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项目五 通信口应用与控制
一、教学目标
1.了解单片机串口通信相关知识及单片机串口控制寄存器位含义。
2.掌握单片机串口通信的波特率、传送方式、传送控制的设置并运用在程序设计中。
3.了解RS232协议基本知识，认识RS232接口及MAX232芯片功能。
4.熟悉基本的单片机与上位机通信程序。
二、课时分配
本项目共2个任务，安排6课时。
三、教学重点
通过本项目的学习，让学生学习单片机双向控制系统设计、无线抄表系统的控制设计的识读及简单分析；从本项目开始，我们将利用51系列单片机串口进行单片机双向通信控制系统设计与无线抄表系统的控制设计两个任务的学习与实训，从而掌握单片机串行口的设计应用与通信协议程序的设计方法。让学生由理论联系实践，在教学过程中培养学生自主性、研究性学习方法和思想。
四、教学难点
1.掌握串口通信助手等适用软件的运用。
2.掌握PROTEUS内置虚拟终端的使用。
五、教学内容
任务一 单片机双向控制系统设计
知识准备
51系列单片机上有一个通用异步接收／发送器UART，通过引脚RXD（P3．0）和TXD（P3．1）可与外部电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由TXD端送出，接收时数据由RXD端输入。这样就可以实现双机通信，即不仅能实现单片机与单片机之间，而且可以通过电平转换电路实现单片机与工控机或计算机的通信。
一、 串行通信概述
1. 数据的通信方式
数据通信方式有并行通信与串行通信两种，示意图如图所示。
（1） 并行通信
（2） 串行通信
2. 串行通信的分类
（1） 同步通信
（2） 异步通信
3. 串行通信的方向
串行通信的方向分为单工传送与双工传送。双工传送又分为半双工传送与全双工传送。
（1）在串行通信中，把通信接口只能发送或接收的单向传送方法叫做单工传送。比如发射台、收音机或电视机等设备。
（2）把数据在甲乙两机之间的双向传递，称之为双工传送
二、　串行接口的组成
1. 串行接口的结构
串行接口主要由发送数据缓冲器、发送控制器、输出控制门、接收数据缓冲器、接收控制器、输入移位寄存器、波特率发生器T1等组成。
2. 串行数据缓冲器SBUF
SBUF对应着两个寄存器,一个是串行发送寄存器,另一个是串行接收寄存器，但它们都用SBUF这一个名称，且统一编址为99H，故初学者往往搞不清楚。
3. 串行口的特殊功能寄存器
（1） 串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCON用于定义串行口的工作方式及实施接收和发送控制，该寄存器地址为98H，其各位定义如表511所示。
SM0、SM1——串行口工作方式选择位，其定义如表所示。
② SM2——多机通信控制位:
③ REN——接收允许控制位:
④ TB8——要发送数据的第9位:
⑤ RB8——接收到的数据的第9位:
⑥ TI——发送中断标志:
⑦ RI——接收中断标志位:
（2） 电源控制寄存器PCON
① SMOD——波特率加倍位:
② GF1、GF0——普通标志位:
③ PD——掉电工作模式:
④ IDL——空闲工作模式:
4. 串行口工作方式
（1） 方式0方式0为移位寄存器输入/输出方式。可外接移位寄存器以扩展I/O口，也可以外接同步输入/输出设备。8位串行数据是从RXD输入或输出，TXD用来输出同步脉冲。
（2） 方式1方式1为波特率可变的10位异步通信接口方式。发送或接收
一帧信息，包括1个起始位0，8个数据位和1个停止位1。
（3） 方式2 方式2为固定波特率的11位UART方式。它比方式1增加了一位可程控的为1或0的第9位数据。
（4） 方式3方式3也为波特率可变的11位UART方式。除波特率外，其余与方式2相同。
5. 波特率的概念与选择
在前面的学习中，我们发现有一个名称频繁出现，那就是波特率。所谓波特率，就是每秒钟传送的二进制的位数，单位是bps(bits per second)。它是衡量串行数据传输速度快慢的一项重要指标。
（1） 方式0的波特率
方式0波特率＝fosc／12
（2） 方式2的波特率串行口方式2波特率的产生与方式0不同，即输入的时钟源不同，其时钟输入部分如图所示。
（3） 方式1和方式3的波特率方式1和方式3的移位时钟脉冲由定时器T1的溢出率决定，因此，8051串行口方式1和方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定。如图所示。
任务实施
一、原理图的绘制
