基于AT89S52的串口通信控制LCM顯示

1 引言

計(jì)算機(jī)帶來的革命性進(jìn)步滲透到各個(gè)行業(yè),傳統(tǒng)意義上計(jì)算機(jī)的定義也發(fā)生大的變化.單片機(jī)簡稱Micro-Controller/Embedded -Controller,以其高性價(jià)比,備受工業(yè)控制,電子消費(fèi)領(lǐng)域重視.單片機(jī)串口通信是很多系統(tǒng)集成用到的方式。在一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)和 PC機(jī)互聯(lián)成為一種系統(tǒng)解決方案。單片機(jī)和PC機(jī)互聯(lián)，利用PC機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算決策能力，單片機(jī)作為特殊環(huán)境的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行單元，越來越多地被利用到工業(yè)控制領(lǐng)域，這樣可以大幅度地節(jié)約系統(tǒng)成本。

2 總體解決方案

單片機(jī)選用Atmel89S52，通過DB9串口線連接到計(jì)算機(jī)，串口通信采用RS232標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間通信采用一定的通信協(xié)議。通過計(jì)算機(jī)端的串口通訊軟件控制單片機(jī)上LCM的顯示內(nèi)容和顯示方式。發(fā)送字符串或文本文件到單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCM,并將接收到的內(nèi)容顯示在LCM上（LCM只能顯示ASCII字符及8個(gè)自定義字符），通過PC端軟件可以控制字符的顯示方式，如滾動(dòng)顯示，換行顯示，換屏顯示，并可以讀取當(dāng)前LCM顯示的內(nèi)容。所以系統(tǒng)的基本組成就是單片機(jī)，PC機(jī)端串口通信軟件。

由于PC端計(jì)算功能強(qiáng)于單片機(jī)，所以要預(yù)先處理好數(shù)據(jù)再向MCU發(fā)送。MCU提供一個(gè)容量有限的緩沖區(qū)，PC機(jī)端軟件把要顯示的內(nèi)容送入緩沖，也可以從緩沖中讀取正在顯示的內(nèi)容。PC端串口通信軟件采用JAVA語言編寫,JAVA語言的特色是高度的可移植性,另外JDK (JAVA Development Kits)提供了豐富的類庫,能夠很方便地構(gòu)造良好圖形用戶接口的（GUI）應(yīng)用程序。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

硬件電路主要分成電源電路，單片機(jī)的上電復(fù)位和振蕩電路，單片機(jī)和LCM間的數(shù)據(jù)通路，另外就是單片機(jī)和PC機(jī)間的RS232通信模塊的設(shè)計(jì)，采用MAX232系列芯片，負(fù)責(zé)電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

.3.1 電源部分設(shè)計(jì)

如圖1所示，該電源部分電路，自帶整流橋，所以可以輸入直流或是交流9V電源，然后再通過7805穩(wěn)定到5V供單片機(jī)工作。固定式三端穩(wěn)壓電源 7805是由輸出腳Vo，輸入腳Vi和接地腳GND組成，它的穩(wěn)壓值為+5V，它屬于CW78XX系列的穩(wěn)壓器，輸入端接電容可以進(jìn)一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負(fù)載的瞬間影響，此電路的穩(wěn)定性也比較好，只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容，如果采用電解電容，則電容量要比其他的數(shù)值要增加 10倍。

圖1 系統(tǒng)電源電路圖

3.2單片機(jī)外圍電路及LCM驅(qū)動(dòng)電路

單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括震蕩電路、復(fù)位電路等。該系統(tǒng)的時(shí)鐘部分都是采用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)的?？紤]到電源的輸入紋波對(duì)單片機(jī)的影響，在電源的管腳增加一個(gè)電容來實(shí)現(xiàn)濾波，以較小輸入端受到的干擾。在本系統(tǒng)中采用11.0592Mhz的晶振，由10K電阻和10uF電容構(gòu)成上電復(fù)位電路。-EA/Vpp 接VCC,因?yàn)樵L問內(nèi)部存儲(chǔ)器.ALE/-PROG應(yīng)置空。單片機(jī)的P0和P2口和RT1602 LCM連接。采用11.0592MHz的目的是方便串口使用9600bit/s的通信速率。

LCM顯示模塊是一種將液晶顯示器件，連接件，集成電路，PCB線路板，背光源，結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件，實(shí)際上它是一種商品化的部件。本設(shè)計(jì)選用 1602系列液晶點(diǎn)陣字符模塊，每行可以顯示16個(gè)字符，共2行。它是由點(diǎn)陣字符液晶顯示器和專用的行，列驅(qū)動(dòng)器，控制器及必要的連接件，結(jié)構(gòu)件裝配而成的，可以顯示數(shù)字和西文字符。這種點(diǎn)陣字符模塊本身具有字符發(fā)生器，顯示容量大，功能豐富。

圖2 單片機(jī)外圍電路及LCM驅(qū)動(dòng)電路原理圖

3.3 RS232串口通信電路

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串口通信模塊主要是與上位機(jī)進(jìn)行通信。單片機(jī)系統(tǒng)將保存在RAM中的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行處理，從而減輕單片機(jī)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。由于單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)接口電平不同，因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)化，這里采用MAX232芯片來實(shí)現(xiàn)接口電平的轉(zhuǎn)化。

4 通信協(xié)議的設(shè)計(jì)

單片機(jī)和PC機(jī)端軟件進(jìn)行通信,就必須要遵守一定的通信規(guī)則,比如,MCU主動(dòng)發(fā)送初始化成功代碼到PC端,PC端發(fā)送一個(gè)特定的代碼說明將要向MCU發(fā)送數(shù)據(jù)了,MCU做好接收的準(zhǔn)備.

