目录一概述 (4)1.1引言 (4)1.2设计目的和意义 (4)二方案功能详述及论证 (5)2.1方案功能详述 (5)2.1.1总体功能设计 (5)2.1.2具体功能模块设计 (5)2.2方案论证 (5)三系统硬件设计 (9)3.1选用设备和设计总框图 (9)3.2串行接口通信硬件线路图 (9)3.3电源电路 (11)3.4主要芯片说明 (11)3.4.1 单片机AT89C51概述 (11)3.4.2 MAX232芯片简介: (14)3.4.3 RS232串行接口简介 (16)四系统软件设计 (18)4.1波特率的设置 (18)4.2系统软件设计参考程序如下 (19)4.3系统软件仿真 (20)4.4系统程序流程图 (22)五结论与展望 (23)参考文献 (24)摘要本文设计了一种采用51系列单片机与采用了MAX232芯片的PC通过标准的RS232接口实现串行通信的功能。
为了使系统所需电缆线少,接线简单,稳定可靠工作，采用了零调制三线经济行的连接方式，这是进行全双工通信所必需的最少线路。
应为MCS-51输入,输出电平为TTL电平，而PC配置的是RS-232标准接口，二者的电气规范不同，所以要加电平转换电路。
本文采用了MAX232芯片的PC和51单片机串行接口电路，与PC相连采用9芯标准插座。
在本文描述的系统中，硬件线路图根据本次设计的要求，采用CAD制图软件绘制，流程图采用Word和Photoshop软件绘制。
本次设计的特色在于采用了零调制三线经济型连接电路，，该电路的优点是成本低、电路简单。
关键词：单片机；PC机；串行通信；数据交换一概述1.1引言当今，串口的应用始于1960， RS-232的初始版本于1969得到认证。
其标准主要适用于通信设备如电话调制解调器，串行接口称为COM 口。
目前串口通信的最大速率，RS-232是20Kbps，RS-422/485是300Mbps。
就距离范围来说，RS-232 通常为50英尺，RS-422/485为4000英尺，当然还可以用中继器进行扩展。
一个串行局域网的最大设备数量为32个，通过中继器这个数值还可以更大，但最大不能超过所用设备的地址限制(通常为256) 。
多年以来，串行技术与连接设备都得到了很大的发展。
串口设备仍有大量应用，设备电缆和软件的大量库存证明了这一点。
毫无疑问，串行连接仍然是工商业及医疗应用中的广泛标准。
1.2设计目的和意义（1）设计目的串行通信仅仅使用一条数据线，就可以将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。
其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，如计算机与计算机、计算机与单片机以及外设之间的远距离通信（2）设计意义计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。
由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。
在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。
随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们已越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。
PC机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。
因此如何实现PC机与单片机之间的通讯具有非常重要的现实意义。
二方案功能详述及论证2.1方案功能详述2.1.1总体功能设计通过编写单片机侧的串口通信程序，设置相应的波特率如9600b/s。
使单片机接收到PC机所发送的命令后，收到正确的命令后开始将“天净沙·秋思”这篇短文的数据传送到PC机。
2.1.2具体功能模块设计本文论述的单片机与PC机串行口通信包括如下功能模块。
（1）单片机系统模块：实现和PC机通信的串口通信程序。
（2）外围电路模块：实现单片机和PC机之间的串口电平转换。
（3）通信程序模块：一方面是单片机的程序，另一方面是PC机的通信程序。
2.2方案论证本文采取了专用电平转换芯片MAX232实现PC机与MCS51单片机之间的串行通信方法。
通过对系统的通信方式选择89C51通信波特率的设置，通信的设置，以及对接口电路的软件和硬件的设计分析，展示了该电路的实用信。
系统还通过“伟福51软件仿真器”进行编译，本系统的设计和具体实际应用相结合，系统的安全性、可靠性及实用性强，操作简单、扩展功能强，设计具有良好的可行性和可操作性。
按照单片机系统的设计方法，这一阶段，我需要考察实际应用环境的需要，确定单片机与PC机串行通信系统的整体设计方案。
它包括系统的可行性分析、功能分析、单片机选型以及系统硬软件的分工问题。
2.2.1 可行性分析这次设计是我的毕业设计任务，在指导老师的指导下和搜集、查阅相关资料、确定单片机系统能达到需要的设计目标，而且达到目标需要的经济成本没有超出可接收的范围。
2.2.2 系统功能分析单片机以其体积小、价格低、抗干扰性好等特点，在现在控制系统中常用在操作现场进行数据采集，以及实现现场控制中。
但是由于其数据存储容量和数据处理能力都较低，所以一般情况下要通过通信手段使它与PC机相连，把所采集到的数据传送到PC机上，再在PC机上进行数据处理，充分发挥两者各自的优势。
