单片机与PC机的串口通信摘要单片机由于性价比高、使用灵活等优点而广泛应用于各种电子系统、自动控制系统，但是其存储容量小，处理的数据量不大。
为了克服这一缺点，我们可以将单片机连接到PC机上，由单片机采集数据，然后将数据汇总到PC机，再进行各种数据处理。
单片机与PC机一般采用串行通信，由于51系列单片机中一般集成了全双工的串行端口，只要配以电平转换的驱动电路、隔离电路就可组成一个简单可行的通信接口。
PC机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，本设计将通过电平转换电路实现单片机与PC机中的RS-232标准总线之间的串行通信。
这也是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。
关键词：单片机，PC机,串行通信，电平转换，总线目录第一章：绪论 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)课程设计（论文）用纸1.3课程设计的技术要求 (2)1.3.1课程设计的具体要求如下 (2)1.3.2本设计的主要功能 (2)第二章：硬件电路的设计 (3)2.1 串行通信的基本原理 (3)2.1.1 串行通信的概念及分类 (3)2.1.2 串行口的工作方式 (4)2.2硬件电路设计方案 (5)2.2.1整体设计思路及原理 (5)2.2.2 AT89C51 单片机简介 (6)2.2.3 单片机外围电路设计 (8)2.2.4 MAX232芯片简介 (11)2.2.5 接口电路设计 (13)2.2.6 硬件电路设计图 (14)第三章软件设计 (16)3.1 单片机与PC总体设计流程图 (16)3.2单片机程序设计流程图 (16)3.3 PC机程序设计流程图 (18)第四章总结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)第一章：绪论1.1课题研究的目的和意义单片机与PC机串行通信端口在系统控制的范畴中一直占据着及其重要的地位，它不仅没有因为时代的进步而遭淘汰，反而在规格上越来越完善，应用也越来越广泛。
作为一种基本而又灵活方便的通信方式，串口通信被广泛应用于PC与PC或者PC与单片机之间的数据交换以及其他工业控制与自动控制中。
如今，在很多场合中，要求单片机不仅能独立完成单机的控制任务，还要能与其他数据控制设备（单片机、PC机等）进行数据交换。
因此如何实现PC机与单片机之间的通信具有非常重要的现实意义。
1.2 所属领域的现状及发展状况单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
现在可以说单片机是百花齐放的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,它们各具特色,互成互补,为单片机的应用提供广阔的天地。
通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。
随着低价位OTP及各种特殊类型片内程序存储器的发展,加之处围接口不断进入片内,推动了单片机“单片”应用结构的发展。
特别是I2C、SPI 等串行总线的引入,可以使单片机的引脚设计得更少,单片机系统结构更加简化及规范化。
单片机改变了我们生活,纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机, 单片机有着广阔的应用前景。
如今，随着单片机和微机技术的不断发展,特别是网络技术在测控领域的广泛应用,由PC机和多台单片机构成的多机网络测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采集和微机对图形处理、显示的优点。
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,而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。
1.3课程设计的技术要求1.3.1课程设计的具体要求如下1) 掌握单片机的工作原理与接口设计。
2) 完成硬件设计, 包括硬件选择及硬件原理图绘制。
3) 完成软件设计,绘制程序流程图。
1.3.2本设计的主要功能根据要求，设计一个51单片机与PC串口通信电路，实现单片机与PC机之间的通信。
设计主要分为硬件设计和软件设计两大模块，本设计主要侧重于硬件电路的实现。
本设计将实现以下功能，即单片机通过串行口向PC发送字符串并且可以接收由PC发送过来的数字。
具体实现结果为：将从单片机键盘上键入的字符显示到PC显示器上，将PC 键盘输入的数字（0-9）显示到单片机的数码管上。
第二章：硬件电路的设计2.1 串行通信的基本原理2.1.1 串行通信的概念及分类通信的基本方式可分为并行通信与串行通信两种。
并行通信：是将组成数据的各位同时传送，并通过并行门（如P1口等）来实现。
在并行通信中，数据传送线的根数与传送的数据位数相等，传送数据速度快，但所占用的传输线位数多。
因此，并行通信适合短距离通信。
如图2-1所示。
串行通信：是指数据一位一位地按顺序传送。
串行通信通过串行口来实现。
