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第09卷 第11期 中 国 水 运 Vol.9 No.11 2009年 11月 China Water Transport November 2009收稿日期：2009-07-22作者简介：陈铭，湖北襄樊学院物理与电子工程学院自动化专业讲师。
单片机８９Ｃ５２的I／O 模拟串口与PC 机通信数据采集实现方法陈 铭（湖北襄樊学院 物理与电子工程学院，湖北 襄樊 441053）摘 要：在做电拉系统开发的过程中，为解决单片机89C52与PC 机通信问题，利用89C52的I／O 口模拟串口与PC 机进行通信，通过这种方法可以实现多个串1：7，而且串口通讯高效、可靠、标准统一 系统包括目标机采集子程序、目标机数据发送子程序、上位机接收子程序等，并给出了硬件原理图。
关键词：单片机89C52；模拟串1：7；数据采集；串1：7通讯中图分类号：TP274+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2009）11-0109-02一、引 言电控技术是满足动力性、经济性的前提下有效降低排放的重要措施，在做电控EGR 系统的开发过程中，由于所用的PHYTEC 89C52开发板有一个串口被CrossView 调试器在调试时占用，所以这里用其I／0口来模拟串行口的功能与PC 机通信，把采集的数据和内部参数传给PC 机进行在线标定。
PC 与单片机构成的上位机、下位机分布式控制系统是一种常见的工业控制系统，单片机作为下位机可进行现场数据采集和就地控制，并可将采集到的数据或者状态信息传送到上位PC 机，以做进一步的分析处理。
在实际应用中，上位机与下位机的通信问题是首要解决的问题之一，串行通信以其高效率、可靠标准统一的优点成为重要的通信手段，本文即在Windows XP 环境下，使用C 语言实现89C52单片机（并口模拟串口）与PC 之间的串行通信，其通信线路通过RS 232连接（距离小于15 m）。
二、串行接口的基本通信方式串行接口的有异步和同步2种基本通信方式。
单片机I/O 口模拟串行通信设计关键字：单片机 IO口模拟串行通信目前普遍采用的MCS51 和PIC 系列单片机通常只有一个（或没有）UART异步串行通信接口，在应用系统中若需要多个串行接口（例如在多机通信系统中，主机既要和从机通信又要和终端通信）的情况下，通常的方法是扩展一片8251 或 8250 通用同步/异步接收发送芯片（USART），需额外占用单片机I/O 资源。
1.串行接口的基本通信方式串行接口的有异步和同步两种基本通信方式。
异步通信采用用异步传送格式，。
数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志。
在异步通信中，起始位占用一位（低电平）。
异步通信采用用异步传送格式用来表示字符开始。
其后为7 或8 位的数据编码，第8 位通常做为奇偶校验位。
最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束。
上述字符格式通常作为一个串行帧，如无奇偶校验位，即为常见的N.8.1帧格式。
串行通信中，每秒传送的数据位称为波特率。
如数据传送的波特率为1200 波特，采用N.8.1 帧格式（10 位），则每秒传送字节为120 个，而字节中每一位传送时间即为波特率的倒数：T=I/1200=0.833ms。
同样，如数据传送的波特率为9600 波特，则字节中每一位传送时间为T=1/9600=0.104 ms。
2.硬件电路89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。
论坛新老朋友们。
祝大家新年快乐。
在新的一年开始的时候，给大家一点小小的玩意。
工程师经常碰到需要多个串口通信的时候，而低端单片机大多只有一个串行口，甚至没有串口。
这时候无论是选择高端芯片，还是更改系统设计都是比较麻烦的事。
我把以前搞的用普通I/O口模拟串行口通讯的程序拿出来，供大家参考，希望各位兄弟轻点拍砖。
基本原理：我们模拟的是串行口方式1.就是最普通的方式。
一个起始位、8个数据位、一个停止位。
模拟串行口最关键的就是要计算出每个位的时间。
以波特率9600为例，每秒发9600个位，每个位就是1/9600秒，约104个微秒。
我们需要做一个精确的延时，延时时间+对IO口置位的时间=104微秒。
起始位是低状态，再延时一个位的时间。
停止位是高状态，也是一个位的时间。
数据位是8个位，发送时低位先发出去，接收时先接低位。
了解这些以后，做个IO 模拟串口的程序，就是很容易的事。
我们开始。