由于单片机输入、输出电平是TTL电平，而PC机配置的是RS—232标准串行接口，两者的电气规范不一致，因此要完成单片机与PC机的数据通信，必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。
单片机和PC的串口通信原理方案如图2-1所示。
图2-1串口通信原理方案2.2.3 单片机选型单片机的选型的依据为，应用系统本身对数据处理能力的要求，以及是否有其他方面的特殊需要（低功耗、工作温度、接口电路）的原则来确定。
在此，本人选择Intel公司的MCS-51系列单片机中的8051单片机。
MCS-51系列的单片机是Intel公司在1980年推出的8位机系列，8051为这一系列的代表产品。
8051单片机内部包括8位CPU、4KB片内ROM、128KB片内RAM、4个8位并口、一个全双工的串口，支持64KB寻址空间，并提供5个中断源和两级中断。
其性能指标如表2-1。
表2-1 MCS-51系列单片机8051的性能指标以上我选用的单片机的种类和型号，取决于对该类型号的熟悉程度以及手头所具备开发系统的条件。
而在第六章我用单片机实验板对系统软件进行调试所用到的单片机是STC89C52RC，其特点是可以直接用串口进行ISP编程，对于使用就变得很简单了，我在这里作一个说明。
2.2.4 系统硬软件的功能设计对系统的各项功能进行划分，确定软件和硬件的分工问题，根据图2-1单片机和PC的串口通信原理方案，实现该方案需要从通信协议（串行通信总线标准接口）、硬件电路和程序3个方面考虑。
1）通信协议标准接口，就是明确定义若干信号线，使接口电路标准化、通用化，借助串行通信标准接口，不同类型的数据通信设备很容易实现它们之间的串行通信连接。
标准异步串行通信接口有以下几类：RS-232C、RS-232E、RS-449、20mA电流环、USB通用接口。
根据协议的广泛性和此次设计为短距离通信，并且PC机配置的是RS—232标准串行接口等条件。
标准接口即通信协议采用基本的RS-232，但是在具体运用上可以根据实际的需要进行变化。
例如，当对传输的数据要求不高时，可以采用无奇偶检验的10位数据，而需要数据稳定性时，可以采用软件握手的方法。
根据单片机对串口的使用还有初始化串口的要求，其通信协议也需要结合单片机的信号和在实际使用中的通信方式而定。
2）硬件电路如图2-1所示，数据通信的硬件上采用3线制，将单片机和PC串口的3个引脚（TXD、RXD、GND）分别连在一起，即将PC机和单片机的发送数据线TXD与接收数据线RXD交叉连接，两者的地线GND直接相连，而其他信号线如握手信号线均不用，采用软件握手的方式。
这样既可以实现预定的任务又可以简化电路设计。
但由于单片机的TTL逻辑电平和RS-232的电气特性完全不同，RS-232的逻辑0电平规定为+5~+15V之间，逻辑1电平为-5~-15V之间，因此在将PC机和单片机的TXD和RXD交叉连接时必须进行电平转换，这里我选用的是MAX232电平转换芯片。
3）传输程序单片机和PC的通信，在程序上涉及两个部分的内容：一方面是单片机的C51程序或者汇编程序，完成数据的收发。
二是PC机的串口通信程序和界面的编制。
2.2.5 本章小结经过这一阶段的设计，已经有比较成型的系统设计框架，对软硬件系统的分工有较明确的方案。
现在总结如下：1）确定单片机与PC机串行数据通信系统的通信方案，如图2-1；2）选择Intel公司的MCS-51系列单片机中的8051, 实验板对系统软件进行调试所用到的单片机是STC89C52RC；3)串行通信总线标准接口采用RS-232C；4）串行数据通信的硬件上采用3线制，选用的是MAX232芯片进行单片机与RS-232接口的电平转换；5）单片机端用C51程序或者汇编程序进行编程，完成数据的收发，PC机端完成串口通信程序和界面的编制。
此时，可以开始进行系统的硬件设计工作了。
三系统硬件设计3.1 选用设备和设计总框图本系统选用8051（4KB EPROM）单片机一片，MAX232芯片的PC一台、连线若干进行设计。
系统总框图如图3.1所示。
图3.1 系统总框图从设计方框图中可以看出用此方案设计的系统由电源电路、MAX232串行接口电路、单片机外围电路、LED显示电路。
单片机能够接收PC机所发送的命令，收到正确的命令后开始将待发送的数据传送到PC机。
向PC通信传送一首诗歌或者短文。
3.2 串行接口通信硬件线路图串行接口硬件线路图如图3.2所示。
图3.2 串行接口硬件线路图本设计的串行通信部分主要是由MAX232电平转换电路，其原理是：MAX232芯片把单片机引脚的COMS电平（0—5V）转换为RS232电平（-12V— +12V），AT89S52单片机有一个全双工的串行通信口，而PC机有一个RS232的通信接口。
只要用RS232 D型9针的引脚的双边母头接到PC机上，而另一头和MAX232相连接，MAX232的输出再和AT58S52相连就可以实现单片机和PC机的串行通信[1]。
具体连线如上图3.2所示，AT89S52的串行通信引脚的TXD和RXD分别接到MAX232的T1IN和T1OUT上，MAX232的R1OUT和R1IN分别接到RS232的2、3上，RS232的5脚接地。
MAX232外围元件只有四个电容，根据MAX232的典型应用电路，可取10μF ∕50V的电解电容。
