单片机和单片机通信

单片机入门制作专辑

白手起家

好的开始是成功的一大半!

忆往昔

吃过晚饭我都要打开电脑上网瞧瞧，在我的收藏夹里专门有一栏是和电子技术相关的网站链接。

我常登录我的网站和电子信箱，而每次都会有几个帅哥向 我提问，让我帮助他们解决一些制作中的

问题，在感叹电子爱好者中美女太少的同时我都会尽我所能回答这些问题，因为叁年前我也是白手起

家的，我也体会过遇到 问题却无药可救时的失落，所以我更希望分享我的经验和大家交流。

虽然我不希望把整篇文章变成我的个人自传，可是我还是要谈一谈我的经历，你可以把它当成无

聊的小品或是学习电子技术的历险记，当然你也可以从中了解我并和我结为朋友。

不太喜欢编年体的故事结构，所以我从现在开始——

我在一家与电子技术行业相关的公司工作，在公司我可以学到单片机和嵌入式系统的相关知识。

业余时间我则自己在家里研究单片机技术，将我的作品和 经验发布到我的个人网站与爱好者们分享。

我很满意现在的工作和生活，这让我有充足的时间谈恋爱

和更执着地专注于我的电子制作爱好。

叁年前，哈尔滨市学府书城，开门大吉!我只身在电

子技术类图书区寻找着我中意的电子制作技术的书。这个

地方我经常来，虽然书很多，可是没有几本中意的， 它

们不是只讲一些纯理论的东西让人看得一头“污水”，就

是只有电路一堆却并不实用。这次也是希望能找到一些新

鲜类型的书来看，正是这一次闲逛使我和美丽的 单片机

世界邂逅了。

逛了一会，想起了最近听说一个新名词叫“单片机”。

本以为也是数模电子技术里的一部分，应该和数字电路关

系大一些吧?好像就是比较专用的集成电路呗!先了解一

下也好，什么事都了解一下也没有坏处，只要不是违法乱纪的事情。

脑中认定了一个词组：“单片机”，就开始在家电维修和电子技术的书架上查找。可是5分钟过了，

没有一本关于单片机的书，甚至是出现这个词的书都 没有。我的天，学府书城听说是东北地区图书

最全的书店竟然没有关于单片机的书，看来上帝都要信佛了!不会了，一定是我没找对，也许就在电

大学前两年半我们学习了基础课，本学期主要学习专业课，通过一个礼拜来对《单片机原理及接口技术》课本的预习，我个人感觉该门课程是应用性、实践性很强的一门课。不仅需要掌握AT89C51单片机的结构、工作原理、接口技术、应用，程序设计、中断、定时器、计时器等。而且要通过实践环节学习，学会单片机的串行扩展技术、程序的编译调试以及整个设计系统的调试。

第一章只要是对单片机的概述，单片机主要有以下特点：（1）片内存储容量越来越大。（2）抗干扰性好，可靠性高。（3）芯片引线齐全，容易扩展。（4）运行速度高，控制功能强。（5）单片机内部的数据信息保存时间很长，有的芯片可以达到100年以上。单片机应用比较广泛，可以应用在工业、仪器仪表、消费类电子产品、通信、武装设备、各终端及外部设备控制、汽车电子设备、多机分布式系统等。

第二章是AT89C51单片机片内硬件结构，AT89C51单片机在片内集成了以下主要逻辑功能部件：CPU(中央处理器):8位、片内RAM:128B、特殊功能寄存器:21个、程序存储器:4KB、并行I/O口:8位，4个、串行接口:全双工，1个、定时器/计数器:16位，2个以及内时钟电路:1个。其中当EA端接高电平时，CPU只访问片内并执行内部程序，存储器。EA端接低电平时，CPU只访问外部ROM，并执行片外程序存储器中的指令。EA端保持高电平时，CPU执行内部存储器中的指令。AT89C51单片机有4个双向的8位并行I/O端p0、p1、p2、p3,其中p0可用作地址/数据总线，此时仅从外部存储器（或外部I/O）读入信息，对应的控制号为0，MUX接通锁存器的Q端口。也可用作通用I/O，此时有两种读入方式：读锁存和读引脚。P1只能作为通用的I/O口使用，p2口既可作通用I/O，也可作地址总线。P3口可用作第二输入/输出功能，也可用作第一功能，即通用I/O端口。单片机复位方法有:上电自动复位、按键电平复位和外部脉冲三种方式，复位后机器的初始状态,即各寄存器的状态:PC之外,复位操作还对其他一些特殊功能寄存器有影响，一般开机复位后都是选择第一组通用工作寄存器作为工作寄存器的，一共有4组，分别为0.1.2.3连续位于00h到1FH地址，然后在机器中有个程序状态字PSW，它的第四和第三位RS1，RS0是用来选择工作寄存器组的，可能不同机器地址稍有不同。

