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单片机与PC机的通信技术研究

  • 简介:摘 要:随着PC机技术和单片机技术的日益成熟,单片机与PC机通信技术的应用也越来越广泛。从家用电器、工业控制到医疗仪器、军事应用都涉及到单片机与PC机的通信。 本论文根据RS-232标准,以单片机AT89C51为基础,通过电平转换芯片MAX232,连接到计算机的D...
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摘 要:随着PC机技术和单片机技术的日益成熟,单片机与PC机通信技术的应用也越来越广泛。从家用电器、工业控制到医疗仪器、军事应用都涉及到单片机与PC机的通信。 本论文根据RS-232标准,以单片机AT89C51为基础,通过电平转换芯片MAX232,连接到计算机的DB9串行端口,然后用Visual C++编写PC机端通信程序,用汇编语言编写单片机端通信程序,从而实现PC机与单片机的串行通信。
论文先从理论方面讲述串行通信的基本知识,如同步通信、异步通信、通信协议、波特率等,然后研究了调制解调技术原理、调制解调器的功能和基于MODEM的单片机与PC机远程通信等,接着研究了三态逻辑编/解码技术在数据通信中的应用和差错控制技术,再接着讲述了单片机串行接口以及单片机与PC机的通信原理,其中包括系统原理图的设计和程序流程的设计,最后根据所设计的系统原理图做出实验电路板。

关键词:串行通信,调制解调,编码/解码,Visual C++

ABSTRACT:With the development of PC technology and single-chip technology, the application of communication technology between single-chip and PC is more and more popular. From domestic electric appliances and industry control to medical instrument and military application all involve communication between single-chip and PC. According to the RS-232 standard, the dissertation base on single-chip AT89C51 to implement the short distance serial communication between PC and single-chip , then, it connect the PC serial port —DB9 with level transformation chip MAX232. Finally, programming with Visual C ++ in PC system and writing assembly language program in single-chip to actualize PC and single-chip serial communication.
This article first narrates the serial communication elementary theory knowledge, such as synchronous communication, asynchronous communication, communications protocol, baud rate.etc.Then the dissertation study the principium of modulation and demodulation technology, and the function of modem, the long-distance communication base on the MODEM between single-chip and PC,and so on. Following, the dissertation study the three-state logic code/decoding technology in data communication application and the error control technology. Again the article narrates the communications principium between single-chip and PC as well as serial interface of single-chip, including the design of system schematic diagram and program flow. Finally according to the system schematic diagram which design in the dissertation to make the experiment board.


KEYWORDS: Serial communication;Modulation demodulation; Code/decoding; Visual C++

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
1前言 1
2串行通信基础 3
2.1 数据通信、通信协议基本知识 3
2.2 串行通信的基本知识 3
2.2.1 串行通信的通信方式 3
2.2.2 串行通信的连接方式 5
2.2.3 波特率 6
3数据通信中的调制解调技术及应用 7
3.1 调制解调技术原理 7
3.2 调制解调器概述 7
3.2.1 调制解调器的构成和功能 7
3.2.2 MODEM的调制解调原理 8
3.3 基于MODEM的单片机与PC机之间的远程通信 9
3.3.1 PC机串行通信结构 9
3.3.2 单片机与PC机之间的硬件接口 10
3.3.3 调制解调器常用的控制信号和状态信号 10
4数据通信中的三态逻辑编/解码技术及应用 12
4.1编码器MC145026芯片及其编码功能 12
4.2解码器MC145027和MC145028芯片及其解码功能 12
4.3 用编/解码器实现PC机与单片机间的通信 13
4.3.1 PC机打印接口的的利用 13
4.3.2 通信方法 14
4.4 差错控制技术 15
4.4.1 差错控制的基本工作方式 15
4.4.2常用的差错控制编码 16
5 RS-232C总线标准接口技术 18
5.1 RS-232C接口介绍 18
5.2 RS-232C电平转换器MAX232介绍 19
6 MCS-51的串行接口 21
6.1 MCS-51串行口结构 21
6.1.1 串行口数据缓冲器SBUF 21
6.1.2 串行口控制寄存器SCON 21
6.1.3 特殊功能寄存器PCON 22
6.2 MCS-51串行口工作方式 23
6.3 MCS-51串行口的波特率 24
7单片机与PC机的通信原理 25
7.1 AT89C51单片机简介 25
7.2 原理图设计 28
7.3 程序设计 29
7.3.1程序设计流程图 29
7.3.2 串行口初始化 30
8用Visual C++6.0开发串口通信软件 31
8.1 ActiveX控件介绍 31
8.1.1 事件驱动法 31
8.1.2 查询法 32
8.2 设置MSComm控件属性 32
8.3 编程实现 34
9 运行测试 35
9.1 单片机传送数据到PC机 35
9.2 单片机接收PC机传送的数据 36
10 总结 37
鸣 谢 38
参考文献 39

