基于AT89S52的串口通信控制LCM显示

1 引言

计算机带来的革命性进步渗透到各个行业,传统意义上计算机的定义也发生大的变化.单片机简称Micro-Controller/Embedded -Controller,以其高性价比,备受工业控制,电子消费领域重视.单片机串口通信是很多系统集成用到的方式。在一些复杂的控制系统中，单片机和 PC机互联成为一种系统解决方案。单片机和PC机互联，利用PC机的强大运算决策能力，单片机作为特殊环境的数据采集和执行单元，越来越多地被利用到工业控制领域，这样可以大幅度地节约系统成本。

2 总体解决方案

单片机选用Atmel89S52，通过DB9串口线连接到计算机，串口通信采用RS232标准。单片机和计算机之间通信采用一定的通信协议。通过计算机端的串口通讯软件控制单片机上LCM的显示内容和显示方式。发送字符串或文本文件到单片机，单片机驱动LCM,并将接收到的内容显示在LCM上（LCM只能显示ASCII字符及8个自定义字符），通过PC端软件可以控制字符的显示方式，如滚动显示，换行显示，换屏显示，并可以读取当前LCM显示的内容。所以系统的基本组成就是单片机，PC机端串口通信软件。

由于PC端计算功能强于单片机，所以要预先处理好数据再向MCU发送。MCU提供一个容量有限的缓冲区，PC机端软件把要显示的内容送入缓冲，也可以从缓冲中读取正在显示的内容。PC端串口通信软件采用JAVA语言编写,JAVA语言的特色是高度的可移植性,另外JDK (JAVA Development Kits)提供了丰富的类库,能够很方便地构造良好图形用户接口的（GUI）应用程序。

3 系统硬件电路设计与实现

硬件电路主要分成电源电路，单片机的上电复位和振荡电路，单片机和LCM间的数据通路，另外就是单片机和PC机间的RS232通信模块的设计，采用MAX232系列芯片，负责电平信号的转换。

.3.1 电源部分设计

如图1所示，该电源部分电路，自带整流桥，所以可以输入直流或是交流9V电源，然后再通过7805稳定到5V供单片机工作。固定式三端稳压电源 7805是由输出脚Vo，输入脚Vi和接地脚GND组成，它的稳压值为+5V，它属于CW78XX系列的稳压器，输入端接电容可以进一步的滤波，输出端也要接电容可以改善负载的瞬间影响，此电路的稳定性也比较好，只是采用的电容必须要漏电流要小的钽电容，如果采用电解电容，则电容量要比其他的数值要增加 10倍。

图1 系统电源电路图

3.2单片机外围电路及LCM驱动电路

单片机的最小系统包括震荡电路、复位电路等。该系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的。考虑到电源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管脚增加一个电容来实现滤波，以较小输入端受到的干扰。在本系统中采用11.0592Mhz的晶振，由10K电阻和10uF电容构成上电复位电路。-EA/Vpp 接VCC,因为访问内部存储器.ALE/-PROG应置空。单片机的P0和P2口和RT1602 LCM连接。采用11.0592MHz的目的是方便串口使用9600bit/s的通信速率。

LCM显示模块是一种将液晶显示器件，连接件，集成电路，PCB线路板，背光源，结构件装配在一起的组件，实际上它是一种商品化的部件。本设计选用 1602系列液晶点阵字符模块，每行可以显示16个字符，共2行。它是由点阵字符液晶显示器和专用的行，列驱动器，控制器及必要的连接件，结构件装配而成的，可以显示数字和西文字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。

图2 单片机外围电路及LCM驱动电路原理图

3.3 RS232串口通信电路

该系统实现串口通信模块主要是与上位机进行通信。单片机系统将保存在RAM中的数据送到上位机进行处理，从而减轻单片机系统的负担。由于单片机与上位机进行通信时接口电平不同，因此需要进行接口转化，这里采用MAX232芯片来实现接口电平的转化。

4 通信协议的设计

单片机和PC机端软件进行通信,就必须要遵守一定的通信规则,比如,MCU主动发送初始化成功代码到PC端,PC端发送一个特定的代码说明将要向MCU发送数据了,MCU做好接收的准备.

