006年9月 电子工蠢师 ELECTRONICENGINEER V01．32No．9 S印．2006 AT89C5l单片机与PC机的通信接口及编程 夏莉英，陈雁 (苏州职业大学电子信息工程系，江苏省苏州市215104) 摘要：介绍了Pc机与单片机采用RS-232C进行串行通信的接口方法。对于硬件接口电路中常 用的一些方法进行了简要的比较，并介绍了电平转换芯片MAx232及其应用方法。在通信程序的设计 中，数据传输的校验方法采用反馈．确认法，即每传送一个数据就反馈一次，由发送方确认，相当于每次 都有握手信号，大大提高了数据传输的可靠性。给出了完整的Pc机与单片机点对点双机通信程序。 关键词：串行通信；接口；RS-232C；编程 中图分类号：TP334．7 O引言 A髓9c51是一种低功耗、高性能的8位单片微型 计算机，它采用了cMOs工艺和ATMEL公司的高密 度NVRAM(非易失性随机存储器)技术，片内带有一 个4kB的FlashEPROM(可擦除、可编程只读存储 器)，其输出引脚和指令系统与MCs一51完全兼容。 由于A鸭9C51单片机具有集成度高、面向控制、系统 结构简单、价格便宜等诸多优点，因而在智能化仪器仪 表、数据采集、数据测量等方面有着广泛的应用。但 是，实际应用中单片机在数据处理能力、人机交互等方 面往往不能满足要求，因而通常用Pc机来弥补单片 机的这些不足。例如，在Ic卡税务管理系统中，用单 片机控制IC卡的读写操作，实现税务申报情况 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ， 然后传送给PC机进行数据处理，建立数据库文件及 各种表格文件，显示、打印报表等，从而实现税务征收 管理。此时，就涉及到PC机与单片机之间的通信问 题。本文介绍一种Pc机与单片机的通信接口及其编 程方法。 1接口电路的设计 在设计硬件接口电路时，应充分考虑到电路的电 气特性、逻辑电平以及驱动能力的匹配问题，若匹配得 不好，将会导致通信失败。 1．1 串行通信接口 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 Rs-232c PC机上均带有标准的RS一232C接口。RS一 232C是由EIA(美国电子工业协会)于1969年正式公 布的、在异步串行通信中应用最为广泛的标准总线接 口，适合于短距离通信或带调制解调器的通信应用场 合。采用Rs-232c标准进行数据传输时，最大传输速 收稿日期：2005-1l一07；修回日期：2006m2_2l。 ·52· 率为20kb∥s，最大距离为15m。它们之间具有相关 性，适当降低传输速率就可加大传输距离，反之，适当 减少传输距离就可提高传输速率。 Rs．232c标准接口是一个使用二进制进行交换的 DTE(数据终端设备)与DcE(数据通信设备)之间的 接口。RS_232c定义了22根信号线，采用标准的DB一 25芯和DB．9芯两种连接器，其中最常用的信号线的 功能如表1所示。 表1 RS∞2C接口常用信号线功能表 Rs．232c的发送器和接收器之间具有公共信号 地，使用单端信号，因而共模噪声易耦合到信号系统 中。为了提高抗干扰能力，Rs一232c使用较高的传输 电压。 Rs．232c主要电气特性如下：不带负载时驱动器 输出电平为一25V～+25V；负载电阻范围为3kQ ～7kQ；负载电容(包括线间电容)为<500pF；逻辑 “0”的输入电平为>+3V；逻辑“1”的输入电平为 <一3V；逻辑“0”的输出电平为+5V～+15V；逻辑 “1”的输出电平为一5V～一15V；输出短路电流为 <0．5A；驱动器转换速率为<30v／斗s；驱动器输出电 阻为<300Q(在断电条件下测量)。 万方数据 第32卷第9期 夏莉英，等：A髓9c51单片机与Pc机的通信接口及编程 ·计算机与自动化技术· 1．2 RS．232c与TTL、CMos逻辑电平的比较 Rs_232c是早期为促进公共电话网进行数据通信 制定的接口标准，其逻辑电平对地呈对称性，与吼、 CMOS逻辑电平完全不同。RS一232C的逻辑“0”电平 为+5V一+15V，逻辑“1”电平为一5V～一15V，采 用负逻辑，而TTL、cMos采用正逻辑。