1前言
随着计算机技术的发展,单片机的应用也越来越广泛,如:在工业控制、数据采集、家用电器以及仪器仪表自动化等许多领域都起着十分重要的作用。但在实际应用中,在要求数据量大的应用场合,单片机往往难以胜任,而PC机着重发展海量高速数值运算技术,其控制能力是有限的。这时使用多个单片机结合PC机组成分布式系统是一个比较好的解决方案,这样单片机与PC机的数据通信技术就变得十分重要[1]。
在目前的许多实时工业控制和数据采集系统中,多采用PC机作上位机和多个单片机作下位机的主从式系统。在主从分布式控制系统中,单片机主要完成实时数据采集,被采集数据经初步处理后通过串口传送给主机。主机将从机发送来的数据进行处理后随时向用户提供各种统计报表。主机同时根据从机接收的过程参数进行判断处理,并给从机(单片机)发送各种控制命令。在这样的分布式控制系统中,就需要实现主机向从机发送数据或主机从从机接收数据,即单片机与微机的串行通信,这样便可以弥补单片机在数据处理方面的不足和PC机在控制方面的欠缺。
单片机作为嵌入式系统的一种,从MCS-51系列起,串行通信模块作为一个重要功能,被集成到了单片机内部,已在自动化控制以及家电产品等领域得到了广泛的应用。常见的单片机系统都具备一个串行口(如AT89C51),有的还具备了两个串行口(如DS80C320系列)甚至多个串行口。这些串行口就是单片机的串行通信模块,通过串行通信接口可把单片机与PC机连接起来进行数据传输。
单片机技术和PC机技术在现实生活中都起着不可取代的作用,而结合这两种技术的应用有着极大的发展前景。单片机和PC机串行通信技术有着其特有的魅力,现已经在工业、农业、科研等各个领域广泛地应用。它凭着成本低、实现简单等特点,在单片机与PC机的通信中占着一席之地。如今形成了RS-232总线标准、RS-485总线标准、 总线、CAN总线、无线通信、USB总线等并行发展的趋势。可以预测单片机和PC机串行通信技术的应用将更为广泛,并随着其他新技术的发展而发展。
由于硬件条件、研究环境等因素,比较适合本研究的有RS-232接口和USB接口两种标准。然而USB结构复杂,相对成本高、协议也十分复杂,程序量大、而AT89C51芯片内只有相当小容量的ROM。因而先进USB接口在单片机中并不适合,而RS-232接口是最为常用的串行接口标准,大量的集成设备、工业产品都提供了RS-232接口,因此,单片机应用系统的设计中,RS-232通信设计占首要位置。还有,由于分布参数的影响,并行通信在传输过程中会产生波形变差,而串行通信则不会出现这样的情况,并且串行通信具有传输可靠、实现简单方便等特点,因此本文研究的是基于RS-232的串行通信。
本论文设计主要研究的是单片机与PC机的通信技术,而就其应用来说,从数据的调制解调到编码解码,最后到串行通信是一个比较复杂的问题,由于时间、资源、经费等条件的限制,论文的程序设计和电路设计都没有涉及调制解调及编码解码(包括检错和纠错)技术,它以AT89C51单片机为例,将单片机设计成下位机(用汇编语言编写通信程序),并将PC机设计成上位机(用Visual C++开发串口软件),这样就构成一个主从式的通信系统,验证它们之间的串行通信。
2串行通信基础
2.1 数据通信、通信协议基本知识
数据通信是为了实现计算机与计算机或终端与计算机之间的信息交互而产生的一种通信技术,例如电报通信、计算机通信等。数据通信的方式有两种,串行通信和并行通信。
(1)并行通信:并行通信是指两个功能模块之间有多条数据信号传送线,这样两模块之间可以一次同时传送多位数据,传送速度快。
由于所需的数据传送线较多,造价高,因此并行通信适用于近距离、快速数据交换的场合。如图2-1所示。
(2)串行通信:串行通信是指两个功能模块之间只通过一对传输线进行数据交换。
而通信协议是对数据传送方式的规定,包括数据格式定义和数据定义等,它包括三方面的内容:
(1) 语法:即确定协议元素的格式,包括数据格式和信号电平等。
(2) 语义:即确定协议元素类型和内容,包括用于相互协调及差错处理的控制信息。
(3) 定时关系:即确定通信进程中通信状态的变化,包括速度匹配和时序[2]。
串行通信协议包括同步协议和异步协议两种。在此只讨论异步串行通信协议和异步串行协议规定的字符数据的传送格式。

2.2 串行通信的基本知识
2.2.1 串行通信的通信方式
在实际应用中,串行通信又分为同步通信和异步通信两种方式。
(1)同步通信:是指在一个数据块的开头使用同步字符。数据传送时要分成组(或帧),一组含多个代码或多个独立码元。
数据传送时,在数据块中首先发同步字符,一般为1~2个。接收端首先接收同步字符,确认同步后开始接收数据。采用同步方式传送,硬件设备较为复杂,但与异步传送相比,同步传送速率高。同步通信的格式如图2-3所示。
①标志位:当串行传输线不传输数据时,它所处的状态称为标志状态,用以告知对方目前是处于待机闲置的状态下,此信号一直处于逻辑“1”的状态。
②起始位:通信线上没有数据被传送时处于逻辑“1”状态。当发送设备要发送一个字符数据时,首先发出一个逻辑“0”信号,这个逻辑低电平就是起始位。起始位的作用是使设备同步,通信双方必须在传送数据位前协调同步。
③数据位:在起始位发送后,便将要传送的数据一位一位传输出去(位0最先输出),它可以是5位(D0-D4)、6位、7位或8位(D0-D7)。
④奇偶校验位:在传送完每一位数据后,便可以发送奇偶检验位,它用于有限差错检测。如果是偶检验,那么组成数据位和奇偶位的逻辑“1”的个数必须是偶数;如果是奇检验,则逻辑“1”的个数是奇数。
⑤停止位:在奇偶位或数据位之后发送的是停止位,它是一个字符数据的结束标志,它的位数可以是1个、1.5 个或2个。在串行传输中,加入开始及结束位的主要功能是让收发两端可以随时获得同步,使得数据传输无误[3]。
数据在异步通信中,数据是一帧一帧传送的,异步传送数据格式如图2-5所示。

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