基于8255的LED显示串口通信机设计实验报告

基于8255的LED显示串口通信机设计
一、设计要求
（1）基本要求：
1设计一串口通信程序，波特率9600，通过RS232串口自环。

自动循环发送数据串（设计在程序中）
接收并存储和显示该数据串
2数据串单次发送由按键启动，接收端显示数据串和数据串数、正确接收数和错误数。

3数据串选择发送（预存10种数据串），通过按键选择发送，接收、存储并按序显示。

（2）发挥部分：
4数据串滚动显示。

5数据串滚动显示方向和速度可控
6单片机与PC机的通信,单片可以发送任意ASCII字符串到PC机,PC机发送数据串到单片机,并在显示器上显示,格式和方法自定。

7设计波特率可变的通信程序，每次按键波特改变一次，对测通信。

8接收侧波特率自动跟踪，当发送端改变波特率后，定时地重复发送一数据串，检测接收端能正确接收和显示数据和波特率值。

二、要求分析
根据提供的51单片机的串口通信机的要求，编写相对应的程序，实现其功能，并利用已有的硬件V14开发板来检验和实现基于8255的LED串口通信机功能。

要求熟悉单片机开发工具的使用，学会MeDwin，Keil，Protel等软件的使用方法。

熟悉实验板资源，学会程序的下载和运行，系统硬件调试方法。

用标准测试程序对实验板的各部分资源测试，并记录测试结果，维修不可用资源。

设计一能与PC机通信的串行通信终端.
要求:学习使用单片机的内置串行接口，实现两机(单片机与PC机)的多种通信方法。

三、实验板功能模块结构
四、总体方案的确定
本次课程设计是在理论课程的基础上，目的在于培养我们的动手能力，通过电路设计、理论计算、实际编程、调试、测试、分析查找故障，解决在实际设计中的问题，使设计好的电路能正常工作，并能结合实际的实验板进行下载测试。

在此基础上根据实验大纲的要求，按“51单片机课程设计选题表” 每两人一题（随机分配），实现其功能。

在考虑本次设计过程中，依据设计基本要求，并且根据所提供的实验板，研究其原理结构图，我们把8255器件用来扩展I/O 口，外接一4X4键盘，以及通过该I/O 口外接一LED 显示器。

1、串行通信原理
串行通信是数据的各位在同一根数据线上依次逐位发送或接收。

目前串行通信在单片机双机、多机以及单片机与PC 机之间的通信等方面得到了广泛应用。

串口通信示意图 外 LED 显示模块 4X4 RS232C 口
部 键盘
扩
展
74LS373 8255 8155 DAC0832
IO 输出口 IO 口 IO/M 口 模数转换器
ADC0805
地址分配GAL 数模转换器
6264
RAM 8031CPU
其它
图。

实验板功能模块结构
串行通信按同步方式可分为异步通信和同步通信两种基本通信方式。

同步通信是一种连续传送数据的通信方式，一次通信传送多个字符数据，称为一帧信息。

数据传输速率较高，通常可达56000bps或更高。

其缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格同步。

同步通信帧格式
在异步通信中，数据通常是以字符或字节为单位组成数据帧进行传送的。

收、发端各有一套彼此独立，互不同步的通信机构，由于收发数据的帧格式相同，因此可以相互识别接收到的数据信息。

异步通信帧格式
(1) 起始位：
在没有数据传送时，通信线上处于逻辑“1”状态。

当发送端要发送1个字符数据时，首先发送1个逻辑“0”信号，这个低电平便是帧格式的起始位。

其作用是向接收端表示发送端开始发送一帧数据。

接收端检测到这个低电平后，就准备接收数据信号。

(2) 数据位：
在起始位之后，发送端发出(或接收端接收)的是数据位，数据的位数没有严格的限制，5～8位均可。

由低位到高位逐位传送。

(3) 奇偶校验位：
数据位发送完(接收完)之后，可发送一位用来检验数据在传送过程中是否出错的奇偶校验位。

奇偶校验是收发双方预先约定好的有限差错检验方式之一。

有时也可不用奇偶校验。

(4) 停止位：
字符帧格式的最后部分是停止位，逻辑“1”电平有效，它可占1/2位、1位或2位。

停止位表示传送一帧信息的结束，也为发送下一帧信息作好准备。

2、AT89C51的串行接口
AT89C51内部有一个可编程全双工串行通信接口。

该部件不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移位寄存器使用。

下面将对其内部结构、工作方式以及波特率进行介绍。

串行接口结构示意图
1). 串行数据缓冲器SBUF
SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器，以便能以全双工方式进行通信。