RS232通信速率最高支持19200bit/s.本軟件采用9600bit/s通信速率。所以通信協(xié)議要盡可能短小，以提高通信效率。

因?yàn)長CM只能顯示192個(gè)英文字符及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。所以握手信號(hào)不能采用此已知的字符，并且要保證握手信號(hào)盡可能地短，所以使用十六進(jìn)制的值來表示。通信協(xié)議的定義如表2所示：

表2 通訊協(xié)議

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分包括單片機(jī)端和PC端兩部分。單片機(jī)端主要是通過串口接收來自上位機(jī)的信息，然后將得到的信息在LCM中顯示。PC端軟件部分主要通過編寫圖形界面，來實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的操控。單片機(jī)端和軟件端的主流程如圖3所示:

圖3 單片機(jī)端和PC端軟件操作流程圖

5.1單片機(jī)端軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)端軟件采用C51編寫（類C代碼），使用Keil uVision集成開發(fā)環(huán)境。單片機(jī)端主要完成單片機(jī)的初始化、LCM的顯示、串口通信。

單片機(jī)的初始化的主要是單片機(jī)的串口中斷打開和LCM的初始化顯示。要設(shè)置下列寄存器的值：IE,EA,ES,SCON,PCON, TCON等。

LCM的顯示主要完成控制LCM的顯示內(nèi)容和方式，及接收和發(fā)送信息給PC機(jī)，并且在顯示時(shí)必須要先讀取其忙狀態(tài)標(biāo)記，以判斷LCM是否可以接受數(shù)據(jù)。

單片機(jī)部分的串口通信模塊只要完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信，從而將系統(tǒng)所需的信息傳送給上位機(jī)進(jìn)行處理。由于AT89S52單片機(jī)具有片內(nèi)的 UART，因此實(shí)現(xiàn)串口通信相當(dāng)容易，只需要設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫骶涂梢允勾诠ぷ髌饋?。串口通信有循環(huán)（查詢）和中斷兩種方式。就使用效率而言，中斷方式比查詢方式節(jié)約CPU資源。所以此單片機(jī)的串口通訊采用中斷方式接受、發(fā)送數(shù)據(jù)。

5.2 PC端軟件設(shè)計(jì)

PC端軟件主要負(fù)責(zé)提供一個(gè)方便的用戶界面以便發(fā)送和接收，并且處理串口信息。此軟件運(yùn)行后，要使用主線程初始化用戶界面,同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)后臺(tái)線程負(fù)責(zé)一直監(jiān)視用戶選擇的串口，接受單片機(jī)發(fā)送來的信息，并及時(shí)地顯示出來。當(dāng)用戶輸入要發(fā)送的字符，點(diǎn)擊發(fā)送時(shí)，能夠及時(shí)的向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，另外，一個(gè)完整的軟件，幫助也是必不可少的，這樣方便用戶使用軟件。

歸納出系統(tǒng)需要的類對(duì)象：用戶界面類MainFrame，串口類PortControl，串口寫數(shù)據(jù)類SerialWriter，串口讀數(shù)據(jù)類SerialReader。

PC端在進(jìn)行串口通信編程時(shí)，必須在使用之前首先向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)要求（打開串口），然后對(duì)端口進(jìn)行參數(shù)配置，之后才可以同串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并完成數(shù)據(jù)從串口的發(fā)送與接收。最后，在通信完成時(shí)釋放資源（關(guān)閉串口）。創(chuàng)建串口類PortControl,負(fù)責(zé)串口的列舉,數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收。

6 總結(jié)

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的串口通信軟件采用JAVA語言編寫，，成功的解決了因?yàn)榇趯儆谙到y(tǒng)底層資源，大多與系統(tǒng)緊密結(jié)合，要想開發(fā)跨平臺(tái)的軟件很難實(shí)現(xiàn)的問題，通過為不同的系統(tǒng)定制不同的JAVA VM并向上提供統(tǒng)一的接口；其次本設(shè)計(jì)選用1602系列液晶點(diǎn)陣字符模塊，這種點(diǎn)陣字符模塊本身具有字符發(fā)生器，顯示容量大，功能豐富；最后通過編程上位機(jī)軟件界面，方便了對(duì)LCM的控制，從而避免了因改變LCM顯示內(nèi)容而改變?cè)创a的功能。該項(xiàng)目實(shí)施一年以來，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益68多萬元。

參考文獻(xiàn)

[1]唐俊，許雷，張群瞻，單片機(jī)原理與應(yīng)用 ,冶金工業(yè)出版社,2003

[2]趙亮，候國銳 編著,單片機(jī)C語言編程與實(shí)例 ,人民郵電出版社 2003-7

[3]胡凱,張穎超.生化分析儀的設(shè)計(jì)及與PC機(jī)的通信[J].微計(jì)算機(jī)信息.2006,22(4-1):208-209

[4]馬鴻文.基于AT89C52單片機(jī)的自動(dòng)存取柜的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(1-2):101-103.