基于 AT89S52 的 LCM 显示串行通信控制

1 引言 计算机的革命性进步使其渗透到各个领域，计算机的传统定义也发生了重大变化。微控制器（也称为嵌入式控制器）因其高昂的成本和在工业控制、消费电子领域的广泛应用而备受关注。微控制器串行通信被广泛应用于各种系统集成方案中。在一些复杂的控制系统中，微控制器与PC机连接成一个系统解决方案。微控制器与PC、互联网、PC的结合，充分利用了其强大的计算决策能力，微控制器作为数据采集和执行单元的专用环境，正日益被应用于工业控制领域，从而大幅降低系统成本。2 整体解决方案 MCU选用Atmel89S52，通过DB9串口线与计算机连接，采用RS232串行通信标准。微控制器与计算机之间使用特定的通信协议进行通信。串行通信通过计算机终端上的单片机软件控制内容显示和LCM显示。将字符串或文本文件发送到微控制器（LCM），并在LCM上显示内容（LCM只能显示ASCII字符和8个自定义字符）。通过PC端软件，可以控制字符的显示，例如滚动、换行等，并读取LCM的当前显示内容。因此，基本组件是SCM系统和PC端串口通信软件。由于PC端的计算能力强于SCM，因此需要处理再次发送到MCU的数据。MCU提供一个容量有限的缓冲区，PC端软件可以将发送到显示缓冲区的内容读取并显示。PC端串口通信软件使用JAVA语言编写。JAVA语言具有高度可移植性，并且JDK（JAVA开发工具包）提供了丰富的类库，可以轻松构建良好的图形用户界面（GUI）应用程序。 3 系统设计与硬件实现 硬件电路包括电源电路、单片机上电复位和振荡器电路、单片机以及LCM之间的数据通路，另一部分是单片机与PC之间的RS232通信模块设计，该模块采用MAX232芯片，负责信号电平转换。3.1 电源设计 如图1所示，电源电路采用整流桥，可输入9V直流或交流电源，然后通过7805稳压至5V，供单片机工作。三端电源由7805的输出引脚Vo、输入引脚和地引脚GND组成，为+5V稳压器，属于CW78XX系列稳压器。输入端电容可以进一步滤波，输出端电容也可以用于改善负载影响。电路稳定性相对较好，但电容必须使用漏电流较小的钽电容；如果使用电解电容，其电容值要比其他电容增加10倍。3.2 单片机和长片机外部电路驱动电路 最小系统由单片机振荡器电路和复位电路组成。系统时钟部分采用晶体振荡器实现。考虑到输入电源纹波对单片机的影响，在电源引脚上增加了一个电容滤波器，以减小输入干扰。本系统中，复位电路采用11.0592MHz的晶体，并串联一个10KΩ电阻和一个10μF电容。 -EA/Vpp 然后是 VCC，因为访问内部存储器 .ALE /-PROG 时应为空。SCM P0 和 P2 端口以及 RT1602 LCM 连接。目的是为了方便使用 11.0592MHz 串行 9600bit/s 的通信速度。LCD 显示模块是一种将液晶显示器、连接器、集成电路、PCB 电路板、背光等元件组装在一起的结构，实际上是一种商用元件。该设计采用 1602 系列点阵字符 LCD 模块，每行可显示 16 个字符，共 2 行。它是一个点阵字符 LCD 显示器，配备专用的行驱动器、列驱动器、控制器和必要的连接器，组装后可以显示数字和西文字符。点阵字符本身具有字符生成器模块，显示能力强，功能丰富。3.3 RS232 串行通信电路 该系统主要通过串行通信模块与上位机进行通信。 SCM系统会将数据保存在RAM中，供主机处理，从而减轻SCM系统的负担。微控制器与主机通信的接口级别不同，因此需要进行接口转换，其中使用MAX232芯片来实现接口级别的转换。4. 通信协议 微控制器和PC端软件之间的通信必须遵循一定的规则，例如，MCU主动向PC端发送初始化代码，PC端发送特定代码将数据发送给MCU，MCU进行接收准备。RS232通信速度最高可达19200bit/s，而软件使用的通信速度为9600bit/s。通信协议应尽可能简短，以提高通信效率。5. 系统软件设计 系统软件设计包括微控制器端和PC端两部分。微控制器主要通过串口接收来自主机的信息，然后将信息显示在LCM上。 PC端软件通过准备一些主要的图形界面，实现用户对整个系统的控制。5.1 SCM端软件 SCM端软件使用C51（C语言）编写，采用Keil uVision集成开发环境。SCM客户端完成主模块、LCM显示模块和串口通信模块的初始化。单片机MCU的初始化主要是打开LCM串口并中断初始化显示。需要设置以下寄存器：IE、EA、ES、SCON、PCON、TCON等。LCM显示模块完全控制主要内容和形式的显示，并收发信息给PC，在显示过程中必须先读取其忙标记，以确定是否可以接收数据。MCU的串口通信模块完成PC和SCM之间的通信，并将系统所需的信息发送到上位机进行处理。AT89S52单片机带有片上UART，因此串口通信相对容易实现，只需设置相应的寄存器即可使串口工作。串口通信有两种方式：循环（查询）和中断。就使用效率而言，中断模式比查询模式更节省CPU资源。因此，串口通信通过单片机中断来接收和发送数据。5.2 PC端软件 PC端软件主要负责提供便捷的用户界面，用于发送和接收数据，并处理串口信息。该软件运行时，使用主线程初始化用户界面，并启动一个后台线程，负责监控用户选择的串口，接收单片机发送的信息，并及时显示。当用户输入要发送的字符并点击“发送”按钮时，即可将数据发送到串口。此外，一个完整的软件辅助功能也必不可少，因此需要用户友好的软件。系统需要概括的类对象有：用户界面类MainFrame、串口类PortControl、串口写入数据类SerialWriter和串口读取数据类SerialReader。在PC端进行串口通信编程时，必须先向操作系统发出首次资源请求（打开串口），然后配置端口参数，之后才能与串口交换数据，完成串口的收发。最后，完成通信资源的释放（关闭串口）。创建串口类PortControl，负责串口的枚举、数据传输和数据接收。6. 总结 本文的创新之处在于使用JAVA语言设计串口通信软件，成功解决了由于串口与系统集成度最高，占用系统资源较多的问题。为了开发跨平台软件，通过针对不同系统定制不同的JAVA虚拟机，提供了一个统一的接口；其次，选用1602系列点阵字符液晶显示模块进行设计，该模块本身具有字符生成模块，显示容量大，功能丰富；最后，通过PC软件编程接口控制液晶显示模块，避免了通过修改源代码来改变液晶显示模块的功能。自项目实施第一年以来，已创造超过6800万的经济效益。