两种逻辑电平 的比较见表2。 表2 RS．232C与TTL、CMOS逻辑电平的比较 1．3 RS．232c与TTL逻辑电平的转换 由于PC机串行口使用的是RS一232C逻辑电平， 而A偈9c51单片机串行口的输人输出均为TTL电平， 因此当Pc机与单片机通信时必须进行电平转换。常 见的电平转换方法有以下3种： a)使用Mcl488、Mcl489电平转换器。此方法的 缺点是：需要+12V、一12V电源供电；工作稳定性和 可靠性不高。 b)使用2个三极管构成准Rs一232c电平转换 器。此方法的缺点是：通信只能工作于半双工状态；程 序设计较复杂。 c)使用双向电平转换集成芯片。此方法的优点 是：只需单一+5V电源供电，可靠性高，无需增加程 序设计的复杂性，常用的芯片有ICL232、MAx232、 髑C232等。 本文采用最后一种方法，芯片选用MA)(232。 1．4 MA慰32电平转换芯片 MAx232的组成框图如图1所示。 +SV 图1 MAX232组成框图 MA)(232电平转换芯片是MAxIM公司生产的一 种新型的电平转换芯片，其内部有电压倍增电路和电 压转换电路，只需单一+5V电源供电。它含有4个 反向器，可实现2路，ITI'L／CMOS电平+5V到RS一 232C电平±10V的转换和2路RS．232C电平土10V 到rI-I'L／cMOS电平+5V的转换。 MA)【232的引脚排列如图2所示。 图2 MA】|【232引脚排列 1．5 Pc机与单片机的串行通信接口电路 如前所述，本文采用MAx232作为PC机与单片 机的串行通信接口芯片。硬件连接时，可从MA)【232 中的2路发送器和接收器中任选一路，只要注意发送 与接收的引脚对应关系即可。接口电路如图3所示。 AT89C5l MAX232+5V IBM．PC C1+VCC 1崮卜_C1． V+爿一 C2+ l LIF 1扫卜_C2． RS．232C TXD T1inT10ut RXD RXD RloutRlin TXD GND GNDV． ll十 GND一1r 图3 PC机与单片机通信接口电路 2通信程序设计 在设计Pc机与单片机通信程序时，应首先明确 数据传输协议，例如：数据传输的帧格式、数据校验方 法、Pc机与单片机在实现异步通信时的工作方式等。 本文所述的IC卡税务管理系统中的各项约定为：波特 率为9600b∥s；数据格式一帧10位，起始位1位，数 据位8位，停止位l位；数据校验方法为反馈一确认法； 异步通信工作方式，Pc机采用BIOs功能调用INT 14H，单片机采用查询方式收发数据，其串行口工作于 方式1。 2．1 PC机异步通信编程方法 ． IBM—Pc系列机的串行异步通信适配器是以8250 为核心，由它完成发送时的并／串转换和接收时的串／ 并转换，以及与转换相关的控制工作。同时，适配器中 还配置了电平转换的发送器和接收器电路及其他控制 电路。发送器用于将rIfI’L电平转换为Rs-232c电平， 接收器用于将Rs-232c电平转换为rITllL电平。 Pc机控制RS．232C接口的方法有3种：直接对 8250的端口编程(端口地址为3F8H一3FFH)、DOs功 能调用、BIOS功能调用。其中，BIOS功能调用方法最 好，用它编程时既不必涉及8250的端口，又有比较完 ·53· ∞№．虽m m№m‰ V G T R R T T Rm¨卟曙眩uⅫ眦 万方数据 ·计算机与自动化技术· 电子工墨师 2006年9月 善的功能，因而简单、方便，易于实现。表3列出了BI- OS功能调用INT14H的各项子功能。 表3 BIoS功能调用烈T14H的功能 表3中AL的参数格式如图4所示。 D7D6 D5D4 D3D2 D1 D0 波特率选择 奇偶校验 停止位 字符长度 Ooo．110 xO．无奇偶 O—l位 lO，7位 001．150 01．奇校验 1．2位 1l一8位 010．300 11．偶校验 011-600 100．1200 101—2400 110-4800 11】．9600 图4 AL的参数格式 调用INT14H后，AH中存放的是线路状态的出 口参数，其各位定义如图5所示。