单片机制作中的利用PC的RS232口控制LED灯

接线图 2023年10月21日 13:56 180 admin

FS323 MAX232 GUB232

通过本实验学习PC机串口与AVR单片机串口之间相互通讯的基本硬件接口电路和软件编程方法，并且达到使用PC机来控制LED的简单应用。单片机制作中的利用PC的RS232口控制LED灯第1张单片机制作中的利用PC的RS232口控制LED灯第2张

PC机串口大家都不会陌生了吧！我们可以使用串口电缆直接连接两台PC机的串口，实现两台PC机的串口通讯。但是PC机和单片机的通讯却不能够用电缆直接进行连接，原因是PC机RS232串口的电平标准和单片机的TTL电平不一致，因此单片机和PC机之间的串口通讯必须要有一个RS232/TTL电平转换电路。通常这个电路都选择专用的RS232接口电平转换集成电路进行设计，如MAX232、HIN232等。本实验采用NIH232CP芯片来完成串口接口电路，NIH232和MAX232可以直接互换。
当然，我们也可以使用分立元件来搭建RS232电平转换电路以供我们实验使用，下图给出了一个常见电路，只要器件完好，电路焊接完毕后即可正常工作，经实际使用，效果良好。

单片机制作中的利用PC的RS232口控制LED灯第3张

AVR单片机串口程序的编写

Atmega8单片机的串口具支持多种数据帧结构、有三个完全独立的中断（接收完成、发送完成、发送数据寄存器空）等特点，同时也支持多机通讯模式。本实验就以Atmega8为例来介绍AVR单片机串口的编程。
单片机串口在使用前必须对其进行初始化。初始化内容如下：
1.串口接收器和发送器的使能设置：首先我们要根据需要，使能M8串口的接收器或者发射器，这样I/O口（PD1:TXD,PD2:RXD）才能为USART工作。
2.串口中断工作方式的设置：如果需要串口工作于中断方式，则要根据需要设置USART的中断设置，如果工作于查询方式，那么中断设置就没有必要了。本实验中串口设置为响应接收完成中断，即接收器接收到一个完整的数据帧后，将触发一次接收完成中断。
3.波特率设置：也就是设置串口的数据传输速率，两个串口之间要正常通讯就必须要保证波特率相同。本实验设置的波特率为9600，系统使用内置8MHZ时钟源，可以直接查表（《Atmega8原理及应用手册》129页）得到UBRR＝51。
4.数据帧结构设置：本实验设置为8位数据位＋1位停止位。
因此，本实验的串口初始化程序如下：
void UART_init(void)
{
UCSRB = BIT(RXCIE)| BIT(RXEN) |BIT(TXEN); //允许串口发送和接收，并响应接收完成中断
UBRR = 51; //设置串口波特率为9600
UCSRC = BIT(URSEL)|BIT(UCSZ1)|BIT(UCSZ0); //帧结构为8位数据＋1位stop位
}
如果你对AVR单片机串口的设置还不是太熟悉的话，也可以使用ICC编译器中的应用向导直接生成串口的相关代码。操作方法如下：
1.在ICC中新建一个文件；
2.点击Tools菜单中的Application Builder子菜单，将弹出以下界面，然后根据需要选择CPU为M8，晶振频率为8MHZ。

单片机制作中的利用PC的RS232口控制LED灯第4张

3.点击上面界面中的UART菜单，出现下面界面。然后按下图选项选择使能接收和发送、波特率9600、数据位8位、接收完成中断。

单片机制作中的利用PC的RS232口控制LED灯第5张

4.点击OK后，在刚才新建的文件中即生成了完整代码，其中串口初始化的代码如下：
//UART0 initialize
// desired baud rate: 9600
// actual: baud rate:9615 (0.2%)
// char size: 8 bit
// parity: Disabled
void uart0_init(void)
{
UCSRB = 0x00; //disable while setting baud rate
UCSRA = 0x00;
UCSRC = BIT(URSEL) | 0x06;
UBRRL = 0x33; //set baud rate lo
UBRRH = 0x00; //set baud rate hi
UCSRB = 0x98;
}
大家看看使用ICC自动生成的代码和我们自己编写的代码中UCSRC、UBRR、UCSRB是不是一样的呢？

通讯协议及命令(2004-10-29)