1.单片机串行通信的概述

在通信领域内，有两种数据通信方式：并行通信和串行通信。随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展，通信的功能越来越重要。通信是指计算机与外界的信息传输，既包括计算机与计算机之间的传输，也包括计算机与外部设备，如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。

串行通信是指使用一条数据线，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，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。 使用串口通信时，发送和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。

在串行通信中，把通信接口只能发送或接收的单向传送办法叫单工传送；而把数据在甲乙两机之间的双向传递，称之为双工传送。在双工传送方式中又分为半双工传送和全双工传送。半双工传送是两机之间不能同时进行发送和接收，任一时该，只能发或者只能收信息。

51系列单片机有一个可编程的全双工串行通信接口，它可作异步接收发送器用，也可做同步移位寄存器用，其帧格式可有8位、10位或11位，并能设置各种波特率，给使用带来很大的灵活性。

51系列单片机有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们只占用同一地址99H，可同时发送、接送数据。发送缓冲器只能 写入，不能读出，接收缓冲器只能读出、不能写入。

串行发送接收的速率与波特率发生器产生的移位脉冲同频。51系列单片机用定时器T1或直接用CPU时钟作为通信波特率发生器的输入，在串行接口的不同工作方式中，波特率发生器从两个输入信号中选择一个分频，产生移位脉冲来同步串口的接收和发送，移位脉冲的速率即是波特率。

接收器是双缓冲结构，在前一个字节被从接收缓冲器SBUF读出之前，第二字节即开始被接收 。但是，若在第二个字节接收完毕后，前一个字节还未被CPU读取的话 ，第二个字就会覆盖第一个字节，造成第一个字节的丢失。接收器是双缓冲结构，串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名义进行读或写的。

1 单片机与FPGA的接口方式

单片机与FPGA的接口方式一般有两种，即总线方式与独立方式。MCS-51单片机具有很强的外部总线扩展能力，利用片外三总线结构很容易实现单片机与FPGA的总线接口，而且单片机以总线方式与FPGA进行数据与控制信息通信也有许多优点：速度快；节省PLD芯片的I／O口线；相对于非总线方式，单片机编程简捷，控制可靠；在FPGA中通过逻辑切换，单片机易于与SRAM或ROM接口。

单片机与FPGA以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构，其通信的时序必须遵循单片机内固定的总线方式读／写时序。FPGA的逻辑设计也相对比较复杂，在程序设计上必须与接口的单片机程序相结合，严格安排单片机能访问的I／O空间。单片机以总线方式与FPGA进行数据通信与控制时，其通信工作时序是纯硬件行为，速度要比前一种方式快得多，另外若在FPGA内部设置足够的译码输出，单片机就可以仅通过19根I／O线在FPGA与单片机之间进行通信和控制信息交换，这样可以节省FPGA芯片的I／O线。其原理图如图1所示。

2 总线接口逻辑设计

2．1 接口设计思想

单片机与CPLD／FPC,A以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构。MCS-51系列单片机的时序图如图2所示。

ALE为地址锁存使能信号，可利用其下降沿将低8位地址锁存于FPGA中的地址锁存器(LATCH_ADDRES)中；当ALE将低8位地址通过P0锁存的同时，高8位地址已稳定建立于P2口，单片机利用读指令允许信号PSEN的低电平从外部ROM中将指令从P0口读入，由时序图可见，其指令读入的时机是在PSEN的上升沿之前。接下来，由P2口和P0口分别输出高8位和低8位数据地址，并由ALE的下降沿将P0口的低8位地址锁存于地址锁存器。若需从FPGA中读出数据，单片机则通过指令“MOVXA，@DPTR”使RD信号为低电平，由P0口将锁存器中的数据读入累加器A；但若欲将累加器A的数据写进FPGA，则需通过指令“MOVx DPTR，A”和写允许信号WR。这时，DPTR中的高8位和低8位数据作为高、低8位地址分别向P2和P0口输出，然后由WR的低电平并结合译码，将累加器A的数据写入图中相关的锁存器。