此外，在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，这样可以避免在数据接收过程中出现帧重叠错误。

发送数据时，由于CPU是主动的，不会发生帧重叠错误，因此发送电路不需要双重缓冲结构。

在逻辑上，SBUF只有一个，它既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H。

但在物理结构上，则有两个完全独立的SBUF，一个是发送缓冲寄存器SBUF，另一个是接收缓冲寄存器SBUF。

如果CPU写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读SBUF，则读入的数据一定来自接收缓冲器。

即CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问上述两个不同的寄存器。

2).串行控制寄存器SCON
串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收的状态等。

它是一个既可以字节寻址又可以位寻址的8位特殊功能寄存器。

其格式如下所示。

串行口控制寄存器SCON
(1)SM0 SM1：串行口工作方式选择位。

其状态组合所对应的工作方式如表所示
串行口工作方式
(2) SM2：多机通信控制器位。

在方式0中，SM2必须设成0。

在方式1中，当处于接收状态时，若SM2=1，则只有接收到有效的停止位“1”时，RI才能被激活成“1”(产生中断请求)。

在方式2和方式3中，若SM2=0，串行口以单机发送或接收方式工作，TI和RI以正常方式被激活并产生中断请求；若SM2=1，RB8=1时，RI被激活并产生中断请求。

(3) REN：串行接受允许控制位。

该位由软件置位或复位。

当REN=1，允许接收；当REN=0，禁止接收。

(4) TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据。

该位由软件置位或复位。

在方式2和方式3时，TB8是发送的第9位数据。

在多机通信中，以TB8位的状态表示主机发送的是地址还是数据：TB8=1表示地址，TB8=0表示数据。

TB8还可用作奇偶校验位。

(5) RB8：接收数据第9位。

在方式2和方式3时，RB8存放接收到的第9位数据。

RB8也可用作奇偶校验位。

在方式1中，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。

在方式0中，该位未用。

(6)TI：发送中断标志位。

TI=1，表示已结束一帧数据发送，可由软件查询TI位标志，也可以向CPU申请中断。

(7)RI：接收中断标志位。

RI=1，表示一帧数据接收结束。

可由软件查询RI位标志，也可以向CPU申请中断。

3）.电源控制寄存器PCON
电源控制寄存器PCON的格式
SMOD：串行口波特率倍增位。

在工作方式1～工作方式3时，若SMOD=1，则串行口波特率增加一倍。

若SMOD=0，波特率不加倍。

系统复位时，SMOD=0。

3、串行口的工作方式
AT89C51串行通信共有4种工作方式，它们分别是方式0、方式1、方式2和方式3，由串行控制寄存器SCON中的SM0 SM1决定，如前表
1）. 工作方式0
（1）发送：TI=0时，执行“MOV SBUF，A”启动发送，8位数据由低位到高位从RXD引脚送出，TXD发送同步脉冲。

发送完后，由硬件置位TI。

（2）接收：RI=0，REN=1时启动接收，数据从RXD输入，TXD输出同步脉冲。

8位数据接收完，由硬件置位RI。

可通过“MOV A，SBUF”读取数据
方式0的波特率为fosc/12，即一个机器周期发送或接收一位数据。

应当指出：方式0并非是同步通信方式。

它的主要用途是外接同步移位寄存器，以扩展并行I/O口。

2）. 工作方式1
方式1是一帧10位的异步串行通信方式，包括1个起始位(0)，8个数据位和一个停止位(1)，其帧格式如下：
(1) 数据发送
当TI=0时，执行“MOV SBUF，A”指令后开始发送，由硬件自动加入起始位和停止位，构成一帧数据，然后由TXD端串行输出。

发送完后，TXD输出线维持在“1”状态下，并将SCON中的TI置1，表示一帧数据发送完毕。

(2) 数据接收
RI=0，REN=1时，接收电路以波特率的16倍速度采样RXD引脚，如出现由“1”变“0”跳变，认为有数据正在发送。

在接收到第9位数据（即停止位）时，必须同时满足以下两个条件：RI=0和SM2=0或接收到的停止位为“1”，才把接收到的数据存入SBUF中，停止位送RB8，同时置位RI。

若上述条件不满足，接收到的数据不装入SBUF被舍弃。

在方式1下，SM2应设定为0。

（3）波特率
3）. 工作方式2和方式3
工作方式2和方式3都是11位异步收发串行通信方式，两者的差异仅在波特率上有所不同。

(1) 数据发送
TI=0，发送数据前，先由软件设置TB8，可使用如下指令完成：
SETB TB8 ；将TB8位置1
CLR TB8 ；将TB8位置0
然后再向SBUF写入8位数据，并以此来启动串行发送。

一帧数据发送完毕后，CPU自动将TI置1，其过程与方式1相同。

(2) 数据接收
REN=1，RI=0时，启动接收
①若SM2=0，接收到的8位数据送SBUF，第9位数据送RB8。

②若SM2=1，接收到的第9位数据为0，数据不送SBUF；接收到的第9位数据为1，数据送SBUF，第9位送RB8。

对波特率需要说明的是，当串行口工作在方式1或方式3，且要求波特率按规范取1200、2400、4800、9600…时，若采用晶振12MHz和6MHz,按上述公式算出的T1定时初值将不是一个整数，因此会产生波特率误差而影响串行通信的同步性能。