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl Do 超时错 发送器 发送器 间断 帧格 奇偶 溢出错 接收器 移位寄 保持寄 条件 式错 校验错 数据寄 存器空 存器空 存器就 绪 图5 AH中各位的定义 AH中D7位的含义如下： a)发送时返回D7=1，表示未能发送成功； b)接收时返回D7=1，表示未能成功接收。 2．2 A髑9C5l单片机异步通信编程方法 A弼9c5l单片机内部有一个功能很强的全双工 串行异步通信接口，能方便地构成双机或多机通信系 统。本文介绍的是PC机与A1’89c51单片机构成的点 对点双机通信系统。 A聪9c51串行口主要由2个串行数据缓冲器 (sBUF)、发送控制器、接收控制器、发送端口、接收端 口等组成。串行口的工作方式和波特率由专用寄存器 SCON和PCON控制。编程时，首先将串行口设置为 工作方式1，以便实现点对点的异步通信。 发送时，只要执行一条“MOVSBUF，A”指令，就 启动了发送功能，累加器A中的数据就会按事先设置 的方式和波特率从TxD端(P3．1)串行输出。一帧数 据发送完毕，发送中断标志位TI=l，串行口向cPu请 求中断。此时，令TI=0，就可发送下一帧数据。 ·54· 接收时，首先使scoN中的接收允许控制位REN =l，A偈9C5l以16倍波特率的速率检测RxD(P3．O) 上的信号，检测时采取“三中取二”原则，即当连续检 测3次RxD，出现2次以上由“1”到“0”的负跳变时， 就启动接收控制器接收数据，一帧数据接收完毕，接收 中断标志位RI=1，串行口向cPu请求中断。此时，只 要执行一条“MOVA，SBuF”指令，就可将数据读人累 加器A中。再令RI=0，就可接收下一帧数据。 2．3通信程序 1)Pc机通信程序 STACKlSEGMENTSTACK DB256DUP(0) STACKlEND DA7IASEGMENT RBUFDB256(O) COUNTDB256 DATAENDS CODESEGMENT ASSUMECS：CODE，DS：DATA，SS：STACKl S’rARTPROCFAR PUSHDS XORAX．AX PUSHAH MOVAX．DATA MOVDS．AX MOVAX．SrrACK MOVSS．AX LEADI，RBuF／／置接收数据块首址 MOVcx，couNT／／置接收数据块长度 MOVAL，E3H／／串口初始化：波特率9600，无校验，1位停 止位，8位数据位 MOVDx，00H／／指定cOMl MOVAH，00H／／0号功能 INT14H REPTl： MOVAH，02H／／2号功能：接收一个字符 INT14H／／出口参数：AL中为接收到的字符，AH中为线路 状态 MOVBx，Ax／／Ax内容暂存于Bx中 MOVAL，AH／／取线路状态至AL TEsTAL，80H／／接收成功否(D7=0)? JNzREPTl／／不成功，重试 TEsTAL，01H／／成功，则再查接收数据就绪否(D0=1)? JzRE胛l／／未就绪，重试 MOVAL，BL／／取回所接收的字符 cMPAL，EEH／／该字符是出错标志否? JEREPrl／／是。重试 MOV[DI]，AL／／不是，则接收正确，保存该字符 万方数据 第32卷第9期 夏莉英，等：A鸭9c5l单片机与PC机的通信接口及编程 ·计算机与自动化技术· INCDI／／指向下一个地址单元 REPl2： MOVAH，03H／／3号功能：检查串口状态 INT14H MOVAL，AH／／取线路状态至AL TESTAL，20H／／8250的发送保持器空否(D5=1)? JzREPl2／／不空，重试；空，则反馈该字符 REPl3： MOVAH，01H／／1号功能：发送一个字符 INT14H MOVAL，AH／／取线路状态至AL TESTAL，80H／／发送成功否(D7=0)? JNzREPl3／／否，重试 L00PRE胛l／／数据块接收完毕否?未完，继续 STARTENDP CODEENDS ENDSTART 2)AB9c51单片机通信程序 0RG0000H LJMPBEGIN／／转到程序实际入口 0RG0030H BEGIN： MOVTMOD，轮0H／／设置定时器工作方式：T1，方式2 MOVTHl，棚FDH／／设置波特率 MOVTLl．