单片机串口号不可用汇聚100句

基于多单片机的串口扩展设计论文

1前言

笔者在用单片机开发一款称重仪表时，功能较多，对串口的需求很高。需要的串口数量多，至少要五个串口，包括称重传感器通信串口，电脑上位机通信串口，GIM900A通信串口，大屏幕数码管显示的通信串口，打印模块的通信串口等。而且对串口要求稳定性高，大部分串口都要求实时双工通信。根据实际情况和产品串口需求，采用不用的方法进行串口扩展，主要用到了模拟串口和多单片机实现串口扩展。

2串口扩展的一般方法

(1)模拟串口。模拟串口利用其他单片机引脚模拟串口收发时序进行串口扩展。这种串口扩展，缺点比较明显，通信速率慢，可靠性不高，占用CPU资源较多。高速双工通信时一般不用此方案进行串口扩展，低速情况下可以考虑。笔者的项目中大屏幕数码管显示就用了这种方案，显示的时候只发不收，单向通信，波特率要求低，最高不过9600bps。

(2)利用专门的串口扩展芯片处理。串口扩展芯片进行串口扩展，通信稳定性高，能达到一般的串口要求。市场上的串口扩展芯片，性能不同，价格也不一样，但普遍成本较高，少则二三十元，多则七八十元，不利于产品的成本控制。串口需求较多时，一块串口扩展芯片上串口数量不足，还需要多块串口扩展芯片级联，更增加了成本。

(3)利用多串口单片机。目前市场上有多串口的单片机，很多低成本单片机都自带两个串口，比如stc12多串口系列。用三串口及其以上的单片机成本更贵。

(4)基于多单片机的串口扩展设计。在一定成本要求下，结合目前单片机产品自身的优势，利用多单片机进行串口扩展，也是一种串口扩展的方案。一般c51系列单片机自带双串口的'只要几元钱，完全可以把单片机用来做串口扩展，而且有的单片机自带spi通信接口，可以很方便的实现主从单片机之间的级联和通信，同时双单片机工作时，可以利用从单片机处理一定的程序，减轻主单片机的负担，达到“双核”效果。

3基于多单片机的串口扩展设计

【第3句】：1串口扩展系统框图

整个系统由两块单片机构成主从结构，主机完成产品的大部分功能，从机只是进行了串口扩展，扩展出了两个双工硬件串口，如果有需要，也可以分担部分主机的其他功能。两者之间通过SPI硬件接口通信，该硬件SPI总线是一种全双工、高速、同步的通信总线，支持主模式和从模式两种操作模式，主模式中支持高达3Mbps的速率，完全可以完成主机和从机之间的可靠通信。主机和从机的串口通信，和一块单片机使用时的用法一样，只是先要经过SPI传输。当需要向从机串口发数据时，先要通过主机的SPI通信送给从机，再通过从机串口发给外围模块;当需要接收从机串口数据时，先从机接收到串口数据，从机再利用SPI传输给主机。在进行软件开发时，只要定义好主机和从机的SPI通信协议，即可完成可靠的串口数据收发。

【第3句】：2主机和从机之间的SPI通信

主机和从机串口之间需要SPI通信做桥梁，因此主从机之间的SPI通信显得极其重要，必须要求高速、可靠、实时，一次SPI采用中断完成。主机部分需要用到常用的四个函数，即主机SPI初始化，SPI主从机之间的数据交换，向从机发送数据，主机SPI中断接收等。

1)主机SPI初始化：

SPDAT=0;

SPCTL=0xfd;

SPSTAT=0xc0;

IE2=IE2|0x2;

2)主机SPI数据交换

SPDAT=dat;

while(!(SPSTAT&SPI_SPIF));

SPSTAT=0xc0;

returnSPDAT;

3)向从机发送字符串数据

SPCTL=0xfd;

IE2=IE2&0x01;

SPISS=0;

4)SPI接收中断函数

ucharucRecvSpi;

SPDAT=SPDAT;

SPSTAT=0xc0;

ucRecvSpi=SPDAT;

??//SPI接收到的数据处理

?循环SPI数据交换

发送字符串

SPISS=1;

SPCTL=0xec;

IE2=IE2|0x3;

从机部分也需要用到主机一样的四个函数，即从机SPI初始化，SPI主从机之间的数据交换，向主机发送数据，从机SPI中断接收等。程序函数与主机大部分相同，只有细微区别。在从机SPI初始化时，SPCTL控制寄存器初值为0xec。

