基于单片机的串行通信发射机设计【开题报告】

毕业设计（论文）开题报告

题目：基于单片机的串行通信发射机设计

专业：电子信息工程

一、选题的背景、意义

随着微机和单片机技术的不断发展，由PC机和多台单片机构成的多机网络监控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在实时数据的采集和微机对图形处理，显示的优点[1]。同时，Windows环境下后台微机在数据库管理上具有明显的优势，二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而形成以网络为核心的分布或多点系统发展的趋势。但这些单片机的发展方向和趋势的前提必须有一个良好的通信，使得微机能良好的采集单片机传来的数据[2]。

由于串行通信是一种简单、易行可靠的通信方式，所以在工业控制中已被大量采用。在许多工业生产中用哪个计算机对生产过程实行实时监控，对下位机发送来的数据进行实时数据处理，以及控制信号的产生与传输等功能[3]。在这种工业生产的特定环境下，计算机要与过程控制的实时信号相联系，因此要求计算机能实现对串行端口的直接操作。故本设计就是要通过单片机的发送，让PC机能对单片机发送的数据进行接收。

二、相关研究的最新成果及动态

至今，微机与下位单片机的通信发展已经有十几年的历史了，随着越来越成熟的通信技术和控制系统，PC机与下位机的通信已经实现了产品化、工业化[4]。但是越来越多的现实问题对该通信领域的要求越来越高。如便捷问题，无线的通信。

近年来，上位机与下位机的通信领域研究的势头与日俱增，成果也越来越多。现在该通信领域正朝着网络化、便捷化、无线化发展。

网络化就是以一台PC机为核心机对多个下位机进行数据的采集和处理，并发送相应的命令进行控制。如果有需要的话，各个下位机之间也可以形成通信，以方便满足通信的需要。

便捷化，串口通信已经是非常成熟的一种通信方式，但由于是串口形式，必须PC机上要有RS232接口，这样的连接对于以体积为重要指标的笔记本电脑就

不是非常的方便了，这样，USB接口就应运而生了，这是一种全新的接口模式。

无线化，随着计算机通信和无线技术的逐步融洽，通信已经从传统的有线通信转化到了无线通信，无线通信有快捷、方便、可移动和安全等优势，所以现在已经广泛应用到了遥控玩具、汽车电子、环境监测和电气自动化等领域[5]。

三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

1、研究内容

随着数字、信息化的高速发展，PC机对下位单片机得良好通信就显得尤为重要。串行通信是一种简单、易行可靠的通信方式。故我欲采用以单片机为控制核心，利用串行通信设计并制作一串行通信发射机。电路主要由AT AT89C51单片机和由多个按键组成的控制模块，时钟电路、显示电路、电平转换电路等部分组成。其主要技术指标：

①P1口来控制，通过按键对系统的各个部分进行控制。

②P2、P3口产生信号并通过共阳极数码管来显示。

③软件采用C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[6]。

2、研究方法（技术路线）

本次毕业设计的主要任务与目标是利用单片机实现串行通信，通过对单片机的控制，实现数据的传输。每一部分的实现由按键来控制，当按键按下时，分别给显示电路赋初值，进行通信协议的初始化，计数器的计数[7]。最后发射显示在数码管上的数据，然后在电脑上显示。总的硬件框图如图1所示。

图1硬件框图

1）、硬件部分

由于51系列单片机有优异的性能价格比，内部资源丰富，故本次发射机的主CPU采用AT89C51单片机来实现。

①时钟电路和复位电路

单片机的时钟电路可采用的方式有内部时钟方式和外部时钟方式，但一般情况下都是采用内部时钟方式。复位电路采用的是上电自动复位和开关手动复位.

②AT89C51单片机接口设计

AT89C51单片机内部有一个全双工的串行口，其与外部交换数据用两线即可完成，该引脚与单片机的P3.0(RXD)、P3.1（TXD）共用。可以通过单片机的这两个脚与外部进行通信。

③按键控制与显示部分

按键部分：按键有独立键盘和矩阵键盘之分，但由于本设计用到的控制按键不多，故采用独立按键。这样更清晰、方便。

显示部分：方案①用两位的数码管来显示，方案②可以采用液晶屏来显示。但考虑到液晶的价格和两者的性能，所以选择数码管来显示。

④电平转换电路

主要的电平转换芯片有MAX232、MAX422、MAX485，但考虑到本设计不用考虑信号的传输速度及传输的距离等问题，在遵守资源的合理利用准则下，我采用MAX232芯片来转换电平[8]。

2）、软件部分

软件部分包括两大部分，一是串行口通信的通信协议，二是单片机的控制发射程序[9]。其软件的大致流程图如图2所示。

图2软件流程图

①通信协议的设计，本设计的通信协议包括：

A、串口控制寄存器SCON的设置

根据实际要求，选择合适的串行口工作方式。由SCON中的SM1和SM2决定。

B、定时器的初始化设置.

