武汉理工大学单片机应用实习
1.3 MAX232电平转换芯片和RS232接口介绍
MAX232是电平转换芯片。1970年美国电气学会规定“RS232”串口通信协议。规定逻辑“1”-5— -15V逻辑“0”5— 15V 。噪声容限为2V。要实现利用串口与单片机进行通信就要进行电平转换把标准转化成单片机可以识别的。MAX220–MAX249都是电平转换芯片在单片机最小系统中使用MAX232。[4]
图1-3 MAX232电平转换芯片引脚图
RS232接口连接器一般使用型号为DB-9的9芯插头座，只需3条接口线，即\发送数据\、\接收数据\和\信号地\即可传输数据，在此用于串口通信接口，其引脚图如下所示。
图1-4 RS232接口引脚图
RS232的规范中，电压值在+3V~+15V（一般使用+6V）称为\或\。电压在-3V~-15V（一般使用-6V）称为\或\；RS232为全双工工作模式，其信号的电压是参考地线而得到的，可以同时进行数据的传送和接收。
引脚功能介绍和引脚图：1 数据载波检测 DCD 2 接收数据 RXD 3 发送数据 TXD 4数据终端准备 DTR 5信号地 GND 6 数据设备准备好 DSR 7请求发送 RTS 8 清除发送 CTS 9振铃指示 DELL
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1.4 键盘检测原理
键盘是计算机系统中不可缺少的输入设备，当键盘较少时可接成线性键盘。当按键较多时接成矩阵的形式，可以节省口线。键盘是一组按键的组合。键通常是一种常开型按钮开关，常态下键的两个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合（短路）。通常，键盘有编码和非编码两种。矩阵键盘每个按键都有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵键盘的行线和列线分别通过两并行口中，一个输出扫描码，使按键动态接地（称行扫描码），另一个并行口输入按键状态（称回馈信号）。通过编码识别不同的按键，再通过软件查表，查出该键的功能，转向不同的处理程序。因此键盘处理程序的任务是：确定有无键按下；判断哪一个键按下；形成键编码；根据键的功能，转相应的处理程序。[3]
图1-5 矩阵键盘
键扫描就是要判断有无键按下，当扫描到有键按下时再进行下一步处理，否则退出键盘处理程序。独立式键盘扫描只需读取IO口状态,而矩阵式键盘描通常有两种实现方法：逐行扫描法和线反转法。 （1） 逐行扫描法。
依次从第一至最末行线上发出低电平信号, 如果该行线所连接的键没有按下的话, 则
列线所接的端口得到的是全“1”信号, 如果有键按下的话, 则得到非全“1”信号。 （2）线反转法。
线反转法也是识别闭合键的一种常用方法, 该法比行扫描速度快, 但在硬件上要求行
线与列线外接上拉电阻。
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先将行线作为输出线, 列线作为输入线, 行线输出全“0”信号, 读入列线的值, 那么在闭合键所在的列线上的值必为0；然后从列线输出全“0”信号，再读取行线的输入值，闭合键所在的行线值必为 0。这样,当一个键被按下时, 必定可读到一对唯一的行列值。再由这一对行列值可以求出闭合键所在的位置。
本次设计采用简单的逐行扫描的方式。
1.5 数码管显示
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。下图四为数码管的内部原理图：[1]
图1-6 数码管内部原理图
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1.6 串口通信
串行接口Serial Interface是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。
一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位传送，传按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。
51单片机的中断系统中第4个中断就是串口中断,要进行串口通信首先就要打开CPU总中断EA,还要打开串口通信中断ES,这是串口通信的前堤。串口通信也跟计时器一样有很多的模式,因此我们还要设置SCON寄存器来指定采用哪一种方式进行通信,而在通信的过程中,我们还要设定通信的波特率,不然的话,单片机是没办法进行采样的,这样也不会得到正确的结果了。
51单片机串口波特率由内部定时器1产生，一般要让定时器1工作在自动装载的8位模式，即工作方式2。串口工作在方式3，即SM0=1，SM1=1，每一帧9位，无奇偶校验。波特率由定时器1确定，本设计设定为9600bps。
图1-7 串口通信帧的结构
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2 系统单元设计
采用单片机控制。利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的功能选择、数据输入、数据输出、串口通信等不同功能。
采用单片机控制。利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，有较大的活动空间，便于修改。不但能实现基本的显示功能，而且能在很大的程度上扩展功能，还可以方便的对系统进行升级。为此我们采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求。单片机控制实现方案框图，如下图所示。
图2-1 单片机控制实现方案框图
单片机最小系统，是指用最小的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路、按键输入、显示输出等。单片机接口电路主要用来连接计算机和其他外部设备。
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