单片机IO口模拟串行实现数据通信

目录

1设计任务与要求 (1)

２总体方案设计 (1)

2.1串行通信的方式设计 (1)

2.1.1并行I/O口 (1)

2.1.2通信的基本原理 (2)

2.1.3 89C51的串行口 (5)

2.1.4 用IO口模拟串口通信 (7)

2.2 数码管显示设计 (7)

2.3 LED灯显示设计 (8)

３单元电路设计 (8)

3.1硬件设计 (8)

3.1.1复位电路设计 (10)

3.1.2时钟电路 (10)

3.1.3 显示电路设计 (11)

3.1.4电平转换电路 (12)

3.2软件设计 (14)

3.2.1 程序设计流程图 (14)

3.2.2 单片机IO口模拟串口实现数据通信的源程序 (15)

4系统仿真 (18)

5收获与体会 (20)

6参考文献 (21)

单片机IO口模拟串口实现数据通信

1设计任务与要求

本设计为单片机IO口模拟串口实现数据通信，它可以用单片机的IO口实现单片机RX和TX的功能。具体要求如下：

●用单片机的P3.4和P3.5分别模拟RX和TX的串行通信功能，能够接收和发送

数据。

●通过PC机的键盘输入字符，并传送给单片机，由单片机接收后，发达给PC机，

由PC机加以显示。

●单片机接收由键盘输入的数据后，如果是数字，则由数码管显示，并由LED灯

表示其ASCII码，如果是其他字符，则由仅由LED灯显示其ASCII码。

２总体方案设计

2.1串行通信的方式设计

本设计要求用单片机的IO口来模拟串口的串行通信，因此有必要先简要介绍一下单片机的IO和通信的基本原理与串行口P3.0和P3.1。

2.1.1并行I/O口

MCS-51单片机共有4个双向的8位并行I/O端口（Port），分别记作P0-P3，共有32根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。实际上P0-P3已被归入特殊功能寄存器之列。这四个口除了按字节寻址以外，还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。

P0口是双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。P1口是8位准双向I/O口，可驱动4个LS 型负载。P2口是8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口是8位准双向I/O口，是双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。P1口、P2口、P3口各I/O口线片均有固定的上拉电阻，当这3个准双向I/O口做输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O 口。

2.1.2通信的基本原理

串行通信只用一位数据线传送数据的位信号，即使加上几条通信联络控制线，也用不了很多电缆线。因此串行通信适合远距离数据传送。，如大型主机与其远程终端之间、处于两地的计算机之间采用串行通信就非常经济。当然串行通信要求有转换数据格式、时间控制等逻辑电路，这些电路目前已被集成在大规模集成电路（称为可编程串行通信控制器），使用很方便。

通信方式有两种：并行通信和串行通信。通常根据传送的的距离决定采用哪种通信方式。例如，在IBM—PC机与外部设备（如打印机等）通信时，距离小于30m，则可采用并行通信方式，当距离大于30m时，则要采用串行通信方式。89C51单片机具有并行和串行两种基本通信方式。

并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。其优点是传送速度高；缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。例如，89C51单片机与打印机之间的数据传送就属于并行通信。图1所示为89C51单片机与外设之间8位数据并行通信的连接方法。并行通信在位数多、传送距离又远时就不太合适了。

图1 两种通信方式连接

串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。它的突出优点是只需一对传输线（利用线就可以作为传输线），这样大大降低了传送成本，特别适用于远距离通信；其缺点是传送速度较低。假设并行传送N位数据所需时间为T，那么串行传送的时间至少为NT，实际上问题总是大于NT的，图1(b)所示为串行通信方式的连接方法。

串行通信的传送方式通常有3种：单向（或）单工配置，只允许数据向一个方向传

送；半双向（或半双工）配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站点发送；全双向（或全工）配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都有完整和独立的发送和接收能力。

串行通信有两种基本的通信方式：异步通信和同步通信。

●异步通信

在异步通信中，数据是一帧一帧（包括一个字符代码或一字节数据）传送的，第一帧的数据格式如图2所示。

在帧格式中，一个字符由4部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始位（0），然后是5—8位数据（规定低位在前，高位在后），接下来是奇偶校验位（可省略），最后是停止位（1）。起始位（0）信号只占一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达。线路上在不传送字符时应保持为1。接收端不断检测线路的状态，若连续为1以后又测到一个0，就知道发来一个新字符，应马上准备接收。字符的起始位还被用作同步接收端的时钟，以保证以后的接收能正确进行。

起始位后面紧接着是数据位，它可以5位（D0—D4）、6位、7位或8位（D0—D7）。

奇偶校验（D8）只占一位，但在字符中也可以规定不用奇偶校验位，则这一位就可以省去。也可用这一位（1/0）来确定这一帧中的字符所代表信息的性质（地址/数据等）。

停止位用来表征字符的结束，它一定是高电位（逻辑1）。停止位可以是1位、1.5位或2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕，同时也为接收下一个字符作好准备—只发再接收到0，就是新字符的起始位。若停止位以后不是紧接着传送下一个字符，，则使线路电平保持为高电平（逻辑1）。图2（a）表示一个字符紧接一个字符传送的情况，上一个字符的停止位和下一个字符的起始位是紧邻的；图2（b）则是两个字符间有空闲位的情况，空闲位为期不远，线路处于等待状态。存在空闲位正是异步通信的特征之一。

例如规定用ASCII编码，字符为7位，加1个奇偶校验位、1个起始位、1个停止位，则一帧共10位。

●同步通信