串口通信电路设计共26页

单片机应用课程设计任务书单片机应用课程设计任务书学院名称：计算机与信息工程学院班级名称：学生姓名：学号：题目：双机间的串口双向通信设计指导教师：起止日期：目录一、绪论 (5)1.1设计背景 (5)二、相关知识 (5)2.1 双机通信简介 (5)2.2 单片机A T89C51介绍 (5)2.3串口通信 (6)三、总体设计 (7)3.1 设计要求 (7)四、硬件设计 (8)4.1.整体电路 (8)4.2复位电路 (8)4.3.控制电路 (9)五、软件设计 (9)5.1甲机软件设计 (10)5.2乙机软件设计 (11)六、测试及运行 (13)心得与感受 (15)参考文献 (16)指导教师评语 (17)附录：源程序 (18)一、绪论1.1设计背景随着电子技术的飞速发展，单片机也步如一个新的时代，越来越多的功能各异的单片机为我们的设计提供了许多新的方法与思路。

对于一些场合，比如：复杂的后台运算及通信与高实时性前台控制系统、软件资源消耗大的系统、功能强大的低消耗系统、加密系统等等。

如果合理使用多种不同类型的单片机组合设计，可以得到极高灵活性与性能价格比，因此，多种异型单片机系统设计渐渐成为一种新的思路，单片机技术作为计算机技术的一个重要分支,由于单片机体积小,系统运行可靠, 数据采集方便灵活,成本低廉等优点,在通信中发挥着越来越重要的作用。

但在一些相对复杂的单片机应用系统中,仅仅一个单片机资源是不够的,往往需要两个或多个单片机系统协同工作。

这就对单片机通信提出了更高要求。

单片机之间的通信可以分为两大类：并行通信和串行通信。

串行通信传输线少，长距离传输时成本低，且可以利用数据采集方便灵活，成本低廉等优点，在通信中发挥着越来越重要的作用。

所以本系统采用串行通信来实现单片机之间可靠的，有效的数据交换。

二、相关知识2.1 双机通信简介两台机器的通信方式可分为单工通信、半双工通信、双工通信，他们的通信原理及通信方式为：1.单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。

串口通信系统的设计与实现摘要:所谓"串行通信"是指外设和计算机间使用一根数据信号线，数据在一根数据信号线上按位进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。

这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输慢。

相比之下，由于高速率的要求，处于计算机内部的 CPU 与串口之间的通讯仍然采用并行的通讯方式，所以串行口的本质就是实现 CPU 与外围数据设备的数据格式转换（或者称为串并转换器），即当数据从外围设备输入计算机时，数据格式由位（ bit ）转化为字节数据：反之，当计算机发送下行数据到外围设备时，串口又将字节数据转化为位数据。

关键词：信息交换，传输数据，时间长度，成本低，数据分解一、设计任务与要求借助 SST89E516RD 单片机和串口通信芯片，设计一个简易的串口通信电路系统。

1、基本要求：（1）利用 SST89E516RD 单片机和 MAX232 芯片，设计一个简易的串口通信电路系统；（2）使用嘉立创 EDA 或者 Altium Designer 软件完成硬件原理图的设计，并借助 SST89E516RD 单片机实验箱完成硬件电路的搭建；（3）利用 Keil 等集成开发环境，完成汇编语言软件的编写和调试，并借助串口下载器将程序下载到实验系统上运行，单片机可以发送“CDTU”字符到上位机的串口调试助手软件上。

2、拓展要求（选做）：设计 C 语言代码完成上述基本要求，并且上位机串口调试助手可以发送“CDTU”到单片机并在 1602 液晶屏上显示出“CDTU二、总体方案设计（一）总体方案论证要论证串口通信单片机向上位机发送信号的整体方案，可以考虑以下几个方面：1.需求分析：首先要明确你需要从单片机发送什么信号给上位机。

