1、1、CDIO設計目的u 通過虛擬串口實現(xiàn)下位機與上位機之間的相互通信。u 通過設計將串口通信的各種方式進行進一步的了解。u 將接收的數(shù)字與發(fā)送的數(shù)字在LCD上進行顯示，從而熟悉液晶顯示屏LCD1602的具體操作。u 熟練掌握C語言在單片機上的編程應用。u 將各學科之間的的知識進行綜合運用，并能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能設計。2、CDIO設計正文2.1串口通信原理串行通信是CPU與外界交換信息的一種基本通信方式。通信時僅需一到兩根傳輸線，且每次只能傳送一位，適用于長距離傳輸，但速度較慢。MCS51串行口是一個可編程的全雙工串行通信接口，其對應的引腳為P3.0（10腳）和P3.1（11腳），分別為RXD和T

2、XD，通過軟件編程它可以作通用異步收發(fā)器用，也可以做同步移位寄存器使用，其幀格式有8位、10位和11位3種，并能設置各種波特率。MCS51串行口有兩個獨立的緩沖器，即發(fā)送緩沖器和接收緩沖器，且共用一個地址99H（SBUF）。同時，MSC51串行口可以用軟件設置成4種不同的工作方式。2.1.1串行口的工作原理通過對特殊功能寄存器串行口控制寄存器中SM0、SM1兩位的操作，MCS51單片機串口通信工作方式有4種，與串行口有關(guān)的特殊功能寄存器有串行口控制寄存器SCON、電源控制寄存器PCON和定時器T1，主要確定了串口通信的工作方式和波特率的計算方法。（1）串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF是兩個在物

3、理上相互獨立的接收，發(fā)送緩沖器，可同時發(fā)送，接收數(shù)據(jù)，兩個緩沖器共用一個字節(jié)地址，為99H，可字節(jié)尋址，不可位尋址，復位值為00H?？赏ㄟ^編程對SBUF的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作。CPU寫SBUF，就是修改發(fā)送緩沖器； CPU讀SBUF，就是讀接收緩沖器，在硬件結(jié)構(gòu)上，串行口對外有兩條獨立的收發(fā)信號線RXD和TXD，因此可以同時發(fā)送，接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全雙工傳送。（2）串行口控制寄存器SCONSCON寄存器用于確定串行通信的工作方式、接收和發(fā)送控制、串行口的中斷狀態(tài)標志，它既可以是字節(jié)尋址，也可以是位尋址，字地址為98H，其復位值為00H。SM0，SM1工作方式控制位，

4、可構(gòu)成4種通信工作方式，分別為：方式0-同步移位寄存器；方式1-10位異步收發(fā)；方式2-11位異步收發(fā)；方式3-11位異步收發(fā)。SM2多機通信控制位，用于主一從式多機通信控制，因多機通信是在方式2和方式3下進行，因此SM2位主要用于方式2和方式3。若SM2=1，則允許多機通信。若SM2=0，則不屬于多機通信情況，接收到一幀數(shù)據(jù)后，無論第9位（D8）是0還是1，都置中斷標志RI=1，接收到的數(shù)據(jù)裝入接收/發(fā)送緩沖器（SBUF）中。在工作方式1時，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時中斷標志RI才置1，以便接收下一幀數(shù)據(jù)；在工作方式0時，SM2必須為0。REN允許接收控制位，用軟件置1或清零，R

5、EN=1，允許接收；REN=0，禁止接收。 TB8發(fā)送數(shù)據(jù)位8，在方式2和方式3時，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在多機通信中，以TB8位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù)：TB8=0為數(shù)據(jù)，TB8=1為地址，該位由軟件置位或清零，此外，該位還可以作為數(shù)據(jù)的奇偶檢驗位。 RB8接收數(shù)據(jù)位8，在工作方式2和工作方式3種，它是接收到的第9位數(shù)據(jù)位，既可以作為約定好的奇偶檢驗位，也可以作為多機通信時的地址幀或數(shù)據(jù)幀標志。在工作方式1中若SM2=0，則RB8是接收到的停止位，在工作方式0種不使用RB8。TI發(fā)送中斷標志位，在工作方式0中，發(fā)送完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置1，向CPU申請接收中斷，CPU響應中斷