先上简单原理图：就一个MAX232芯片，没什么好说的，一看就明白。
使用单片机普通I/O口，232数据输入端使用51单片机P3.2口（外部中断1口，接到普通口上也可以，模拟中断方式的串行口会有用。
呵呵）。
数据输出为P0.4（随便哪个口都行）。
下面这个程序，您只需吧P0.4 和P3.2 当成串口直接使用即可，经过测试完全没有问题. 2、底层函数代码如下：sbit TXD1 = P0^4; //定义模拟输出脚sbit RXD1 = P3^2; //定义模拟输入脚bdata unsigned char SBUF1; //定义一个位操作变量sbit SBUF1_bit0 = SBUF1^0;sbit SBUF1_bit1 = SBUF1^1;sbit SBUF1_bit2 = SBUF1^2;sbit SBUF1_bit3 = SBUF1^3;sbit SBUF1_bit4 = SBUF1^4;sbit SBUF1_bit5 = SBUF1^5;sbit SBUF1_bit6 = SBUF1^6;sbit SBUF1_bit7 = SBUF1^7;void delay_bps() {unsigned char i; for (i = 0; i < 29; i++); _nop_();_nop_();} //波特率9600 模拟一个9600波特率unsigned char getchar2() //模拟接收一个字节数据{while (RXD1);_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();delay_bps();SBUF1_bit0 = RXD1; //0delay_bps();SBUF1_bit1 = RXD1; //1delay_bps();SBUF1_bit2 = RXD1; //2delay_bps();SBUF1_bit3 = RXD1; //3delay_bps();SBUF1_bit4 = RXD1; //4delay_bps();SBUF1_bit5 = RXD1; //5delay_bps();SBUF1_bit6 = RXD1; //6delay_bps();SBUF1_bit7 = RXD1; //7delay_bps();return(SBUF1) ; //返回读取的数据}void putchar2(unsigned char input) //模拟发送一个字节数据{SBUF1 = input;TXD1 = 0; //起始位delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit0; //0delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit1; //1delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit2; //2delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit3; //3delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit4; //4delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit5; //5delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit6; //6delay_bps();TXD1 = SBUF1_bit7; //7delay_bps();TXD1 = 1; //停止位delay_bps();}3、实现串行通讯。
基于单片机I／O口模拟的SPI串行通信实现【摘要】基于单片机或ARM芯片的普通I/O口，模拟实现SPI串行通信。
模拟SPI通信需严格时钟时序，只有当主器件模拟的SPI时序与从器件的SPI时序完全一致时，才能实现SPI通信的正常数据交换。
【关键词】I/O口；SPI时序；主器件；从器件1.引言SPI（SeIial Peripheral Interfa即串行外围设备接口）总线技术是一种高效率的串行接口技术，主要用于扩展外设和进行数据交换。
在许多单片机中，已经作为一种标准配置。
但某些应用非常广泛的单片机并不带标准SPI接口，这样就限制了在这些系统中使用带SPI接口的器件。
解决该问题的方法是使用单片机的普通I/O口通过软件模拟的方式实现SPI串口通信，以满足应用需求。
此外，采用标准的SPI接口有很多局限性，在设备外围开发和扩展增加负担，而通过I/O口模拟实现SPI通信将不受这些限制，可轻松实现其外围开发和扩展，灵活性更大；通过I/O口模拟SPI通信，其通用性和可移植性强，实现简单、方便。