解决的方法只有调整单片机的晶振频率fosc,为此有一种频率为
11.0592MHz的晶振，这样可使计算出的T1初值为整数。

表9-2列出了串行方式1或方式3在不同晶振时的常用波特率和误差。

五、系统的调试结果
操作步骤
1、按数字键1接受数据
2、按数字键2一次性发送5组数据到显示
3、按数字键3、4查看已存储的前一组及后一组数据
除预先存入外，同样支持随机输入
六、实验总结
这次的课程设计，我觉得我学到了很多的东西，受益匪浅。

因为之前已经有了一次单片机课程设计的经验，这次的课程设计相对于上次来说，明显不再是那么手足无措。

因为，对于proteus软件的基本使用方法，以及利用这个软件来进行仿真，我都是已经比较了解来。

此外，对于电路的设计也有了一定的理解。

但是，通过本次的课程设计，我还是很很多体会。

我更加懂得了如何利用C语言联系实际来进行编程，同时在编程的过程中，应当了解一些管脚的使用方法，以及在C语言中使用的代码和一些器件的初始化方法，同时也让我明白了自己的一些不足，认识到仅仅把书本上的知识学好是远远不够的，需要拓宽自己的知识面，将所学习到的东西运用到实践中去，这样才能够应付未来的挑战。

当然在本次课程设计中，我遇到了很多之前没有想到会遇到的困难。

此时，图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。

在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面能力的提升便会使我们受益非浅。

而且在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作来进行调试，然后才能解决。

自然而然，我分析问题解决问题的能力得到了增强。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

通过这次的软件设计，我熟悉了单片机开发的每个步骤，它不但检查了我的整个知识面的掌握程度，知道了自己的不足，让我更加牢固的掌握了单片机方面的相关知识！这次的软件设计也让我学会了在遇到问题时，如何冷静的思考问题以及解决问题！更让我懂得了学习贵在坚持。

我学到了更多以前没有学到过的知识。

在这里，我很感谢指导老师和同学给我的帮助，使我能顺利完成我的软件设计。

总之通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，如何把理论应用于实际，又如何实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

