单片机与PC机的串口通信课程设计报告

课程名称：《单片机应用》课程设计

题    目：单片机与PC机的串口通信

院 （系）：信息与控制工程系

专业班级：自动化

姓    名：

学    号：

指导教师：

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。而AT89C51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种，本设计是基于MCS51系列单片机中AT89C51所设计的一种具有一个全双工的串行通信口，可以实现单片机与PC机之间通信，主从通信以及上，下位机互相通信等。本设计基于单片机技术原理，通过硬件电路制作以及软件程序的编制，设计制作一个简单的单片机与PC机间串行通信。当PC机上按数字键时，能在单片机数码管上显示相应数字。

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。
    串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。
    在Windows环境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系统资源的一部分。 应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。

串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。
    典型的串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：

a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。
    b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语 “包”指任何通信的情况。
    c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
    d，奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

9针串口：一个完整的RS-232接口是一个25针的D型插头座，25针的连接器实际上只有9根连接线，所以就产生了一个简化的9针D型RS-232插头座，常用的就是一个9针的D型插头座。
EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定:
在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V
逻辑0(SPACE)=+3～＋15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V
信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V
介于-3～+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义。因此如果要进行通信，还要对信号的电平进行转换，比如使用MAX3232芯片来转换电平。使用串口进进行通信时，我们最主要关心的时以下这三个引脚：5 GND、2 RXD、3 TXD要完成数据的发送与接收就必须要到上面这三个引脚。而其它引脚是用来控制传输规则的，即握手协议。下面是9针串口（DB9），引脚功能。

图2-4 硬件总电路图

首先在protues中画出如下电路图

图4-1仿真开始电路图

打开虚拟串口软件，建立COM1和COM2为相互连接的一对端口。

打开虚拟串口软件，建立COM1和COM2为相互连接的一对端口。

单击添加端口，即可完成端口添加。

打开虚拟串口软件，建立COM1和COM2为相互连接的一对端口。

单击添加端口，即可完成端口添加。

图4-2 建立虚拟端口

接下来对串口进行设置，设置内容如下：

图4-3 串口设置

对51单片机设置

图4-4  AT89C51单片机设置

启动友善串口助手，选择COM2发送数据。向单片机发送数字3，观察单片机仿真结果。

图4-5 仿真结果

通过本次单片机间串行通信实验设计，使我对单片机有更加深刻的了解，明白了软件与硬件的配合使用，懂得怎样去分析电路及调试程序，虽然在设计过程中遇到很多困难，但是经过进一步查阅相关资料，问题才得以解决，尽管最后设计不是那么完美，不是那么理想，但总体上来说实现了单片机与PC机间串行通信，基本上完成了实验原理所需要求，通过本次设计也使得自己明白软件与硬件相结合的重要性，二者缺一不可，所以在实现硬件连接的同时也要读懂软件所实现的功能。本设计介绍了一种单片机与PC机之间串行通信的设计方法，论文首先介绍了单片机与单片机之间串行通信的工作原理、软件与硬件的实现、研究现状、串行通信的概念以及键盘输入。主要是单片机与单片机之间串行通信的方式和重要的数据位说明，接着提出了可行的设计方案，并从硬件电路设计及软件程序设计两个方面详细介绍了整个设计的工作原理及设计过程，同时验证了方案的可行性。

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。