2.SPI总线概述SPI通信的总线形式一般采用4线制，即为使能控制线SN、始终控制线SCLK、主出从入线MOSI和主入从出线MISO。
可实现一个主控制器挂接多个从控制器，如图1所示，为SPI总线框图。
使能控制线SN完成对从控制器的片选，当需要与某个控制通信时，将SN 置于打开（高或者低，根据不同芯片分别对待）状态，使从控制器处于可通信状态，同时时钟控制线SCLK用于控制SPI通信的时序，该时序需与从控制器的SPI时序保持完全一致，这样才能保证SPI通信的实现。
主出从入线MOSI为SPI 串口通信数据输出线，主入从出线MISO为SPI串口通信数据输入线。
当主控制器MCU只与一个从控制器通信或所选从控制器无使能控制端时，使能控制线SN可不用，即3线制SPI通信，也可实现模拟SPI通信。
3.SPI通信时序控制相对于标准的SPI通信接口，通过I/O口模拟的SPI通信，其模拟时序要求很严格，即主控制器模拟的SPI时序必须与从控制器的SPI通信时序保持一致，否则会导致在通信时出现接收不到数据或是接收数据错误的情况。
模拟串口的三种方法及C语言模拟串口是软件中模拟实现串口通信的一种方法，它是在电脑上通过软件模拟两个串口之间的传输，用来测试、调试串口相关的应用程序。
本文将介绍三种常见的模拟串口的方法，并提供C语言代码示例。
1.使用虚拟串口软件虚拟串口软件是一种用于模拟串口通信的应用程序。
它创建了虚拟的串口设备，使其在电脑上模拟出真实的串口通信环境。
通过虚拟串口软件，可以实现串口的模拟收发数据，可以连接到串口测试工具、串口调试工具或者自己编写的串口通信程序上。
以下是一个使用虚拟串口软件模拟串口通信的C语言代码示例：```c#include <stdio.h>#include <windows.h>int mai//打开虚拟串口//检测串口是否成功打开printf("Error in opening serial port\n");return 1;}//进行串口通信操作，如发送、接收数据//关闭串口return 0;```在这个示例中，我们使用了Windows操作系统的函数`CreateFile`来打开一个虚拟串口，这里的串口名称是"COM1"。
然后可以调用相关函数进行串口通信操作，最后用`CloseHandle`函数关闭串口。
2.使用串口驱动模拟在一些情况下，可以通过修改电脑的串口驱动程序来模拟串口通信。
这种方法需要更深入的了解操作系统的底层机制，并进行驱动程序的开发和修改。
通过修改串口驱动程序，可以模拟出一个虚拟的串口设备，通过这个设备进行串口通信。
以下是一个简单的C语言代码示例，用于修改串口驱动程序来模拟串口通信：```c#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>int maiint fd;//打开串口设备fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);//检测串口是否成功打开if (fd < 0)printf("Error in opening serial port\n");return 1;}//进行串口通信操作，如发送、接收数据//关闭串口设备close(fd);return 0;```在这个示例中，我们使用了Linux操作系统的函数`open`来打开一个串口设备，这里的设备名称是"/dev/ttyS0"。
51单片机模拟串口的三种方法51单片机模拟串口的三种方法随着单片机的使用日益频繁，用其作前置机进行采集和通信也常见于各种应用，一般是利用前置机采集各种终端数据后进行处理、存储，再主动或被动上报给管理站。
这种情况下下，采集会需要一个串口，上报又需要另一个串口，这就要求单片机具有双串口的功能，但我们知道一般的51系列只提供一个串口，那么另一个串口只能靠程序模拟。
本文所说的模拟串口，就是利用51的两个输入输出引脚如P1.0和P1.1，置1或0分别代表高低电平，也就是串口通信中所说的位，如起始位用低电平，则将其置0，停止位为高电平，则将其置1，各种数据位和校验位则根据情况置1或置0。
至于串口通信的波特率，说到底只是每位电平持续的时间，波特率越高，持续的时间越短。
如波特率为9600BPS，即每一位传送时间为1000ms/9600=0.104ms，即位与位之间的延时为为0.104毫秒。
单片机的延时是通过执行若干条指令来达到目的的，因为每条指令为1-3个指令周期，可即是通过若干个指令周期来进行延时的，单片机常用11.0592M的的晶振，现在我要告诉你这个奇怪数字的来历。