RS232通信速率最高支持19200bit/s.本软件采用9600bit/s通信速率。所以通信协议要尽可能短小，以提高通信效率。

因为LCM只能显示192个英文字符及标点符号。所以握手信号不能采用此已知的字符，并且要保证握手信号尽可能地短，所以使用十六进制的值来表示。通信协议的定义如表2所示：

表2 通讯协议

握手信号（通信协议）

字节码（十六进制）

含义

0xff

PC向MCU发送LCM 显示信息

0xfe

PC发送LCM信息结束

0xfd

PC请求MCU发送LCM显示信息到PC

5系统软件设计

系统软件设计部分包括单片机端和PC端两部分。单片机端主要是通过串口接收来自上位机的信息，然后将得到的信息在LCM中显示。PC端软件部分主要通过编写图形界面，来实现对用户对整个系统的操控。单片机端和软件端的主流程如图3所示:

图3 单片机端和PC端软件操作流程图

5.1单片机端软件设计

单片机端软件采用C51编写（类C代码），使用Keil uVision集成开发环境。单片机端主要完成单片机的初始化、LCM的显示、串口通信。

单片机的初始化的主要是单片机的串口中断打开和LCM的初始化显示。要设置下列寄存器的值：IE,EA,ES,SCON,PCON, TCON等。

LCM的显示主要完成控制LCM的显示内容和方式，及接收和发送信息给PC机，并且在显示时必须要先读取其忙状态标记，以判断LCM是否可以接受数据。

单片机部分的串口通信模块只要完成单片机与上位机的通信，从而将系统所需的信息传送给上位机进行处理。由于AT89S52单片机具有片内的 UART，因此实现串口通信相当容易，只需要设置适当的寄存器就可以使串口工作起来。串口通信有循环（查询）和中断两种方式。就使用效率而言，中断方式比查询方式节约CPU资源。所以此单片机的串口通讯采用中断方式接受、发送数据。

5.2 PC端软件设计

PC端软件主要负责提供一个方便的用户界面以便发送和接收，并且处理串口信息。此软件运行后，要使用主线程初始化用户界面,同时启动一个后台线程负责一直监视用户选择的串口，接受单片机发送来的信息，并及时地显示出来。当用户输入要发送的字符，点击发送时，能够及时的向串口发送数据，另外，一个完整的软件，帮助也是必不可少的，这样方便用户使用软件。

归纳出系统需要的类对象：用户界面类MainFrame，串口类PortControl，串口写数据类SerialWriter，串口读数据类SerialReader。

PC端在进行串口通信编程时，必须在使用之前首先向操作系统提出资源申请要求（打开串口），然后对端口进行参数配置，之后才可以同串口进行数据交换并完成数据从串口的发送与接收。最后，在通信完成时释放资源（关闭串口）。创建串口类PortControl,负责串口的列举,数据发送和数据接收。

6 总结

本文的创新点在于设计的串口通信软件采用JAVA语言编写，，成功的解决了因为串口属于系统底层资源，大多与系统紧密结合，要想开发跨平台的软件很难实现的问题，通过为不同的系统定制不同的JAVA VM并向上提供统一的接口；其次本设计选用1602系列液晶点阵字符模块，这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富；最后通过编程上位机软件界面，方便了对LCM的控制，从而避免了因改变LCM显示内容而改变源代码的功能。该项目实施一年以来，创造经济效益68多万元。

参考文献

[1]唐俊，许雷，张群瞻，单片机原理与应用 ,冶金工业出版社,2003

[2]赵亮，候国锐 编著,单片机C语言编程与实例 ,人民邮电出版社 2003-7

[3]胡凯,张颖超.生化分析仪的设计及与PC机的通信[J].微计算机信息.2006,22(4-1):208-209

[4]马鸿文.基于AT89C52单片机的自动存取柜的设计与实现[J].微计算机信息,2006,22(1-2):101-103.

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