这可以是传感器数据、设备状态信息或其他需要传输的数据。

确定清楚发送的数据类型和格式，以及数据传输的频率和实时性等需求。

2.协议选择：选择合适的串口通信协议进行数据传输。

摘要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。

RS-232-C接口(又称 EIA RS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。

它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。

它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

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。

关键词：单片机；串口通信。

- 1 -目录摘要.......................................................................................................................................... - 1 - 1 绪论.......................................................................................................................................... - 3 -1.1 设计要求及设计内容................................................................................................... - 3 -1.2 此次设计研究的主要内容应解决的问题................................................................... - 4 -1.2.1 硬件方面：........................................................................................................ - 4 -1.2.2 软件方面: ........................................................................................................... - 4 -2 设计方案介绍.......................................................................................................................... - 5 -2.1用户板抄板步骤及过程用............................................................................................ - 5 -2.2 户板检测步骤及过程................................................................................................... - 5 -2.3 各部分电路介绍........................................................................................................... - 5 -2.3.1 单片机系统板电路介绍.................................................................................... - 6 -3 系统程序设计........................................................................................................................ - 12 -3.1 程序流程图................................................................................................................. - 12 -3.2 程序设计..................................................................................................................... - 13 -3.3 电路总图..................................................................................................................... - 16 - 总结............................................................................................................................................ - 17 - 致谢 ......................................................................................................................................... - 18 - 参考文献.................................................................................................................................... - 19 - 附录 ......................................................................................................................................... - 20 -- 3 -1 绪论1.1 设计要求及设计内容熟悉单片机相关方面的知识，学习并掌握串口通信的基本原理。

RS485串行通信接口电路的总体设计在电参数仪的设计中，数据采集由单片机AT89C52负责，上位PC机主要负责通信（包括与单片机之间的串行通信和数据的远程通信），以及数据处理等工作。

在工作中，单片机需要定时向上位PC机传送大批量的采样数据。

通常，主控PC机和由单片机构成的现场数据采集系统相距较远，近则几十米，远则上百米，并且数据传输通道环境比较恶劣，经常有大容量的电器（如电动机，电焊机等）启动或切断。

为了保证下位机的数据能高速及时、安全地传送至上位PC机，单片机和PC机之间采用RS485协议的串行通信方式较为合理。

实际应用中，由于大多数普通PC机只有常用的RS232串行通信口，而不具备RS485通信接口。

因此，为了实现RS485协议的串行通信，必须在PC机侧配置RS485/RS232转换器，或者购买适合PC机的RS485卡。

这些附加设备的价格一般较贵，尤其是一些RS485卡具有自己独特的驱动程序，上位PC机的通信一般不能直接采用WINDOW95/98环境下有关串口的WIN32通信API函数，程序员还必须熟悉RS485卡的应用函数。

为了避开采用RS485通信协议的上述问题，我们决定自制RS485/RS232转换器来实现单片机和PC机之间的通信。

单片机和PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图，如下图1所示。

从图1可看出，单片机的通信信号首先通过光隔，然后经过RS485接口芯片，将电平信号转换成电流环信号。

经过长距离传输后，再通过另一个RS485接口芯片，将电流环信号转换成电平信号。

图1单片机与PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图(略)该电平信号再经过光电隔离，最后由SR232接口芯片，将该电平信号转换成与PC机RS232端口相兼容的RS232电平。

由于整个传输通道的两端均有光电隔离，故无论是PC机还是单片机都不会因数据传输线上可能遭受到的高压静电等的干扰而出现“死机”现象。

2接口电路的具体设计2-1单片机侧RS485接口电路的设计单片机侧RS485接口电路如图2所示。

第1章绪论1.1课题研究的意义21世纪是经济竞争的时代。

串口通信的应用使得计算机对工程实现实时监控，能够在相关工业实践中帮助企业提高效率，带来更多的效益。

以串口通信应用为重点的企业要想在当前国内竞争日益激烈的环境中生存和发展，关键之一就在与注重串口调试系统的开发和管理维护，因而充分利用和发挥生产管理的优势和潜力，取得更大的社会和经济效益。

科技的发展及计算机的广泛运用，串口通信的设计与实现将管理信息化和高效化，为提高企业的核心竞争力提供了广阔的平台。

1.2本课题的发展现状与存在的问题串口通信的设计与实现，常用的开发环境有visual basic和Delphi；工具有MSComm控件、Windows API编程、SPComm控件、APRO组件等。

但是无论在开发环境还是工具的选择上，其实现数据的发送、接收功能部分都是大同小异的，也就是先对开发环境和工具组合，然后进行编程。

所进行的串口通信设计都是在开发环境和工具的组合下完成的，未来的开发如果能设计出一套系统的、简单易用的串口通信设计工具，能很好的用与后期深层次开发以及其他资源和串口外设进行交互使用，带来的经济效益和社会效益会更大。

1.3课题来源与主要研究内容随着当今串口通信技术的发展，串口开发环境和工具功能的改善，以往的串口通信设计已经不能满足当今的需求，所以急需串口通信的设计能突破以前的常规思想，做到新颖、简单、可操作性强等特点。

本次串口通信的设计与实现，主要研究在什么环境下利用什么工具开发，利用什么原理才能比较简单的进行串口通信设计，详细设计其中的每一模块，因而达到设计简单，构思独特，用户界面友好，操作方便，可移植性好等特点。