用此频率则每个指令周期的时间为(12/11.0592)us，那么波特率为9600BPS每位要间融多少个指令周期呢？指令周期s=(1000000/9600)/(12/11.0592)=96，刚好为一整数，如果为4800BP S则为96x2=192，如为19200BPS则为48，别的波特率就不算了，都刚好为整数个指令周期，妙吧。
至于别的晶振频率大家自已去算吧。
现在就以11.0592M的晶振为例，谈谈三种模拟串口的方法。
方法一：延时法通过上述计算大家知道，串口的每位需延时0.104秒，中间可执行96个指令周期。
#define uchar unsigned charsbit P1_0 = 0x90;sbit P1_1 = 0x91;sbit P1_2 = 0x92;#define RXD P1_0#define TXD P1_1#define WRDYN 44 //写延时#define RDDYN 43 //读延时//往串口写一个字节void WByte(uchar input){uchar i=8;TXD=(bit)0; //发送启始位Delay2cp(39);//发送8位数据位while(i--){TXD=(bit)(input&0x01); //先传低位Delay2cp(36);input=input>>1;}//发送校验位(无)TXD=(bit)1; //发送结束位Delay2cp(46);}//从串口读一个字节uchar RByte(void){uchar Output=0;uchar i=8;uchar temp=RDDYN;//发送8位数据位Delay2cp(RDDYN*1.5); //此处注意，等过起始位 while(i--){Output >>=1;if(RXD) Output |=0x80; //先收低位Delay2cp(35); //(96-26)/2，循环共占用26个指令周期}while(--temp) //在指定的时间内搜寻结束位。
/****************************************************作者:温子祺*联系方式:wenziqi@*说明:模拟串口实验***************************************************/传统的8051系列单片机一般都配备一个串口，而STC89C52RC增强型单片机也不例外，只有一个串口可供使用，这样就出问题了，假如当前单片机系统要求二个串口或多个串口进行同时通信，8051系列单片机只有一个串口可供通信就显得十分尴尬，但是在实际的应用中，有两种方法可以选择。
方法1：使用能够支持多串口通信的单片机，不过通过更换其他单片机来代替8051系列单片机，这样就会直接导致成本的增加，优点就是编程简单，而且通信稳定可靠。
方法2：在IO资源比较充足的情况下，可以通过IO来模拟串口的通信，虽然这样会增加编程的难度，模拟串口的波特率会比真正的串口通信低一个层次，但是唯一优点就是成本上得到控制，而且通过不同的IO 组合可以实现更加之多的模拟串口，在实际应用中往往会采用模拟串口的方法来实现多串口通信。
普遍使用串口通信的数据流都是1位起始位、8位数据位、1位停止位的格式的,如表1。
表1要注意的是，起始位作为识别是否有数据到来，停止位标志数据已经发送完毕。
起始位固定值为0，停止位固定值为1，那么为什么起始位要是0，停止位要是1呢？这个很好理解，假设停止位固定值为1，为了更加易识别数据的到来，电平的跳变最为简单也最容易识别，那么当有数据来的时候，只要在规定的时间内检测到发送过来的第一位的电平是否0值，就可以确定是否有数据到来；另外停止位为1的作用就是当没有收发数据之后引脚置为高电平起到抗干扰的作用。
在平时使用红外无线收发数据时，一般都采用模拟串口来实现的，但是有个问题要注意，波特率越高，传输距离越近；波特率越低，传输距离越远。
对于这些通过模拟串口进行数据传输，波特率适宜为1200b/s 来进行数据传输。
单片机IO口模拟串口程序(发送+接收)前一阵一直在做单片机的程序，由于串口不够，需要用IO口来模拟出一个串口。
经过若干曲折并参考了一些现有的资料，基本上完成了。
现在将完整的测试程序，以及其中一些需要总结的部分贴出来。