在全双工的串行通信中，仅需要一根发送线和一根接收线，串行通信可大大节省传送线路的成本，但数据传送速度慢。
由于其所需电缆线少，接线简单，所以在较远距离传输中，得到了广泛的运用。
如图2-2所示。
图2-1 并行通信图2-2 串行通信串行通信有同步通信和异步通信两种基本方式。
（1）异步通信方式：数据通常是以字符(或字节)为单位组成字符帧传送的。
发送方发送各个字符的间隔时间是不定的，收发双方各用自己的时钟源来控制发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步。
接收端是依靠字符帧格式来判断发送端是何时开始发送及何时结束发送。
平时，发送线为高电平(逻辑“1”)，每当接收端检测到传输线上发送过来的低电平逻辑“0”(字符帧中起始位)时，就知道发送端已开始发送，每当接收端接收到字符帧中的停止位时，就知道一帧字符信息己发送完毕。
（2）同步通信方式：是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。
这里的信息帧和异步通信中的字符帧不同，通常有若干个数据字符。
同步字符帧由同步字符、数据字符和校验字符三部分组成。
同步字符位于帧结构开头，用于确认数据字符的开始(接收端不断对传输线采样，并把采到的字符和双方约定的同步字符比较，只有比较成功后才会把后面接收到的字符加以存储)；数据字符在同步字符之后，个数不受限制，由所需传输的数据块长度决定；校验字符有1～2个，位于帧结构末尾，用于接收端对接收到的数据字符的正确性的校验。
在本次课程设计中采用的是串行异步通信方式。
2.1.2 串行口的工作方式51单片机串行口有4种工作方式——方式0，方式1，方式2，方式3。
（1）方式0：设定SM0，SM1为00时，串行接口工作于方式0，在方式0下，RXD（P3.0）为数据输入/输出端，TXD（P3.1）为同步脉冲输出端，发送或接收的数据为8位低位在前，高位在后，方式0的波特率固定为fosc/12，也就是每一机器周期传送1位数据，方式0可外接移位寄存器，将串行接口扩展为并行接口，也可外接同步输入输出设备。
（2）方式1：当设定SM0，SM1为01时，串行接口工作于方式1，方式1为波特率可变的8位异步通信方式，由TXD发送，RXD接收。
一帧数据为10位，1位起始位（低电平）8位数据位（低位在前）和1位停止位（高电平）。
方式1：波特率=2SMOD*（定时器T1溢出率）/32 （1）（3）方式2和方式3：当设定SM0，SM1为10或11时，串行口工作于方式2或方式3，这两种方式都是9位异步通信，仅波特率不同，适用于多机通信。
在方式2或方式3下，数据由TXD发送，RXD接收，1帧数据为11位，1位起始位（低电平）8位数据位（低位在前）1位可编程位（第9位数据）用作奇偶校验或地址/数据选择，1位停止位，与方式1相比多了一位可编程位，发送时，第9位数据为TB8，接收时，第9位数据送入RB8。
方式2和方式3的区别只在于波特率不同。
方式2：波特率=2SMOD*fosc/64 （2）方式3：波特率=2SMOD*（定时器T1溢出率）/32 （3）在本次课程设计中采用的是方式1工作。
2.1.3串行通信的数据传送方式在串行通信中，数据是在两个站之间传送的。
按照数据传送方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种传送方式。
如图2-4。
单工方式：通信线的一端接发送器，另一端接接收器，它们形成单向连接，只允许数据按照一个固定的方向传送。
数据只能单方向传送。
半双工方式：数据能够实现双方向传送，但任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。
全双工方式：系统的每端都含有发送器和接收器，数据可以同时在两个方向上传送在本次课程设计中采用的是全双工方式。
2.2硬件电路设计方案2.2.1整体设计思路及原理当51单片机与PC机通过RS-232标准总线串行通信时，由于RS-232信号电平与51单片机信号电平不一致，因此，必须进行信号电平转换。
本设计采用专门集成芯片MAX232来实现51单片机与RS-232的接口电路。
此外，单片机工作必须使用到晶振电路和复位电路。
晶振电路是给单片机提供时钟信号，复位电路给单片机提供复位功能，它的作用是使单片机的程序计数器清零。
因此，基于protuse的AT89C51单片机与PC串口通信电路主要由51单片机外围电路（晶振电路、复位电路、外部中断）、电平转换电路MAX232、RS232接口、LED数码显示管及虚拟终端组成。
硬件电路整体框图如图2-3所示：图2-3 硬件电路整体框图2.2.2 AT89C51 单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51引脚及功能如图2-4所示。
图2-4 AT89C51引脚P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表2-2 P3口功能表—RST：复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
—PROG /ALE：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。