为了保证单片机和PC机的正常可靠的通讯，避免系统出现误动作，我们需要制订一个简单的通讯协议，同时还要定义能够让PC和单片机理解的命令。这里我们简单定义如下：
1.PC机发送的继电器控制指令采用4个字符组成的字符串格式“s”+S1S0+“p”，如“s00p”。
其中s和p字符用于数据的简单校验，也就是说当单片机收到的串口数据中如果第一位是“s”第四位是“p”，则单片机接收到的命令有效，否则指令无效。
S1是单片机地址识别，如果单片机接收到的S1字符等于自己的地址码，则单片机执行命令，否则无效。通过这个字符我们就可以通过一个PC机串口和多个单片机进行通讯，这种通讯方式的设置我们会在后面阐述。S0对应继电器编码，指定相应继电器的吸合或者释放，如果S0＝“a”,则该板的所有继电器全部吸合，如果是“b”则全部释放。
2.单片机返回给PC机的指令也同样采用4个字符串格式S2S1S0+“t”，如“000t”。
其中“t”为校验码。S2为单片机地址码，S1、S0对应继电器编码。返回指令用于PC机判断单片机是否执行了发出的指令。S1S0的二进制数据中，每一位对应一个继电器的状态，如果为1表示继电器吸合，为0表示继电器释放。
3.通讯检测。当后台程序启动后，PC机先发送“s00t”命令，如果PC机在6秒以内能够收到单片机返回的继电器状态（该状态是读取控制继电器的I/O口的电平获得的），则PC机判断通讯正常，可以正常使用，否则PC机提示串口通讯不正常。
此后，PC机还会每隔5秒钟自动请求一次继电器状态，并且按键对继电器进行操作以后，控制板也会主动向PC机发送状态字。
4.软件升级指令。当需要升级单片机软件时，PC机发送该指令让单片机进入BOOT load程序区，准备更新软件版本。该指令格式为“su”+S0+“p”，S0为单片机地址码。
当单片机进入BOOT区后，向PC机发送S0+“upd”指令，S0为单片机地址码，通知PC机软件升级已经准备好。然后PC机关闭串口，提示您打开ISP下载软件进行升级。
5.单片机复位指令。当单片机在线升级完成以后，PC机可以通过发送复位指令让单片机复位重新进入应用程序区。
Atmega8的IAP应用我们将在后面进行阐述。

后台PC程序及使用介绍

后台程序使用VB6.0编写，其中利用VB的MSComm控件完成PC和单片机的通讯。界面如下：

4.点击OK后，在刚才新建的文件中即生成了完整代码，其中串口初始化的代码如下：
//UART0 initialize
// desired baud rate: 9600
// actual: baud rate:9615 (0.2%)
// char size: 8 bit
// parity: Disabled
void uart0_init(void)
{
UCSRB = 0x00; //disable while setting baud rate
UCSRA = 0x00;
UCSRC = BIT(URSEL) | 0x06;
UBRRL = 0x33; //set baud rate lo
UBRRH = 0x00; //set baud rate hi
UCSRB = 0x98;
}
大家看看使用ICC自动生成的代码和我们自己编写的代码中UCSRC、UBRR、UCSRB是不是一样的呢？

通讯协议及命令(2004-10-29)

为了保证单片机和PC机的正常可靠的通讯，避免系统出现误动作，我们需要制订一个简单的通讯协议，同时还要定义能够让PC和单片机理解的命令。这里我们简单定义如下：
1.PC机发送的继电器控制指令采用4个字符组成的字符串格式“s”+S1S0+“p”，如“s00p”。
其中s和p字符用于数据的简单校验，也就是说当单片机收到的串口数据中如果第一位是“s”第四位是“p”，则单片机接收到的命令有效，否则指令无效。
S1是单片机地址识别，如果单片机接收到的S1字符等于自己的地址码，则单片机执行命令，否则无效。通过这个字符我们就可以通过一个PC机串口和多个单片机进行通讯，这种通讯方式的设置我们会在后面阐述。S0对应继电器编码，指定相应继电器的吸合或者释放，如果S0＝“a”,则该板的所有继电器全部吸合，如果是“b”则全部释放。
2.单片机返回给PC机的指令也同样采用4个字符串格式S2S1S0+“t”，如“000t”。
其中“t”为校验码。S2为单片机地址码，S1、S0对应继电器编码。返回指令用于PC机判断单片机是否执行了发出的指令。S1S0的二进制数据中，每一位对应一个继电器的状态，如果为1表示继电器吸合，为0表示继电器释放。
3.通讯检测。当后台程序启动后，PC机先发送“s00t”命令，如果PC机在6秒以内能够收到单片机返回的继电器状态（该状态是读取控制继电器的I/O口的电平获得的），则PC机判断通讯正常，可以正常使用，否则PC机提示串口通讯不正常。
此后，PC机还会每隔5秒钟自动请求一次继电器状态，并且按键对继电器进行操作以后，控制板也会主动向PC机发送状态字。
4.软件升级指令。当需要升级单片机软件时，PC机发送该指令让单片机进入BOOT load程序区，准备更新软件版本。该指令格式为“su”+S0+“p”，S0为单片机地址码。
当单片机进入BOOT区后，向PC机发送S0+“upd”指令，S0为单片机地址码，通知PC机软件升级已经准备好。然后PC机关闭串口，提示您打开ISP下载软件进行升级。
5.单片机复位指令。当单片机在线升级完成以后，PC机可以通过发送复位指令让单片机复位重新进入应用程序区。
Atmega8的IAP应用我们将在后面进行阐述。

后台PC程序及使用介绍