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[单片机资料] 单片机扩展串行通信论文资料

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发表于 2023-1-12 11:16:46 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
我所做的单片机串行通信发射机主要在实验室完成,参考有关的书籍和资料,个人完成电路的设计、焊接、检查、调试,再根据自己的硬件和通信协议用汇编语言编写发射和显示程序,然后加电调试,最终达到准确无误的发射和显示。在这过程中需要选择适当的元件,合理的电路图扎实的焊接技术,基本的故障排除和纠正能力,会使用基本的仪器对硬件进行调试,会熟练的运用汇编语言编写程序,会用相关的软件对自己的程序进行翻译,并烧进芯片中,要与对方接收机统一通信协议,要耐心的反复检查、修改和调试,直到达到预期目的。
单片机串行通信发射机采用串行工作方式,发射并显示两位数字信息,既显示00-99,使数据能够在不同地方传递。硬件部分主要分两大块,由AT89C51和多个按键组成的控制模块,包括时钟电路、控制信号电路,时钟采用6MHZ晶振和30pF的电容来组成内部时钟方式,控制信号用手动开关来控制,P1口来控制,P2、P3口产生信号并通过共阳极数码管来显示,软件采用汇编语言来编写,发射程序在通信协议一致的情况下完成数据的发射,同时显示程序对发射的数据加以显示。
毕业设计的目的是了解基本电路设计的流程,丰富自己的知识和理论,巩固所学的知识,提高自己的动手能力和实验能力,从而具备一定的设计能力。
我做得的毕业设计注重于对单片机串行发射的理论的理解,明白发射机的工作原理,以便以后单片机领域的开发和研制打下基础,提高自己的设计能力,培养创新能力,丰富自己的知识理论,做到理论和实际结合。本课题的重要意义还在于能在进一步层次了解单片机的工作原理,内部结构和工作状态。理解单片机的接口技术,中断技术,存储方式,时钟方式和控制方式,这样才能更好的利用单片机来做有效的设计。
我的毕业设计分为两个部分,硬件部分和软件部分。硬件部分介绍:单片机串行通信发射机电路的设计,单片机AT89C51的功能和其在电路的作用。介绍了AT89C51的管脚结构和每个管脚的作用及各自的连接方法。AT89C51与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器,寿命:1000次可擦,数据保存10年,全静态工作:0HZ-24HZ,三级程序存储器锁定,128*8位内部RAM,32跟可编程I/O线,两个16位定时/计数器,5个中断源,5个可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内震荡和时钟电路,P0和 P1 可作为串行输入口,P3口因为其管脚有特殊功能,可连接其他电路。例如P3.0RXD作为串行输出口,其中时钟电路采用内时钟工作方式,控制信号采用手动控制。数据的传输方式分为单工、半双工、全双工和多工工作方式;串行通信有两种形式,异步和同步通信。介绍了串行串行口控制寄存器,电源管理寄存器PCON,中断允许寄存器IE,还介绍了数码显示管的工作方式、组成,共阳极和共阴极数码显示管的电路组成,有动态和静态显示两种方式,说明了不同显示方法与单片机的连接。再后来还介绍了硬件的焊接过程,及在焊接时遇到的问题和应该注意的方面。硬件焊接好后的检查电路、不装芯片上电检查及上电装芯片检查。软件部分:在了解电路设计原理后,根据原理和目的画出电路流程图,列出数码显示的断码表,计算波特率,设置串行口,在与接受机设置相同的通信协议的基础上编写显示和发射程序。编写完程序还要进行编译,这就必须会使用编译软件。介绍了编译软件的使用和使用过程中遇到的问题,及在编译后烧入芯片使用的软件PLDA,后来的加电调试,及遇到的问题,在没问题后与接受机连接,发射数据,直到对方准确接收到。在软件调试过程中将详细介绍调试遇到的问题,例如:通信协议是否相同,数码管是否与芯片连接对应,计数器是否开始计数等。
我所设计的单片机串行接口现在已经发展到无线收发的阶段,本文参考无线发射部分就是参考南华大学黄智伟、朱卫华的《单片机与嵌入式系统应用》一文,该串行无线发射电路结构简单、工作可靠,可方便地在单片机与单片机之间,构成一个点对点、一点对多点的无线串行数据传输通道。单片机无线串行接口电路由MICRF102单片发射器芯片、MICRF007单片接收器芯片组成,工作在300~440 MHz ISM频段;具有ASK调制和解调能力,抗干扰能力强,适合工业控制应用;采用PLL频率合成技术,频率稳定性好;接收灵敏度高达 -96 dBm,最大发射功率达-2.5 dBm;数据速率可达2 Kb/s;低工作电压:4.75~5.5 V;功耗低,接收时电流3 mA,发射时电流7.75 mA,接收待机状态仅为0.5μA,发射待机状态仅为1.0μA;可用于单片机之间的串行数据无线传输,也可在单片机数据采集、遥测遥控等系统中应用。
  最后介绍了毕业设计做完后的结论以及自己的心得体会。