第2章相关技术介绍2.1常见接口及通信标准在通常情况下，人们是通过外部设备使用计算机的，由于外设往往不能与CPU直接相连，所以他们之间的信息交换一般需要通过接口完成。

接口包括主机提供的一组线路和接口电路以及外部设备内部的接口，它们实现规定的接口协议，使得不同外设能够与主机和CPU实现互连。

第十一章制作PCB11.1设计任务使用Protel2004设计出串口通信电路。

画出电路原理图和PCB板，并生成制造文件。

11.2创建项目文件及工作环境打开Protel2004，选择菜单中【文件】|【创建】|【项目】|【PCB项目】，系统的工作区会自动产生PCB项目文件PCB_Project1.PrjPCB。

右键点击，在右键菜单中选择【追加新文件到项目中】|【Schematic】，则系统会自动产生Sheet1.SchDoc 文件和原理图设计界面。

选择菜单【文件】|【保存】，系统会弹出【保存】对话框，如图11-1所示【保存】对话框。

将文件名称改为Serial.SchDoc，点击。

图11-1 【保存】对话框右键点击，在右键菜单中选择【追加新文件到项目中】|【PCB】，2则系统会自动产生PCB1.PcbDoc 文件和原理图设计界面。

选择菜单【文件】|【保存】，系统会弹出【保存】对话框，如图11-2所示【保存】对话框。

将文件名称改为Serial.PcbDoc ，点击。

图11-2 【保存】对话框11.3 原理图设计11.3.1 设计思路本例使用的是MAXIM 公司的Max232芯片，设计串口通信电路。

11.3.2 元件库管理与设计根据8.4.1中介绍的方法添加元件库。

将Library 文件夹中的Miscellaneous Connectors.IntLib 和Miscellaneous Devices.IntLib 以及Library/Maxim 文件夹中的Maxim Communication Transceiver.IntLib 添加进来。

如图11-3和11-4所示【打开】对话框。

3图11-3 【打开】对话框图11-3 【打开】对话框4添加元件库后，【可用元件库】对话框就变成如图11-4所示。

点击。

图11-4 【可用元件库】11.3.3 原理图布线单击屏幕右侧按钮，弹出【元件库】对话框，在下拉菜单中选择元件库，在元件清性】 对话框，修改元件标识符和注释，点击，然后将选择的元件放置在原理图5表11-1 元件参数表选择菜单【放置】|【端口】属性】 对话框设置端口名称和I/O 类型。

串行通信电路的设计1串行通信电路1.1设计目的（1）掌握串行通信电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉QuartusII的仿真方法。

1.2基本要求（1）发方实现8bit码字的并串转换，使用单一电缆发送信号，收方实现串并转换后输出；（2）并行输出端的8bit寄存器；（3）收方数据是否已准备好指示输出端。

1.3发挥部分（1）加密通信；（2）串行发/收端口FIFO缓存；（3）发/收方奇偶校验位生成/检测；（4）其他。

2设计过程及论文的基本要求2.1设计过程的基本要求：（1）基本部分必须完成，发挥部分可以在已给的范围或自己寻找资料的范围内任选；（2）符合要求的设计报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计题目必须仿真通过，设计过程的资料草稿上交；（4）成绩的组成：考勤、每天任务的完成工作量、答辩情况、报告；2.2课程设计论文的基本要求：（1）蓝黑色或黑色钢笔或碳素笔书写，不允许用圆珠笔。

项目齐全、字迹工整，有条件的可以打印。

（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评定表、中文摘要、关键词、目录、正文（正文的具体要求按老师讲课要求）、总结及致谢、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。

中文摘要串行通信电路是为了实现数据传输的方便而设计的一种电路，将八位数据通过八位加法器使要传送的数据同时加上一个数，而这个数是通过两片计数器组成的时钟电路实现的，并且此时钟电路不断的对输入数据进行加法运算，实现数据的加密计算。

并行变串行是通过数据选择器使八位的加密数据通过74151实现数据的串行传送，从而实现电路的功能。

串行数据变并行数据，将串行数据送到移位寄存器中，控制移位寄存器的时钟脉冲，使数据能够从移位寄存器的八个输出端口输出，但一定要控制好当移位寄存器有时钟脉冲作用时，所选出的数据恰好是加密后的八位并行数据，为后面的解码部分做准备。

解密电路是利用时钟电路和加法器。

不过，是将加法器的CIN 端置高电平，实现的是减法运算，还有就是时钟电路输出的要是加密时钟输出数据的反码，这样才能实现数据的解密。