}f0FDH SETBTRl MOVsc0N，柏0H／／串口初始化：设置串口于工作方式1、 允许接收 MOVPCON，柏OH／／置SMOD=O MOVR2．加0H MOVDPH，31H／／置D盯R指针 MOVDPL．30H RSEND：DECDPH DECDPL NEXT：INCDPm MOVxA，@DFrrR／／取数据 MOV33H，A／／暂存于33H单元中 MOVSBuF，A／／发送数据 JNBⅡ，$／／等待发送完毕 cLRr11／／．I’I=1已发送完毕，清r11 NOP JNBRI，$／／等待PC机反馈 CLRm／／砒=1已收到，清RI MOVA，SBUF／／取反馈数据 cJNEA，33H，ACK—EE／／确认数据，不正确则发送出错标 志通知PC机 DJNzR2’，NEXT／／正确，继续发下一个 SJMP8 ACK—EE： MOVA，椰EEH／／发送通信出错标志 MOVSBUF．A JNB1f1，$ CLRTI AJMPRsEND／／重发数据 END 参考文献 [1]徐仁贵，廖哲智．单片微型计算机应用技术[M]．北京： 机械工业出版社，2001． [2]翁桂荣，邹丽新．单片微型计算机接口技术[M]．苏州：苏 州大学出版社，2002． [3]郑学坚，周斌．微型计算机原理及应用[M]．北京：清华 大学出版社，2001． [4]钱晓捷，陈涛．微型计算机原理及接口技术[M]．北京：机 械工业出版社，1999． InterfIaceandProgramlllingofSingle-chipMicrocomputerAT89C51 CommuIlicating谢thIBM-PC XIALiyiIlg，ClⅢNYan (SuzhouVocationalUniversity，Suzhou215104，China) Abstract：nispaperintroducesaninterfacingmethodofIBM—PCseriallycommunicatingwithsingle—chip microcomputerwithRS一232C．Itgivescomp撕sonamongsomemethodeswhichareoftenadoptedintheinter— facingcircuit，andintroducesachipMAX232ofleveltranslationanditsapplicationmethodindetail．Inthe designofcommunicationpmgram，”feedback-confi珊”isusedasacheckmethodindatatransmission，n锄ely dataarealwaysfbdbackandconfi珊edbysending—sidewheneveritistransmitted，whichisequiValenttosig- naLlshakinghandeverytime．Therefore，thereliabilityofdatat】阻nsmissionisgreatlyimproVed．Thep印er presentsthewholepmgramofIB]Ⅵ一PCcommunicatingwithsinde—chipmicrocomputerf而mpointtopoint． Keywords：serialcommunication；interface；RS_232C；pmgramming ·55· 万方数据 AT89C51单片机与PC机的通信接口及编程 作者： 夏莉英， 陈雁， XIA Liying， CHEN Yan 作者单位： 苏州职业大学电子信息工程系,江苏省,苏州市,215104 刊名： 电子工程师 英文刊名： ELECTRONIC ENGINEER 年，卷(期)： 2006，32(9) 引用次数： 6次 参考文献(4条) 1.徐仁贵.廖哲智 单片微型计算机应用技术 2001 2.翁桂荣.邹丽新 单片微型计算机接口技术 2002 3.郑学坚.周斌 微型计算机原理及应用 2001 4.钱晓捷.陈涛 微型计算机原理及接口技术 1999 相似文献(10条) 1.