确定定时器的工作方式，并根据要求的通信波特率来计算定时器需装入的初值。这些的设置都是要对寄存器TMOD进行编程。在启动定时器时，还要编程TCON 寄存器中的TR1位。

C、中断设置

串行口工作在中断方式时，要进行中断设置，这样就要对IE、IP寄存器进行中断设置[10]。

②单片机控制和发射程序的设计

设计单片机通讯程序时，必须充分发挥单片机的效率[11]。由于单片机多应用于使用性较强的控制场合，所以应将及时响应和控制对象的动作放在优先考虑的位置尽量减少通讯等辅助性操作所占用的CPU的时间，而且应尽量减少通讯占用的时间[12]。

基于以上考虑，在设计单片机通讯程序时，将其分成3个部分，按键控制部分、中断接收部分和通讯处理部分。按键程序控制着几时进行发送、显示。中断发送就是当发送的SBUF中有数据要发出，并且串口中断开启，则进入中断，把发送的内容进行发送（通信协议设置好的时）[13]。通讯处理部分，就是显示发射的数据[14]。

3、研究难点

本设计主要的研究难点在软件的编程上：

①通信协议的制作。包括单片机中一些寄存器的赋值、参数的计算等。

②按键程序的编写，要考虑的包括一些逻辑关系，还有就是按键的防抖动程序。

③显示子程序的编写，动态显示过程。

4、预期达到的目标

根据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，要耐心的检查、修改和调试，直到达到预期目的[15]。

四、研究工作详细工作进度和安排

1、2010年11月23日—2010年12月5日

布置毕业设计任务，讲解毕业设计的方法和步骤，查找、分析相关文献资料。

2、2010年12月6日—2011年1月10日

初步拟定系统采取的研究方法、设计路线，完成文献综述、外文翻译的撰写。

3、2011年1月11日—2011年3月5日

整理相关资料，确定系统完成的主要功能，绘制系统的流程图。完成开题报告。

4、2011年3月5日—2011年4月8日

进行详细的系统分析，完成电路的设计，每周汇总情况、问题和进度一次，各人随时可通过电话、ICQ或E-MAIL联系。开始撰写论文大纲及初稿。

5、2011年4月9日—2011年5月3日

系统开发、代码设计、系统调试、修改及优化阶段。

6、2011年5月4日—2011年5月26日

完成毕业论文并提交。

7、2011年5月27日—2011年5月29日

准备毕业论文答辩。

5参考文献

[1] 熊杰.单片机与PC机的串行通信[M].江西：江西环境工程学院，2010.

[2] 陈欣琳，王海峰，金亮.PC机和MCS-51单片机间的串行通信[M].中国科技信息2009年第13期.

[3] 于艳，顾桓.MCS．51单片机和PC机问的串口通信[M].西安：西安理工大学印刷包装工程学院，2007.

[4] 林继光，吴明光.PC机和单片机串行通信程序设计[M].浙江：浙江大学工业控制研究所，2001.

[5] 宋兵跃，吴军辉，黄斌.单片机的高效串行通信研究[M].上海：同济大学现代农业科学与工程研究院.上海：同济大学教育部设施农业网上合作中心，2010.

[6] 张忠华.单片机与PC机串行通信的实现 [M].北京：北京外国语大学信息技术中，2009.

[7] 马壮，张过旭，张雅静，刘陟升.基于PROTEUS的PC机与单片机串行通信仿真系统的设计[M].辽宁：唐山学院信息工程系，河北唐山063000.辽宁：沈阳市自来水大东营业，2009.

[8] 梁中华，王子威，祁春清，索迹.PC机与单片机串行通信的研究[M].辽宁：沈阳工业大学电气工檀学院，沈阳110023．辽宁：辽宁石油化工大学信息工程学院，2005.

[9] 王玮.5 1单片机与P C机串行通信接口的设计[M].湖北：孝感学院物理与