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单片机串行通信发射机设计说明.doc
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2022-07-18
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单片机串行通信发射机设计说明.doc
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1 绪论
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,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与各自的连接方法。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,与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、不装芯片上电检查与上电装芯片检查。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,在与接受机设置一样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,与在编译后烧入芯片使用的软件 PLDA,后来的加电调试,与遇到的问题,
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:通信协议是否一样,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
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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与自己的心得体会。
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、控制总线与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与位操作方式。
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。
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第三阶段(1982—1990):8 位单片机的巩固发展与 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、大寻址围、强运算能力的 8 位/16 位/32 位通用型
单片机,以与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,
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 口的逻辑操作以与位处理功能。单片机的逻辑控制功能与运行速度均
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 I
2
C(Inter-Integrated Circuit)与 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,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。它的应用遍与各个领域,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
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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,片存储器容量较小,一般片 ROM 小于 4—8K 字节,片 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;程序指令与其常数、表格固化在 ROM 中不易破坏;常用信号通道
均在一个芯片,故可靠性高。
3.易扩展。片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
线与并行、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 口的逻辑操作以与位处理功能。一般来说,单片机的逻辑控制功能
与运行速度均高于同一档次的微处理器。
5.一般的单片机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
始出现了片固化有 BASIC 解释程序与 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,性能和结构各不一样,INTEL、MOTOROLA、ZILCG 等
公司都有系列单片微型计算机。国普与的几乎都是 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 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。
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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,
片震荡器与时钟电路。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
行通信口与中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的容,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。
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