期刊论文 张长森 调度台接口CPU与调度台工控机串行通信的设计 -工矿自动化2005(4) 调度台接口CPU负责调度台工控机与交换机中央控制模块的通信,它与调度台工控机之间的通信采用RS232格式.采用AT89S8252作为调度台接口CPU,采 用MAX202设计一个RS232接口,并设计了AT89S8252与工控机之间的信令格式,实现了调度台接口CPU与调度台工控机之间的串行通信. 2.学位论文 郭治平 符合USB2.0 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的串行通信接口芯片设计 2009 通用串行总线(USB)是计算机与外围设备互连的标准接口之一，是一种点对点的通信接口，可同时支持多个外围设备。设计一款符合USB2.0规范的串 行通信接口芯片，作为与任意外围设备与计算机的互连接口，具有重要的意义。 在硬件方面，本文所设计的芯片主要设计了5个主要的模块：主接 口电路模块、存储器接口与优先级判别模块、控制/状态寄存器模块、协议层模块和数据通用收发宏单元接口模块。主接口电路是内部数据寄存器、控制 寄存器与外部设备之间的通信桥梁。此外，协议层模块与内部数据存储器、控制寄存器和数据通用收发宏单元接口连接，负责保持通信数据的格式符合 USB2.0规范中的协议格式。数据通用收发宏单元接口模块与USB物理层连接，PHY模块负责将数据发送到与USB连接器相连的计算机，或接受来自计算机的 数据。 在软件方面，本文使用Verilog语言写下了各模块的电路描述程序。同时利用QuartusII软件进行了系统调试和系统编译。 通过设计 这款符合USB2.0规范的串行通信芯片可以同时支持16个节点，支持全速和高速两种通信模式，其速率分别达到12Mbit/s和480Mbit/s。同时该芯片还提供 了功能强大的存储器接口和WISHBONE电路接口，实现了存储器和芯片间的互联。 3.期刊论文 余海涛.张丹平 基于RS-232／RS-485接口转换器的半双工串行通信研究 -工业控制计算机2002,15(11) 本文介绍工业控制系统中，基于RS-232／RS-485接口转换器的串行通信的实现方法，对其软、硬件设计进行了 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，这种方法能满足智能仪器仪表 长距离串行通信的要求。 4.期刊论文 刘毅.田军.张明明.LIU Yi.TIAN Jun.ZHANG Ming-ming 粒子阻隔效率测试仪串行通信数据处理系统 - 中国安全生产科学技术2009,5(4) 在GB2626-2006<呼吸防护用品--自吸过滤式防颗粒物呼吸器>中防尘面罩粒子阻隔效率测定是一项 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 防尘面罩性能的关键指标.为实现数据通信及 处理的自动化操作,提高检测效率,本研究针对装置的串行数据通信的底层接口,开发基于EXCEL VB肢本的串行通信数据外理系统.该系统为更好地研究实 粒子阻隔效率测定方法和阻隔效率相关规律提供了便利条件. 5.期刊论文 马时平.毕笃彦.张重阳.肖卫华 PC与TMS320C5402DSP实现串行通信 -电子产品世界2002(1) 利用DSP的McBSP和DMA来实现通用异步接口UART,并以复用器和计算机的串行通信为例,给出了UART软件实现的详细流程. 6.会议论文 黄建平 USB接口在串行通信中的应用 2003 USB即通用串行总线,可以实现热插拔,采用菊花链结构,最多可以同时连接127台设备,由总线提供电源,并有检错、纠错功能以保证数据正确传输 .USB在PC机上应用时,PC机的操作系统需要支持USB协议,此时PC机上的软件包括两部分:USB初始化软件和运行部分.前者对外设进行构造并定义一个唯一 的标识,这就是所谓的列举过程,以获得每个外设的描述表. 7.期刊论文 冯春阳.张遂南.FENG Chunyang.ZHANG Suinan 三线制同步串行通信控制器接口设计 -现代电子技术 2009,32(19) 为解决没有三线制同步串口的微处理器与外围串行设备通信困难的问题,通过研究三线制同步串行通信的机理,首先构建基于传统设计所实现的硬件 电路接口,然后利用可编程逻辑器件PLD,设计基于CPLD/FPGA的三线制同步串行通信控制嚣通用接口.