程序硬件平台：11.0592M晶振，STC单片机（兼容51）/************************************** ************************** 在单片机上模拟了一个串口，使用P2.1作为发送端* 把单片机中存放的数据通过P2.1作为串口TXD发送出去*************************************** ************************/#include <reg51.h>#include <stdio.h>#include <string.h>typedef unsigned char uchar;int i;uchar code info[] ={0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x5 5,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55,0x55 };sbit newTXD = P2^1;//模拟串口的发送端设为P2.1void UartInit(){SCON = 0x50; // SCON: serail mode 1, 8-bit UARTTMOD |= 0x21; // T0工作在方式1，十六位定时PCON |= 0x80; // SMOD=1;TH0 = 0xFE; // 定时器0初始值，延时417us，目的是令模拟串口的波特率为2400bps fosc=11.0592MHzTL0 = 0x7F; // 定时器0初始值，延时417us，目的是令模拟串口的波特率为2400bps fosc=11.0592MHz// TH0 = 0xFD; // 定时器0初始值，延时417us，目的是令模拟串口的波特率为2400bps fosc=18.432MHz// TL0 = 0x7F; // 定时器0初始值，延时417us，目的是令模拟串口的波特率为2400bps fosc=18.432MHz}void WaitTF0(void){while(!TF0);TF0=0;TH0=0xFE; // 定时器重装初值fosc=11.0592MHzTL0=0x7F; // 定时器重装初值fosc=11.0592MHz// TH0 = 0xFD; // 定时器重装初值 fosc=18.432MHz// TL0 = 0x7F; // 定时器重装初值 fosc=18.432MHz}void WByte(uchar input){//发送启始位uchar j=8;TR0=1;newTXD=(bit)0;WaitTF0();//发送8位数据位while(j--){newTXD=(bit)(input&0x01); //先传低位WaitTF0();input=input>>1;}//发送校验位(无)//发送结束位newTXD=(bit)1;WaitTF0();TR0=0;}void Sendata(){for(i=0;i<sizeof(info);i++)//外层循环，遍历数组{WByte(info[i]);}}void main(){UartInit();while(1){Sendata();}}########################################## ####################################/************************************** ************************** 模拟接收程序，这个程序的作用从模拟串口接收数据，然后将这些数据发送到实际串口* 在单片机上模拟了一个串口，使用P3.2作为发送和接收端* 以P3.2模拟串口接收端，从模拟串口接收数据发至串口*************************************** ************************/#include<reg51.h>#include<stdio.h>#include<string.h>typedef unsigned char uchar ;//这里用来切换晶振频率，支持11.0592MHz 和18.432MHz//#define F18_432#define F11_0592uchar tmpbuf2[64]={0};//用来作为模拟串口接收数据的缓存struct{uchar recv :6 ;//tmpbuf2数组下标，用来将模拟串口接收到的数据存放到tmpbuf2中uchar send :6 ;//tmpbuf2数组下标，用来将tmpbuf2中的数据发送到串口}tmpbuf2_point={0,0};sbit newRXD=P3^2 ;//模拟串口的接收端设为P3.2void UartInit(){SCON=0x50 ;// SCON: serail mode 1, 8-bit UARTTMOD|=0x21 ;// TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload,自动装载预置数(自动将TH1送到TL1);T0工作在方式1，十六位定时PCON|=0x80 ;// SMOD=1;#ifdef F11_0592TH1=0xE8 ;// Baud:2400 fosc=11.0592MHz 2400bps为从串口接收数据的速率TL1=0xE8 ;// 计数器初始值，fosc=11.0592MHz 因为TH1一直往TL1送，所以这个初值的意义不大TH0=0xFF ;// 定时器0初始值，延时208us，目的是令模拟串口的波特率为9600bps fosc=11.0592MHzTL0=0xA0 ;// 定时器0初始值，延时208us，目的是令模拟串口的波特率为9600bps fosc=11.0592MHz#endif#ifdef F18_432TH1=0xD8 ;// Baud:2400fosc=18.432MHz 2400bps为从串口接收数据的速率TL1=0xD8 ;// 计数器初始值，fosc=18.432MHz 因为TH1一直往TL1送，所以这个初值的意义不大TH0=0xFF ;// 定时器0初始值，延时104us，目的是令模拟串口的波特率为9600bps fosc=18.432MHzTL0=0x60 ;// 定时器0初始值，延时104us，目的是令模拟串口的波特率为9600bps fosc=18.432MHz#endifIE|=0x81 ;// 中断允许总控制位EA=1;使能外部中断0TF0=0 ;IT0=1 ;// 设置外部中断0为边沿触发方式TR1=1 ;// 启动TIMER1,用于产生波特率}void WaitTF0(void){while(!TF0);TF0=0 ;#ifdef F11_0592TH0=0xFF ;// 定时器重装初值模拟串口的波特率为9600bps fosc=11.0592MHz TL0=0xA0 ;// 定时器重装初值模拟串口的波特率为9600bps fosc=11.0592MHz #endif#ifdef F18_432TH0=0xFF ;// 定时器重装初值 fosc=18.432MHzTL0=0x60 ;// 定时器重装初值 fosc=18.432MHz#endif}//接收一个字符uchar RByte(){uchar Output=0 ;uchar i=8 ;TR0=1 ;//启动Timer0#ifdef F11_0592TH0=0xFF ;// 定时器重装初值模拟串口的波特率为9600bps fosc=11.0592MHz TL0=0xA0 ;// 定时器重装初值模拟串口的波特率为9600bps fosc=11.0592MHz #endif#ifdef F18_432TH0=0xFF ;// 定时器重装初值fosc=18.432MHzTL0=0x60 ;// 定时器重装初值fosc=18.432MHz#endifTF0=0 ;WaitTF0();//等过起始位//接收8位数据位while(i--){Output>>=1 ;if(newRXD)Output|=0x80 ;//先收低位WaitTF0();//位间延时}TR0=0 ;//停止Timer0return Output ;}//向COM1发送一个字符void SendChar(uchar byteToSend){SBUF=byteToSend ;while(!TI);TI=0 ;}void main(){UartInit();while(1){if(tmpbuf2_point.recv!=tmpbuf2_point.send)//差值表示模拟串口接收数据缓存中还有多少个字节的数据未被处理（发送至串口）{SendChar(tmpbuf2[tmpbuf2_point.send++]);}}}//外部中断0，说明模拟串口的起始位到来了void Simulated_Serial_Start()interrupt 0{EX0=0 ;//屏蔽外部中断0tmpbuf2[tmpbuf2_point.recv++]=RByte(); //从模拟串口读取数据，存放到tmpbuf2数组中IE0=0 ;//防止外部中断响应2次，防止外部中断函数执行2次EX0=1 ;//打开外部中断0}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~以上是两个独立的测试程序，分别是模拟串口发送的测试程序和接收的测试程序上面两个程序在编写过程中参考了这篇文章《51单片机模拟串口的三种方法》（在后文中简称《51》），但在它的基础上做了一些补充，下面是若干总结的内容：1、《51》在接收数据的程序中，采用的是循环等待的方法来检测起始位（见《51》的“附：51 IO 口模拟串口通讯C源程序（定时器计数法）”部分），这种方法在较大程序中，可能会错过起始位（比如起始位到来的时候程序正好在干别的，而没有处于判断起始位到来的状态），或者一直在检测起始位，而没有办法完成其他工作。
