1 引言

計算機帶來的革命性進步滲透到各個行業(yè),傳統意義上計算機的定義也發(fā)生大的變化.單片機簡稱Micro-Controller/Embedded -Controller,以其高性價比,備受工業(yè)控制,電子消費領域重視.單片機串口通信是很多系統集成用到的方式。在一些復雜的控制系統中，單片機和 PC機互聯成為一種系統解決方案。單片機和PC機互聯，利用PC機的強大運算決策能力，單片機作為特殊環(huán)境的數據采集和執(zhí)行單元，越來越多地被利用到工業(yè)控制領域，這樣可以大幅度地節(jié)約系統成本。

2 總體解決方案

單片機選用Atmel89S52，通過DB9串口線連接到計算機，串口通信采用RS232標準。單片機和計算機之間通信采用一定的通信協議。通過計算機端的串口通訊軟件控制單片機上LCM的顯示內容和顯示方式。發(fā)送字符串或文本文件到單片機，單片機驅動LCM,并將接收到的內容顯示在LCM上（LCM只能顯示ASCII字符及8個自定義字符），通過PC端軟件可以控制字符的顯示方式，如滾動顯示，換行顯示，換屏顯示，并可以讀取當前LCM顯示的內容。所以系統的基本組成就是單片機，PC機端串口通信軟件。

由于PC端計算功能強于單片機，所以要預先處理好數據再向MCU發(fā)送。MCU提供一個容量有限的緩沖區(qū)，PC機端軟件把要顯示的內容送入緩沖，也可以從緩沖中讀取正在顯示的內容。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,能夠很方便地構造良好圖形用戶接口的（GUI）應用程序。

3 系統硬件電路設計與實現

硬件電路主要分成電源電路，單片機的上電復位和振蕩電路，單片機和LCM間的數據通路，另外就是單片機和PC機間的RS232通信模塊的設計，采用MAX232系列芯片，負責電平信號的轉換。

.3.1 電源部分設計

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一步的濾波，輸出端也要接電容可以改善負載的瞬間影響，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值要增加 10倍。

圖1 系統電源電路圖

3.2單片機外圍電路及LCM驅動電路

單片機的最小系統包括震蕩電路、復位電路等。該系統的時鐘部分都是采用晶體振蕩器實現的?？紤]到電源的輸入紋波對單片機的影響，在電源的管腳增加一個電容來實現濾波，以較小輸入端受到的干擾。在本系統中采用11.0592Mhz的晶振，由10K電阻和10uF電容構成上電復位電路。-EA/Vpp 接VCC,因為訪問內部存儲器.ALE/-PROG應置空。單片機的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，結構件裝配在一起的組件，實際上它是一種商品化的部件。本設計選用 1602系列液晶點陣字符模塊，每行可以顯示16個字符，共2行。它是由點陣字符液晶顯示器和專用的行，列驅動器，控制器及必要的連接件，結構件裝配而成的，可以顯示數字和西文字符。這種點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 單片機外圍電路及LCM驅動電路原理圖

3.3 RS232串口通信電路

該系統實現串口通信模塊主要是與上位機進行通信。單片機系統將保存在RAM中的數據送到上位機進行處理，從而減輕單片機系統的負擔。由于單片機與上位機進行通信時接口電平不同，因此需要進行接口轉化，這里采用MAX232芯片來實現接口電平的轉化。

4 通信協議的設計

單片機和PC機端軟件進行通信,就必須要遵守一定的通信規(guī)則,比如,MCU主動發(fā)送初始化成功代碼到PC端,PC端發(fā)送一個特定的代碼說明將要向MCU發(fā)送數據了,MCU做好接收的準備.

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

因為LCM只能顯示192個英文字符及標點符號。所以握手信號不能采用此已知的字符，并且要保證握手信號盡可能地短，所以使用十六進制的值來表示。通信協議的定義如表2所示：

表2 通訊協議

5系統軟件設計

系統軟件設計部分包括單片機端和PC端兩部分。單片機端主要是通過串口接收來自上位機的信息，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，來實現對用戶對整個系統的操控。單片機端和軟件端的主流程如圖3所示:

圖3 單片機端和PC端軟件操作流程圖

5.1單片機端軟件設計

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

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

LCM的顯示主要完成控制LCM的顯示內容和方式，及接收和發(fā)送信息給PC機，并且在顯示時必須要先讀取其忙狀態(tài)標記，以判斷LCM是否可以接受數據。

單片機部分的串口通信模塊只要完成單片機與上位機的通信，從而將系統所需的信息傳送給上位機進行處理。由于AT89S52單片機具有片內的 UART，因此實現串口通信相當容易，只需要設置適當的寄存器就可以使串口工作起來。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。所以此單片機的串口通訊采用中斷方式接受、發(fā)送數據。

5.2 PC端軟件設計

PC端軟件主要負責提供一個方便的用戶界面以便發(fā)送和接收，并且處理串口信息。此軟件運行后，要使用主線程初始化用戶界面,同時啟動一個后臺線程負責一直監(jiān)視用戶選擇的串口，接受單片機發(fā)送來的信息，并及時地顯示出來。當用戶輸入要發(fā)送的字符，點擊發(fā)送時，能夠及時的向串口發(fā)送數據，另外，一個完整的軟件，幫助也是必不可少的，這樣方便用戶使用軟件。

歸納出系統需要的類對象：用戶界面類MainFrame，串口類PortControl，串口寫數據類SerialWriter，串口讀數據類SerialReader。

PC端在進行串口通信編程時，必須在使用之前首先向操作系統提出資源申請要求（打開串口），然后對端口進行參數配置，之后才可以同串口進行數據交換并完成數據從串口的發(fā)送與接收。最后，在通信完成時釋放資源（關閉串口）。創(chuàng)建串口類PortControl,負責串口的列舉,數據發(fā)送和數據接收。

6 總結

本文的創(chuàng)新點在于設計的串口通信軟件采用JAVA語言編寫，，成功的解決了因為串口屬于系統底層資源，大多與系統緊密結合，要想開發(fā)跨平臺的軟件很難實現的問題，通過為不同的系統定制不同的JAVA VM并向上提供統一的接口；其次本設計選用1602系列液晶點陣字符模塊，這種點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軟件界面，方便了對LCM的控制，從而避免了因改變LCM顯示內容而改變源代碼的功能。該項目實施一年以來，創(chuàng)造經濟效益68多萬元。

參考文獻

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

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

[3]胡凱,張穎超.生化分析儀的設計及與PC機的通信[J].微計算機信息.2006,22(4-1):208-209

[4]馬鴻文.基于AT89C52單片機的自動存取柜的設計與實現[J].微計算機信息,2006,22(1-2):101-103.