通过对各功能模块的详细介绍,实现硬件电路的小型 化和灵活移植性,减小了整个系统的体积和功耗.经实际项目使用,结果表明基于该接口结构实现了微处理器与外围串行设备间的三线制同步串行通信的功 能. 8.期刊论文 黄海容.黄继武.袁兰英.王来运.余进 在Windows95下实现PC机与单片机AT89C51的串行通信 -微型机与 应用1999,18(4) 在Windows95下使用串口API函数实现PC机与单片机AT89C51的串口通信,重点介绍计算机采用事件驱动I/O方式的函数编程及单片机串口中断发送、接 收程序的实现. 9.学位论文 张晶 基于USB2.0接口的数字图像通信模块设计 2008 现代数据采集技术发展迅速，各种基于ISA、PCI总线的数据采集系统已经相当成熟，但这些采集系统很多都存在安装麻烦、可扩展性差等缺陷。 USB总线是由Inter、Compaq、Microsoft等七家公司于1994年为解决传统总线的不足而推出的一种新型串行通信标准。为了适应高速传输的需求，2004年 4月，这些公司在原来USB1.1协议的基础上制定了USB2.0传输协议，其最大传输速度达到了480Mb/s。USB总线具有传输快、连接灵活、易扩展等优点，已 在PC机的多种外设上得到广泛应用，并逐渐成为现代数据采集传输的发展趋势。 本文在介绍USB2.0系统及协议的基础上，论述了使用USB2.0接口 采集红外目标探测控制系统和图像处理系统间实时通信的数字图像。系统的硬件设计部分，首先设计实现了DSP TMS320LF2407芯片的外围电路包括 JATG下载电路、时钟震荡电路、外部存储器接口和SPI接口电路；接着完成了FPGA Cyclone EP1C6PQ240芯片的配置电路包括JATG下载电路和E2PROM外围 电路的设计；最后是确定了USB芯片和DSP微控制器间的并行接口连接方式并进行了电路设计。在硬件设计完善的基础上制作了系统PCB板。 系统的 软件设计部分，首先在FPGA内部通过编程实现一个SPI内核，与DSP中的SPI内核连接通信形成SPI主从模式；然后是USB固件程序的设计，完成设备的管理 和数据的交换，主要包括微控制器、USB设备和外围电路的初始化和USB中断服务程序的编写。 系统设计完成后进行了软硬件的调试并成功地实现 了数据图像的采集和传输。 10.会议论文 胡封晔.张坤 一种新的DSP与PC机串行通信设计方案 2005 目前大多数数字信号处理器(DSP)芯片上只提供2～3个同步串行接口,并不支持通用异步接口(UART)标准,其与微机及其它设备串行通信时,必须在 DSP上扩展异步串行接口.本文以美国TI公司生产的TMS320VC5402DSP为例,针对用户经常面临的DSP系统与PC机实时交换数据时通信接口标准不兼容的问题 ,提出了一种新的串行通信设计方案,实现了DSP多通道缓冲串行口(McBSP)与PC机RS-232接口的全双工通信. 引证文献(8条) 1.陈欣琳.王海峰.金亮 PC机和MCS-51单片机间的串行通信[期刊论文]-中国科技信息 2009(13) 2.魏佳.高卫平.贺忠江.李迎新.孙雷隐 四点视野计的研制[期刊论文]-中国组织工程研究与临床康复 2009(9) 3.陶磊.孟浩 自动调焦虹膜图像采集系统设计[期刊论文]-生命科学仪器 2008(10) 4.潘卫平.詹立新 万能铣床自动滚齿装置控制系统设计[期刊论文]-机械与电子 2008(8) 5.SHEN Guo-yan 簇绒地毯机的控制系统设计[期刊论文]-机电工程 2008(08) 6.董加强 提高单片机多机串行通信的一种新方法[期刊论文]-电工技术 2008(06) 7.牛立佳 船舶模型控制器的设计[学位论文]硕士 2007 8.鞠洁 基于CAN总线的灯光控制系统的研究与设计[学位论文]硕士 2006 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzgcs200609017.aspx 下载时间：2010年3月13日