【第3句】：3扩展的串口处理

从机自带的两个双工串口即是扩展出来的串口，要实现收发数据，需要用到基本的3个函数，即从机串口初始化，从机串口向外围模块发送数据，从机中断接收数据。串口4和串口5函数类似，下面只列举串口4的初始化函数部分。

1)串口1初始化

TMOD=0x20;

SCON=0x5a;

TH1=TL1=-3;

TR1=1;

ES=1;EA=1;

2)串口接收中断

RI=0;

Buf[i]=SBUF;//接收串口数据存入数组

if(SBUF==0x0a&&Buf[i-2]==0x0d)

接收到结束符，则向主机发送串口数据。

4结语

本文中的串口扩展方法，实用性强，成本较低，能较好的实现串口扩展，同时利用多出的单片机，可以为主CPU分担一定的任务，提供一定的硬件资源。

基于单片机的倒车雷达设计论文开题报告

开题报告包含的论文提纲可以是粗线条的，是一个研究构想的基本框架。下面是关于基于单片机的倒车雷达设计论文开题报告的内容，欢迎阅读！

【第1句】：课题背景和意义

随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来许多麻烦，例如撞上别人的车、消防水笼头，如果伤及儿童更是不堪设想，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧，大大降低倒车事故的'发生。汽车倒车雷达全称为“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和起动车辆时因前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员克服视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发出超声波，然后通过反射回来的超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。

【第2句】：课题任务的主要内容

此次设计采用超声波测距原理，当汽车与障碍物的距离小于所设定的安全距离时，系统能发出声光报警，并随着距离的不断缩近，报警频率不断提高。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器三部分组成。工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。

【第3句】：已具备条件

应用电子技术专业的毕业生已完成电子线路、数字电路基础、单片机原理、单片

【第4句】：设计思路与方案

【第1句】：系统模块

系统以微控制器AT89C51为核心，外围电路由超声波发射模块、超声波接收模块、声光报警电路、显示模块四部分组成

2．系统工作过程

驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语.音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。

3．各个模块的介绍

（1）超声波发射模块，选用软件发生超声波法，利用软件产生40kHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。

（2）超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。探头变换后的正弦波电信号经放大电路放大并进行波形变换。

（3）声光报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音、点亮发光二极管提醒驾驶员。

【第5句】：预期目标

设计制作一个基于单片机的倒车雷达。

简析基于单片机的多用途定时器的设计论文

引言

定时器根据其发展历程可以分为:一种是基于模拟技术的定时器，目前这种产品已经退出市场中;另一种是基于数据技术的产品，其具有强大的产品功能，但是这种产品主要应用于较大的设备中。随着单片机技术的不断发展，基于单片机的多用途定时器被越来越多的行业所应用，因此本文通过单片机多用途定时器的设计进行深入的分析，让人们更加了解基于单片机的多用途定时器的设计体系。

1基于单片机的多用途定时器的设计需求

通过单片机多用途定时器可以在LED显示器中显示预定的时间以及当前的时间，进而让人们可以清楚地知道定时器工作的状态等。同时基于单片机多用途定时器所具有的报警功能也可以及时提醒人们，进而为人们的生活、生产提供便利。当单片机定时器达到预定的时间后，该系统就会发出警报，给人以提醒，因此单片机多用途定时器的便利性为设计该产品提供了广泛的市场需求。

2单片机多用途定时器的设计原理

单片机多用途定时器主要采取了MSP430系列单片机、键盘、钟芯片DS1302以及电源等电子模块而实现的，由于其性价比比较高，因此其具有广泛的市场应用前景。结合多年的经验，该产品的设计原理主要如下:

【第2句】：1MSP430系列单片机的结构

MSP430系列单片机主要包括CPU、存储器以及外围模块等组成:CPU主要是用来处理程序指令，存储系统的相关数据与程序，并且进行位、字、字节的操作。外围模块主要是将单片机与外围的相关设备进行链接，并且实现通道的采样转换。

【第2句】：2单片机多用途定时器的设计原理

该设计主要是将MSP430单片机的各个端口与时钟电路、键盘电路以及显示电路进行连接，通过软件程序实现与硬件电路的连接，进而实现定时器的定时、报警功能。纵观整个单片机定时器设计过程，软件系统中的中断系统程序是设计的关键，在预定设计好定时信息后要注意将各个端口的自动中断处理，键盘的程序设计主要是采取扫描法，通过判断行与列的键盘输入信号来确定键入数字。