感谢学校给我们大家这样一次课程设计的机会，为我们以后的工作打下了坚实的基础。

附录参考文献
雷晓平，李晓东，罗海天.2006.单片机原理及应用.机械工业出版社曹柏荣.2003.单片机原理及其应用技术.上海：原子能出版社
魏泽鼎.2005.单片机应用技术与实例.北京：电子工业出版社
陈小忠，黄宁，单片机接口技术实用子程序.人民邮电出版社
吴金戍,等.2002. 8051 单片机实践与应用.北京:清华大学出版社金奎焕.1997.如何使用KEIL8051C编译器.北京:电子工业出版社
附录程序清单
头文件1
#include "uart.h"
/************************************
串口初始化
************************************/
void Uart_Init(void)
{
SCON = 0x50;//设置串口8位UART，波特率由T1产生，允许接收PCON = 0x80;//SMOD为1，波特率不加倍
TMOD = 0x20;//定时器1设置为方式2，8位自动重装载
ES = 1;//允许串口中断
TH1 = 0xfa;//设定重装载值
TL1 = 0xfa;//
TR1 = 1;//启动定时器产生波特率
}
/************************************
发送一个字符
************************************/
void PutChar(unsigned char dat)
{
SBUF = dat;//将待发送数据写入发送缓冲区
while(!TI);//等待发送结束
TI = 0;
}
/************************************
接收一个字符
************************************/
unsigned char GetChar(void)
{
while(!RI) ;//查询RI接收标志位，接收到数据时置位
RI = 0;
return SBUF;
}
/**************************************
发送一字符串，查询方式发送
参数：待发送字符串指针
***************************************/
void PutString(unsigned char * PutStringPtr)
{
unsigned char * Ptr;
Ptr = PutStringPtr;
while(*Ptr!='\0')
{
SBUF = *Ptr;
while(!TI);//等待发送结束
TI = 0;
Ptr++;//指向下一个待发送的字符
}
}
头文件2
#include "keyscanmode.h"
/**************************
8255端口地址分配定义
**************************/
xdata unsigned char PA8255ADDR _at_ (BASE8255+0);
xdata unsigned char PB8255ADDR _at_ (BASE8255+1);
xdata unsigned char PC8255ADDR _at_ (BASE8255+2);
xdata unsigned char CON8255ADDR _at_ (BASE8255+3);/************************ 延时函数
*************************/
void SoftDelay(unsigned int time)
{
unsigned char n;
while(time--)
{
for(n=0;n<50;n++);
}
}
/************************
8255工作方式选择
*************************
void Set_8255_Mode(unsigned char mode)
{
CON8255ADDR = mode;
}
/**************************************
键盘扫描
**************************************/
unsigned char keyscan(void)
{
unsigned char key_value=0,temp=1,i;
Set8255_Mode(0x81);//模式0，PA口输出，下PC口输入（PA为矩阵键盘的行，下PC 口为列）
PA8255ADDR = 0x00;//PA口输出低电平
PC8255ADDR = 0x0f;//
if((PC8255ADDR&&0x0f)!=0x0f)//读取8255的下PC口，即读取矩阵按键的列状态{
SoftDelay(50);//软件延时去抖
if((PC8255ADDR&0x0f)!=0x0f)//如果矩阵按键列状态不为0x0f，则说明有键按下
{
//开始逐行扫描程序
for(i=0;i<4;i++)
{
PA8255ADDR = ~temp;//仅PA0口输出低电平，即键盘的第一行输出为0电平
switch (PC8255ADDR&0x0f)
{
case 0x0e ://看是否为第一列
return (key_value);
case 0x0d ://看是否为第二列
return (key_value+1);
case 0x0b ://看是否为第三列
return (key_value+2);
case 0x07 ://看是否为第四列
return (key_value+3);
default :
temp<<=1;//左移一位，为扫描下一行作好准备
key_value+=4;
break;
}
}
}
else
return 0xff;//说明无键被按下
}
else
return 0xff;//说明无键被按下
}
主程序
#include<reg51.h>
#include"keyscanmode.h"
#include "uart.h"
/***************************************
数码管显示编码
***************************************/
const unsigned char display_numb[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
//0 1 2 3 4 5 6 7
0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,
//8 9 A b C d E F
0x7f,0xff};//
//点全灭
const unsigned char seg_position[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xc0};//数码管的位选择编码
//1 2 3 4 5 6 全选位数码管
unsigned char send_data[10][6]={5,4,3,2,1,0,
6,5,4,3,2,1,
7,6,5,4,3,2,
8,7,6,5,4,3,
9,8,7,6,5,4,
0,9,8,7,6,5,
1,0,9,8,7,6,
2,1,0,9,8,7,
3,2,1,0,9,8,
4,3,2,1,0,9};
unsigned char current[6]=0;
unsigned char n=0;
#define SEG P0
/*************************************
声明为外部变量
*************************************/
extern xdata unsigned char PA8255ADDR ;
extern xdata unsigned char PB8255ADDR ;
extern xdata unsigned char PC8255ADDR ;
extern xdata unsigned char CON8255ADDR;
/**************************************************
延时函数
**************************************************/
void DelayMs(unsigned int count1)
{
while (count1--)
{
unsigned char count2 = 0;
for (; count2<30; count2++);
}
}
/******************************
数码管显示函数
******************************/
void display(unsigned char num[])
{
unsigned char i;
for(i=0;i<6;i++)
{
P1 = seg_position[i];//6位数码管全部显示
SEG = display_numb[num[i]];
DelayMs(10);
}
}
/************************************************* 变量定义
************************************************/ unsigned char dat_temp;
unsigned char flag=0,count=0;
/**************************************
串口中断函数
**************************************/
void Uart_ISR(void) interrupt 4
{
if(TI)//判断是否为发送中断
{
TI = 0;
}
if(RI)//判断是否为接收中断
{
RI = 0;
}
}
void KeyPress(unsigned char press)
{
unsigned char i,rev;
switch(press)
{
case(0): //由0开始发送全部10组数据
{
for(n=0;n<10;n++)
{
for(i=0;i<6;i++)
{
PutChar(send_data[n][5-i]+48);
}
PutChar('\n');
}
n=9;
break;
}
case(1): //从COM口接收一串数据
{
for(i=0;i<6;i++)
{
rev=GetChar();
current[5-i]=rev-48;
send_data[n][5-i]=rev-48;
}
break;
}
case(2):
{
for(i=0;i<6;i++)
{
PutChar(send_data[n][5-i]+48);
}
PutChar('\n');
break;
}
case(3):
{ break; }
case(4):
{
n++;
if(n==10) n=0;
break;
}
case(5):
{
if(n==0) n=9;
else n--;
break;
}
default:
break;
}
}
/**************************************
主函数
**************************************/
void main(void)
{
unsigned char KeyValue=0xff,temp=0xff;
Uart_Init();//串口初始化
EA = 0;
PutString("Happy new year !\n");
while(1)
{
if((KeyValue=keyscan())!=0xff)//判断是否有按键按下，如有读取键值
{
KeyPress(KeyValue);
}
display(send_data[n]);
SoftDelay(1);//软件延时以利用数码管的显示
}
}。