2  硬件
2.1  硬件的基本组成:
单片机89C51、6M晶震、30pF电容、22uf/10V电容、1K电阻、共阳极数码显示管、按键。
2.2  电路图
(见附录A)
2.3  硬件介绍
2.3.1  单片机概述
单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。单片机一词最初是源于“Single Chip Microcomputer”,简称SCM。随着SCM在技术上、体系结构上不断扩展其控制功能,单片机已不能用“单片微型计算机”来表达其内涵。国际上逐渐采用“MCU”(Micro Controller Unit)来代替,形成了单片机界公认的、最终统一的名词。为了与国际接轨,以后应将中文“单片机”一词和“MCU”唯一对应解释。在国内因为“单片机”一词已约定俗成,故而可继续沿用。
2.3.1.1  单片机的发展历史
如果将8位单片机的推出作为起点,那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段:
第一阶段(1976—1978):单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的探索,参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代,“单片机”一词即由此而来。
第二阶段(1978—1982):单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
1.完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构,包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
2.CPU外围功能单元的集中管理模式。
3.体现工控特性的地址空间及位操作方式。
4.指令系统趋于丰富和完善,并且增加了许多突出控制功能的指令。
第三阶段(1982—1990):8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段,也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机,将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中,体现了单片机的微控制器特征。
第四阶段(1990—):微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用,出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机,以及小型廉价的专用型单片机。
2.3.1.2  单片机的发展趋势
目前,单片机正朝着高性能和多品种方向发展,今后单片机的发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗化、低电压化、低噪声与高可靠性、大容量化、高性能化、小容量、低价格化、外围电路内装化和串行扩展技术。随着半导体集成工艺的不断发展,单片机的集成度将更高、体积将更小和功能将更强。
2.3.1.3  单片机的特点
单片机主要有如下特点:
1.有优异的性能价格比。
2.集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上,内部采用总线结构,减少了各芯片之间的连线,大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外,其体积小,对于强磁场环境易于采取屏蔽措施,适合在恶劣环境     下工作。
3.制功能强。为了满足工业控制的要求,一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
4.低功耗、低电压,便于生产便携式产品。
5.外部总线增加了I2C(Inter-Integrated Circuit)及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式,进一步缩小了体积,简化了结构。
6.单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
2.3.1.4  单片机的应用
由于单片机具有显著的优点,它已成为科技领域的有力工具,人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域,主要表现在以下几个方面:
1.单片机在智能仪表中的应用
2.单片机在机电一体化中的应用
3.单片机在实时控制中的应用
4.单片机在分布式多机系统中的应用
5.单片机在人类生活中的应用
单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面,另一方面,单片机应用的重要意义还在于,它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能,现在已能通过单片机来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术,是对传统控制技术的一次革命。
A:由单片机组成控制器的结构和特点:
单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支,是把构成一台微型计算机的主要部件如中央处理器(CPU)、存储器(RAM/ROM)和各种功能I/O接口集成在一块芯片上的单芯片微型计算机(Single Chip Micro Computer),简称单片机.由于它的结构与指令功能都是按工业控制要求设计的,且近年来单片机着力扩展了各种控制功能如A/D、PWM等,因此我们更多时候称其为一个单片形态的微控制器(Single Chip Micro Controller),或直接称其为微控制器(Micro Controller)。
B:用单片机组成的微机控制系统具有以下特点:
1.受集成度限制,片内存储器容量较小,一般片内ROM小于4—8K字节,片内RAM小于256字节;但可在外部进行扩展,如MCS—51系列单片机的片外可擦可编程只读存储器(EPROM)、静态随机存储器(SRAM)可分别扩展至64K字节。
2.可靠性高。单片机芯片本身是按工业控制环境要求设计的,其抗工业噪声的能力优于一般通用CPU;程序指令及其常数、表格固化在ROM中不易破坏;常用信号通道均在一个芯片内,故可靠性高。
3.易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件,芯片外部有许多供扩展用的总线及并行、串行输入/输出端口,很容易构成各种规模的微机控制系统。
4.控制功能强。为了满足工业控制要求,单片机的指令系统中有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。一般来说,单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。
5.一般的单片机内无监控程序或系统管理软件,软件开发工作量大。但近年来已开始出现了片内固化有BASIC解释程序及FROTH操作系统的单片机,使单片机系统的开发提高了一个新水平。
此外,单片机成本低、集成度高、控制功能多,可灵活地组装成各种智能控制装置,并能有针对性设计成专用系统,解决从简单到复杂的各种需要,实现最佳的性价比。特别是单片机与传统机械产品相结合,使原有机械产品的结构简化、控制智能化。如数控机床就是典型实例。近年来,单片机发展极快,其产量占微机产量的70%以上。目前,至少有50个系列400余种机型,性能和结构各不相同,INTEL、MOTOROLA、ZILCG等公司都有系列单片微型计算机。国内普及的几乎都是INTEL公司的产品。
2.3.2  AT89C51单片机简介
AT89C51是美国Atmel公司生产的低电压,高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大。AT89C51单片机可为你提供许多高性价的应用场合,可灵活的应用于各种控制领域。

图2.1 单片机AT89C51

图2.1  单片机AT89C51

图2.1  单片机AT89C51

主要性能参数:
·与MCS-51产品指令系统的全兼容         
·4k字节可重擦写Flash闪速存储器
·1000次可擦写周期
·全静态操作:0Hz-24MHz
·三级加密程序存储器
·128×8字节内部RAM
·32个可编程I/O口线
·2个16位定时/计数器
·6个中断源
·可编程串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
2.3.2.1  AT89C51功能特性描述:
AT89C51提供以下标准功能:4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量中断结构,一个全双工串行通信口,片内震荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。
(1)  AT89C51引脚功能说明:
·Vcc:电源电压
·GND:地
·P0口:PO口是一组8位漏极开路行双向I/O口,也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时,每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时,PO口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求接上拉电阻。
·P1口:P1口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输入缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输出口。作输入口时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流(I)。Flash编程和程序校验期间,P1口接收8位地址。
·P2口:P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输入缓冲极可以驱动(输入或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时和作为输出口,作输出口时,因为存在内部上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部存储器或1位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR指令)时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX@RI指令)时,P2口线的内容(也既特殊功能寄存器(SFR)区中R2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时,P2亦接收高地址和其他控制信号。
·P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,,P1的输入缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除可作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表2.1所示:
P3口还接收一些用于Flas 闪速存储器编程和程序校验的控制信号
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