3基于单片机的多用途定时器的实现

【第3句】：1硬件设计

定时器的硬件设计主要包括:时钟电路、MSP430单片机、显示器以及键盘电路，其设计原理就是将单片机与各个硬件设备相连，实现电压与电平之间的转变，因此在电路设计时要充分考虑各个器件引脚的功能，对于重点电路可以先进行理论探讨后再进行搭建。

在硬件设计中时钟模块是设计中比较复杂的，其主要是时钟中的实时时钟与RAM，利用串行接口与单片机进行通信，给电路提供实时的时间信息。时钟操作可通过AMh'M指示采用12/24小时格式。用RES(复位),SCLK(串行时钟)、功(数据线)、三个口线与单片机之间进行同步串行通信。时钟电路部分是整个系统设计的'难点，电路搭建的正确与否直接关系着定时器时钟系统是否能够正常运行。

其次是键盘模块主要采用扫描方式进行。键盘的工作方式也是分为两种，编程控制方和中断控制方式，一般是采用矩阵式键盘设计。首先设置各个口线为输入模式，通过中断的方式或者软件查询的方式，获取信息，从而知道各个口线是否有键按下，如果有键按下，则口线端口为高电平，否则为低电平。在按下设置键对时间进行调整之前可以通过+,一按键进行调节。扫描键盘一般由行和列组成，在键盘上的某条行线上输入低电平，如果键盘中某个键被按下则某个列线变为低电平。

【第3句】：2软件设计

本文定时器的软件设计，用于软件程序的调试与仿真所使用的是TARSystems公司开发的软件，其包含C尤++编译器和调试器的集成开发环境。结合本次的定时器产品设计主要采取的是THREW430软件程序。首先，在程序编写之前要打开TAREmbeddedWoxRbench，注意单击菜单Pro乡ct,Addfibtest出现需要的加载源文件界面，选择相应的界面类型，编译时注意对430单片机型号进行选择;其次，在程序运行时要对DS1302进行设置，并对DS1302系统进行初始化优化，并将系统的时间设置为0。在确保上述程序完成后，再进行时间上传，进而将有效的信息存储在EPROM中，并且将其上传给管理层，管理层在接收到相关知识后再进行相应的修改，最后显示出具体的时间;最后，LED数码管在显示之前，要对串口的工作方式进行设置，然后设置对应的地址指针，然后选择数段码，通过传送过来的脉冲来显示。

参考文献:

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[3]'}哲豪.新版多用途定时器的硬件设计田.机电信息，201002).

一种基于单片机的可控成像系统设计论文

摘要:基于彩色面阵CCD传感器设计的高速实时图像采集系统,以信号处理芯片CXD3172AR为核心,可实现输出标准PAL/NTSC格式的视频信号,具有自动白平衡、自动曝光、缺陷补偿等功能,并构建优化的模拟前端电路(包括相关双采样和自动增益控制)大幅度提高了采集数据的信噪比。根据DSP芯片具有参数化控制的特点,通过单片机实现与DSP的特殊通讯传输协议来配置DSP参数,并使用外部开关控制完成各种信号处理功能。通过仿真调试,该电路很好地实现了图像采集和控制功能。

关键词:单片机;CCD;可控化;图像采集

基金项目:教育部留学回国人员科硕启动基金(GGRYJJ07-2)0引言光学成像系统是将光学信息转化为人们更易处理的电子信息的重要工具,特别对于智能监控、医学诊断及消费电子领域,其重要性就更大。随着成像系统功能的复杂化,摄像机的便携易控性成了设计中需考虑的重要要素。自从1969年WillardS.Boyle和GeorgeE.

Smith发明电荷耦合器(CCD)以来,它一直就是光学成像系统的首选传感器。相对于目前发展快速CMOS图像传感器,它仍然具备噪声低,动态范围高的优点。而CCD的模拟前端决定了采集信号的质量,对整个系统信噪比有着决定性的影响,因此对它的噪声抑制是设计中的重点[1]。完成各种图像处理功能的模块是成像系统的核心,针对低照度视频信号成像[2]的设计要求,采用专业信号处理芯片进行各种处理,通过单片机(MCU)对信号处理芯片(DSP)进行参数配置,以完成各种复杂运算功能的控制,简化了系统的逻辑设计,使其具有良好的可控性。