A机的P3.0即串行口接收端（RXD）与P3.1即串行口发送端（TXD）分别接B机的P3.1（TXD）与P3.0（RXD），见图。
二、 编写源程序
三、 编译与仿真
将上述源程序在KEIL C中编译并生成HEX文件，在PROTEUS中作原理图仿真。A机程序与B机程序分开编译，在PROTEUS中模拟烧录时也应分别烧录。
PROTEUS仿真结果如图所示。读者要注意的是，PROTEUS对单片机的仿真，在画原理图时可以省略最小化系统部分，但在实际做套件时，是不能省略的。
目标检测
任务二 无线抄表系统的控制设计
知识准备
无线抄表是利用先进的计算机技术和通信技术自动获取和处理用户表数据的一种手段，是提高供电企业自动化管理水平的需要，也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。
一、 RS232串行接口基本知识
RS232接口（又称 EIA RS232C）是目前最常用的一种串行通信接口。
RS232接口一般有两种，一种是25针（或25孔）座，称为DB25；一种是9针（或9孔）座，称为DB9。如图所示。
在单片机与上位机串行通信中经常采用的是DB9。这是一种9针（或9孔）标准座，图所示为这种接口的原理图。每个插针或插座的使用意义。
二、 TTL电平与RS232电平的转换
TTL电平与RS232电平转换在早期是用MC1488或75188等芯片实现TTL电平转RS232电平；用MC1489或75189等芯片实现RS232电平转TTL电平。现在用得最多的转换芯片是MAX232、HIN232或MAX202等，这些芯片的最大优点在于实现了TTL电平与RS232电平之间的相互转换。
1. 串口调试工具的使用
通过上面的学习已经知道，单片机与上位机之间的通信主要考虑的是逻辑电平的匹配问题，而这个问题已经通过MAX232芯片转换至RS232解决。
2. KYL610无线传输模块介绍
外形尺寸为40mm×24mm×6mm(不包括天线接头)，见图。
（1） 主要特点
① 载波频率： 433MHz。也可定制其他频段。如300～350 MHz, 390～460MHz及780～925 MHz。
② 多种可选的通信接口： RS232、TTL 或RS485 接口。
③ 数据格式： 8N1/8E1/8O1(也可提供其他格式，如 9 位数据位)。
④ 传输效率： 1200、2400、4800、9600、19200、38400、100kbps，250bps。
⑤ 16个通信信道，也可根据客户要求扩展。
⑥ 透明的数据传输： 提供透明的数据接口，能适应任何标准的用户协议。
（2） 应用领域
① 水、电、气等无线抄表系统及工业遥控、遥测及楼宇自动化、安防、机房设备无线监控、门禁系统。
② 无线呼叫系统、无线排队机、医疗器。
③ 无线 POS、PDA。
④ 无线数据传输，自动化数据采集系统 。
⑤ 无线 LED 显示屏、抢答器等,智能交通。
（3） 详细规格
① 供电电源： 　DC3.1～5.5V；
② 输出功率： ≤50mW；
③ 发射电流： ＜40mA；
④ 接收电流： ＜20mA(TTL接口)；
⑤ 接收灵敏度： -112dBm(1200bps)；-108dBm(9600bps)
（4） 接口定义接口定义如表所示。
3. 软件设置
信道与频率的对应关系如表所示。
4. 模块使用方法
（1） 电源KYL610 无线电数传模块使用直流电源，工作电压从 3.1V～5.5V。
（2） 模块与串行口的连接
（3） 模块上的指示灯
（4） 关于模块的数据传输
（5） 标准配置
① KYL610无线传输模块一只。
② 6PIM扁平连接线一条。
③ 弹簧天线一支。
（6） 可选配件
① RS232接口编程连接线
USB接口编程连接线
数据传输测试设备
④ 可选天线
5. KYL610无线数传调试软件的使用
当把一块KYL610无线传输模块（用TTL接口电平）接到单片机的RXD与TXD；再用一块KYL610无线传输模块（用RS232接口电平）接至个人电脑的RS232口时，原来的串口通信程序不需作任何修改，就做到了单片机与上位机之间的无线通信。
任务实施
原理图的绘制
二、 编写源程序
三、 编译与仿真
将上述源程序在KEIL C中编译并生成HEX文件，在PROTEUS中作原理图仿真。在作PROTEUS仿真时须注意以下几个关键点，这是仿真成功与否的关键。
目标检测
六、课后习题
完成每个任务的目标检测。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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