【51单片机系列】单片机与PC进行串行通信

一、单片机与PC机串行通信的设计

工业现场的测控系统中，常使用单片机进行监测点的数据采集，然后单片机通过串口与PC通信，把采集的数据串行传送到PC机上，再在PC机上进行数据处理。

PC机配置的都是RS-232标准串口，为D型9针插座，输入/输出为RS-232电平。D型9针插头引脚如下：

如下表为RS-232C的D型9针插头的引脚定义。

引脚号	功能	符号	方向
1	数据暂替检测	DCD	输入
2	接收数据	RXD	输入
3	发送数据	TXD	输出
4	数据终端就绪	DTR	输出
5	信号地	GND
6	数据通信设备准备好	DSR	输入
7	请求发送	RTS	输出
8	清除发送	CTS	输入
9	振铃指示	RI	输入

由于两者电平不匹配，因此必须把单片机输出的TTL电平转换为RS-232电平。

单片机与PC的接口如下图所示。图中的转换芯片为MAX232，接口连接只用了3条线，即RS-232插座中的2引脚、3引脚与5引脚。

二、单片机向PC发送数据示例

要求单片机通过串行口的TXD引脚向PC机串行发送8个数据字节。在proteus中使用两个串行口虚拟终端观察串行口线上出现的串行传输数据。

两个虚拟终端窗口为VT1和VT2，其中窗口VT1显示的数据表示单片机串口发送给PC机的数据，窗口VT2显示的数据表示由PC机经RS-232串口模型COMPIM接收到的数据，由于使用了串口模型COMPIM，从而省去了PC机的模型。

proteus仿真原理图如下：

需要注意要设置虚拟终端的波特率与代码中设置的波特率保持一致。经过MAX232转换后电平是相反的，设置VT2属性中的【RX/TX Polarity】为【Inverted】。

软件设计，首先初始化串口通信，设置串口工作方式1，定时器工作方式2，波特率9600bps，波特率不加倍，代码如下：

void UsartInit()
{
	SCON=0x40;  // 设置串口工作方式1
	TMOD=0x20;  // 设置定时器T1工作方式2
	TH1=TL1=0xFD;  // 设置波特率为9600bps，波特率不倍增
	PCON=0x00;
	EA=1;
	TR1=1;
}

发送数据功能单独编写一个函数，如下：

void send(u8 dat)
{
	SBUF=dat;  // 将待发送数据写入发送缓冲器SBUF
	while(!TI);  // 等待串行口发送完毕
	_nop_();  // 空操作
	TI=0;  // 1个字节发送完成，清零TI
}

主函数中首先调用串口通信初始化函数，然后调用发送数据函数，调用8次后，如果不想再次发送数据进入while(1)循环。如下：

void main()
{
	u8 i;
	UsartInit();  // 串口通信初始化
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		send(sendBytes[i]);  // 发送数据
		delay();  // 每次发送完数据延时200ms
	}
	while(1);
}

其中sendBytes定义如下：

// 单片机发送给PC机的数据
u8 code sendBytes[]="12345678";

proteus仿真结果如下：

三、单片机接收PC机发送的数据使用示例

单片机接收PC机发送的串行数据，并把接收到的数据送P1口的8位LED显示。采用单片机的串行口模拟P机 串行口。proteus仿真原理图如下：

软件设计，发送数据的代码如下：

/*
	实现功能：串口通信，单片机与PC机通信，单片机接收PC机发送的数据。	
		使用一个单片机模拟PC机
		
	[2024-01-15] zoya
*/

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

u8 sendBytes=0xFE;

// 延时函数，单位ms
void delay(u16 i)
{
	u8 j;
	for(;i>0;i--)
	{
		for(j=0;j<125;j++);
	}
}

// 串口通信初始化函数
void UsartInit()
{
	SCON=0x40;  // 串口工作方式1，只发送不接收
	TMOD=0x20;  // 定时器工作方式2
	TH1=TL1=0xFD;  // 设置波特率为9600bps，波特率不倍增
	PCON=0x00;
	TR1=1;  // 启动计数
}

void main()
{
	u8 i;
	UsartInit();
	while(1)
	{
		for(i=0;i<7;i++)
		{
			// 发送数据
			SBUF = sendBytes;
			while(!TI);
			_nop_();
			TI=0;
			delay(200);
			sendBytes=_crol_(sendBytes,1);
		}
		for(i=0;i<7;i++)
		{
			// 发送数据
			SBUF = sendBytes;
			while(!TI);
			_nop_();
			TI=0;
			delay(200);
			sendBytes=_cror_(sendBytes,1);
		}
	}
}

接收数据的代码如下：

/*
	实现功能：串口通信，单片机与PC机通信，单片机接收PC机发送的数据。	
		接收PC机数据
		
	[2024-01-15] zoya
*/
#include <reg52.h>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

#define GPIO_LED P1

void UsartInit()
{
	SCON=0x50;  // 串口工作方式1，接收数据
	TMOD=0x20;  // 定时器T1工作方式2
	TH1=TL1=0xFD;  // 波特率9600bps，不倍增
	PCON=0x00;
	TR1=1;  // 启动计数
}
void main()
{
	u8 tmp;
	UsartInit();
	while(1)
	{
		while(!RI);  // 等待接收数据结束
		RI=0;
		tmp=SBUF;
		GPIO_LED=tmp;
	}
}

仿真结果：

四、PC机与单片机或与多个单片机的串行通信

一台PC机与若干台单片机可构成小型分布式测控系统，如下图所示，该系统在许多实时的工业控制和数据采集系统中，可以充分发挥单片机功能强、抗干扰性好、面向控制等优点，同时又可利用PC机弥补单片机在数据处理和人机对话等方面的不足。

在应用系统中，一般是以PC机作为主机，定时扫描以AT89S52单片机为核心的前沿单片机，以便采集数据或发送控制信息。

在这样的系统中，以AT89S52单片机为核心的智能式测量和控制仪表（从机）既能独立地完成数据处理和控制任务，又可将数据传送给PC机（主机）。PC机将这些数据进行处理，或显示，或打印，同时将各种控制命令传送给各从机，以实现集中管理和最优控制。

要组成上图的分布式测控系统，首先要解决的是PC机与单片机之间的串行通信接口问题。

下面以采用RS-485接口的串行多机通信为例，说明PC机与数台AT89S52单片机进行多机通信的接口电路设计方案。PC机配有RS-232串行标准接口，可通过电路板卡转换成RS-485串行接口，AT89S52单片机本身具有全双工的串行口，该串行口加上驱动电路后就可以实现RS-485接口的串行通信。

PC机与数台AT89S52单片机进行多机通信的RS-485串行通信接口电路如下所示：

上图中，AT89S52单片机的串行口通过75176芯片驱动后就可以转换成RS-485标准接口，根据RS-485标准接口的电器特性，从机数量不多于32个。PC机与AT89S52单片机之间的串行通信采用主从方式，PC机为主机，各AT89S52为从机，由PC机来确定与哪个单片机进行通信。