6、后，必須用軟件清零；在其他方式下，在發(fā)送停止位前，由硬件置位。RI接收中斷標志位。在工作方式0種，接收完8位數(shù)據(jù)后，由硬件置1，向CPU申請發(fā)送中斷，CPU響應中斷后，必須用軟件清零；在其他方式下，在接收到停止位的中間時刻由硬件置1，中斷響應后也必須用軟件清零。串行發(fā)送中斷標志位TI和接受中斷標志位RI是同一個中斷源，在全雙工通信中，必須用軟件來判別是發(fā)送中斷請求還是接收中斷請求。（3）電源控制寄存器PCON PCON主要是為CHMOS型單片機上實現(xiàn)電源控制而設置的專用寄存器，單元地址為87H其中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān)。SMOD稱為波特率選擇位。在工作方式1，2，3中若SMOD=1，

7、則波特率提高一倍；若SMOD=0，則波特率不加倍。除了以上3種特殊功能寄存器以外，串口的工作還與定時器T1和中斷允許寄存器IE有關(guān)，定時器T1主要在工作方式1，工作方式2中用于計算波特率，而IE主要用于接收/發(fā)送中斷的允許控制，ES=0，禁止串行中斷，ES=1，允許串行中斷。2.1.2串行通信的波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數(shù)就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒內(nèi)可以傳輸?shù)牟ㄌ匚粩?shù)。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M的晶振來計算，那么它的波特率可以達到1M。模式2的波特率是固定在fosc/64或fosc

8、/32，具體用那一種就取決于PCON寄存器中的SMOD位，如SMOD為0，波特率為focs/64,SMOD為1，波特率為focs/32。模式1和模式3的波特率是可變的，取決于定時器1或2（52芯片）的溢出速率。計算這兩個模式的波特率可以用以下的公式去計算。波特率（2SMOD32）定時器1溢出速率 （1）上式中如設置了PCON寄存器中的SMOD位為1時就可以把波特率提升2倍。通常會使用定時器1工作在定時器工作模式2下，這時定時值中的TL1做為計數(shù)，TH1做為自動重裝值，這個定時模式下，定時器溢出后，TH1的值會自動裝載到TL1，再次開始計數(shù)，這樣可以不用軟件去干預，使得定時更準確。在這個定時模式

9、2下定時器1溢出速率的計算公式如下：溢出速率（計數(shù)速率）/(256TH1) （2） 上式中的“計數(shù)速率”與所使用的晶體振蕩器頻率有關(guān)，在51芯片中定時器啟動后會在每一個機器周期使定時寄存器TH的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51芯片的計數(shù)速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M的晶振用在51芯片上，那么51的計數(shù)速率就為1M。通常用11.0592M晶體是為了得到標準的無誤差的波特率。如我們要得到9600的波特率，晶振為11.0592M和12M，定時器1為模式2，SMOD設為1，分別看看那所要求的TH1為何值。代入公式：11.0592M9600(232)(11.0592

10、M/12)/(256-TH1)TH125012M9600(232)(12M/12)/(256-TH1)TH1249.49上面的計算可以看出使用12M晶體的時候計算出來的TH1不為整數(shù)，而TH1的值只能取整數(shù)，這樣它就會有一定的誤差存在不能產(chǎn)生精確的9600波特率。本次設計中為了得到精確地波特率，采用的晶振頻率為11.0592MHz，此外定時器工作在方式2，即八位自動重裝載，串口工作在方式1.2.2接收與發(fā)送數(shù)據(jù)顯示下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)與上位機接受的數(shù)據(jù)都是通過LCD1602來進行顯示的，其引腳圖如圖1所示。圖1 LCD1602引腳圖下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)與上位機接受的數(shù)據(jù)都是通過LCD1602來進行顯示

11、的。1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表1所示: 表1：引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選

12、擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。2.2.1 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2所示：表2：控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000

13、000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址0

14、0H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字

15、符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。表3：基本操作時序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無對LCD進行些操作時的時序圖如圖2所示圖2 寫操作時序2.2.2 1602LCD的RAM地址映射液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行

16、每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3是1602的內(nèi)部顯示地址。例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。圖3 1602LCD內(nèi)

17、部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。2.2.3 1602LCD的一般初始化過程延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀

18、/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令38H：顯示模式設置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標移動設置寫指令0CH：顯示開及光標設置2.3軟件設計本次設計過程中當接收到數(shù)據(jù)后CPU響應中斷，對接接收到得數(shù)據(jù)進行顯示后退出中斷，主函數(shù)以及中斷函數(shù)的流程圖如圖4與圖5所示。是開始初始化液晶初始化串口將下位機發(fā)送的數(shù)轉(zhuǎn)換為ASCII，并送入LCD顯示將要發(fā)送的數(shù)，送入單片機的SBUFTI是否為1？否將原來發(fā)送的數(shù)加1將TI置0進入中斷將SBUF的值賦給temp將temp轉(zhuǎn)換為ASCII并送LCD顯示將RI清0退出中斷圖4 主函數(shù)流程圖 圖5中斷流程圖2.4硬件仿真及調(diào)試圖6

19、硬件設計總體仿真電路圖由于本次設計只是仿真，并沒有進行硬件電路的搭建，因此仿真時采用的是虛擬串口，通過軟件增加了一對虛擬串口COM1，COM4，其設置界面如圖7所示。圖7 虛擬串口調(diào)試設置界面當仿真開始后下位機發(fā)送的數(shù)進過虛擬串口發(fā)送上位機通過串口調(diào)試助手進行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，其，仿真時下位機與上位機的波特率均設置為9600，串口調(diào)試助手工作時界面如圖8所示。圖8 串口調(diào)試助手仿真界面3、CDIO設計總結(jié)本次設計住實現(xiàn)了上位機與下位機之間簡單的通信，上位機通過串口調(diào)試助手發(fā)送一個十六進制的數(shù)經(jīng)過虛擬串口，可以被下位機接收，并在LCD進行顯示。在老師講述單片機課程的時候，對單片機的串口通信知識進

20、行了原理上的簡單了解，對實際應用過程中應考慮的一些問題并沒有過多的了解，通過本次設計，對單片機串口通信這部分的內(nèi)容進行了更深層次的學習，知道了很多可是跟你學不到的東西。另外本次設計中，對收發(fā)的數(shù)據(jù)進行顯示時用到了LCD液晶1602，剛開始學習是覺得液晶顯示很神奇，再設計過程中，通過自己看教學視頻進行學習，對液晶的原理，以及操作命令等有了比較詳細的了解。一開始進行操作時由于對液晶顯示的時序不是很清楚，知識把液晶顯示的代碼簡單的堆在了一起，結(jié)果運行時，液晶不能顯示。后來，自己仔細對1602的時序圖進行學習后，才發(fā)現(xiàn)液晶初始化時，每條命令都是有先后順序的?？傊?，通過本次設計鍛煉了我查找錯誤時的耐力，

21、也是我對與C語言在單片機上的編程變得更加熟練，為以后進一步學習打下了堅實的基礎。4、參考文獻1 康華光主編,電子技術(shù)基礎(數(shù)字部分)M北京:高等教育出版社,2000.62 謝自美主編,電子線路設計/實驗/測試M武漢:華中科技大學出版社，2000.73胡漢才單片機原理與其接口技術(shù)（第二版）M北京：清華大學出版社，20044彭偉，單片機C語言程序設計實例100例.電子工業(yè)出版社.2009，06CDIO設計評 語課程設計成 績指導教師（簽字） 年 月 日代碼：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar table

22、10=send data:;uchar table113=receive data:;sbit lcden=P22;sbit lcdrs=P20;sbit lcdrw=P21;uchar num,flag;uchar c;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/ 寫命令子函數(shù)void write_cmd(uchar cmd) lcdrs=0;lcden=0; P0=cmd; lcdrw=0; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;delay(5); /寫數(shù)據(jù)子函數(shù) void wr

23、ite_data(uchar dataa) lcdrs=1; P0=dataa;/lcdrw=0; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0; /液晶初始化 void init() lcden=0; write_cmd(0x38);/ 設置16*2顯示，5*7的點陣，8位數(shù)據(jù)口 write_cmd(0x0c);/開顯示，不顯示光標 write_cmd(0x06); write_cmd(0x01);/清屏 write_cmd(0x80);/初始化數(shù)據(jù)指針 for(num=0;num10;num+) write_data(tablenum);delay(5); write_cmd(0x80+0x40); for(num=0;num14;num+) write_data(table