1系统组成

该系统由CCD、模拟前端AFE(包括相关双采样CDS和自动增益控制AGC)、信号处理模块、微处理器模块以及模拟数字输出模块等组成。系统框图如图1所示。

图1CCD成像系统框图

图中CCD传感器是整个系统的基础,外部光学信号通过光电转换才能进行各种处理。传感器输出模拟信号将经前端放大,以差分输入的方式进入AFE,然后通过一系列模拟信号的降噪放大处理(CDS,AGC),进入信号处理模块进行各种运算处理。信号处理模块是连接CCD输出和后端通用设备的桥梁,专业信号处理芯片提供了大量视频处理运算功能和多种视频输出格式,为后续处理带来了方便。通过DSP的各种处理,得到设计要求的色度、亮度和饱和度图像,最后输出与终端格式兼容的模拟或者数字信号。模拟输出可以直接与监视器相连,数字输出可以通过FPGA,ASIC等器件与VGA,DVI接口显示器相连。

2模拟前端模块

CCD读出电路的噪声主要包括读出电路中所用器件的固有噪声,以及因电路结构、电路工作方式引入的附加噪声[3]。主要有1/f噪声[4]、KTC噪声[5]和固定平面噪声[6],这些噪声限制了图像传感器的.动态范围,降低了信噪比。在读出电路中,相关双取样技术(CDS)是目前应用最广泛的噪声抑制技术。由于一个像元传输时间中的复位噪声是相关的,相关双取样电路(CDS)可以利用信号相减的运算关系来消除或消弱信号里的1/f噪声、KTC噪声和固定平面噪声,从而可大大提高系统的信噪比。自动增益控制电路(AGC)可以使放大电路的增益自动地随信号强度而调整,使图像信号的亮度平稳,特别是低照度环境里微弱光信号的放大。但不足的是它也会放大低照度条件下的暗电流,降低图像质量。另外,模拟前端带宽的合理选择可以对系统噪声和系统调制传递函数进行折中,以满足应用的需求。目前有两种AFE设计方法,一种是采用分立元器件实现,另一种是采用集成AFE芯片实验。随着AFE芯片的成熟,其内部还集成了暗电流校正电路,各项指标远高于一般分立元器件搭建的电路,并且调试简单。该系统选择的集成AFE是CXA2096N,是专门为数字摄像机而设计的,内部包括相关双取样电路(CDS)、自动增益控制电路(AGC),为A/D转换器提供的参考电平以及采样保持电路,其自动增益变化范围为-0.8~【第31句】：3dB[7]。

3信号处理模块

【第3句】：1视频处理芯片本文选择的信号处理芯片是SONY公司的CXD3172AR。该芯片内建10位高精度A/D转换器,具有自动白平衡、自动曝光、自动黑电平校正和缺陷补偿等功能,并能产生驱动CCD的时序脉冲,能够输出PAL/NTSC制式的模拟信号和ITU656格式的数字信号[8],其控制方式有2种:通过RS232接口用PC机软件控制;通过MCU通用管脚直接用硬件控制。因为MCU的传输总线不属于通用的I2C和SPI总线,所以参考芯片资料,设计了与MCU的通信接口。该芯片支持的最大传输速率为400Kb/s;使用PC机软件仅支持【第19句】：2Kb/s,且不能完全利用该芯片的带宽,软件控制还必须依赖PC机,不利于携带。在该系统中,采用纯硬件控制方式实现的DSP功能,具有快速灵活的特性。

以CXD3172AR为核心组成信号处理模块的外围电路主要有电源、时钟、视频输出接口和控制通信接口。

【第3句】：2时钟产生电路

CXD3172AR需要产生驱动CCD的时序脉冲,其主时钟将影响整个系统的正常稳定工作。该系统选择的CCD兼容PAL制式色彩摄像机,总共像素为795(H)×596(V),系统要求【第28句】：375MHz的时钟驱动系统和27MHz的时钟驱动编解码器。为了有稳定的时钟源,采用锁相环路(PLL),用一个高稳定性参考源的一个分频和VCXO的一个分频进行相位比较,产生一个误差变化电压,给VCXO进行环路负反馈,从而使输出频率更稳定[9]。设计VCXO输出【第28句】：375MHz时钟和石英晶振回路输出27MHz时钟,系统产生的水平同步信号频率为【第15句】：625kHz,其与VCXO的分频进行相位比较,PCOMP引脚输出相位比较结果,判断是否相位锁定。

【第3句】：3电源电路

系统需要4组独立电源,其电压分别为:【第3句】：3V,5V,15V,-7V。基于便携性的考虑,采用9V直流电压作为电路板的输入,通过线性稳压电源芯片LT1117-【第3句】：3和LT1117-5得到【第3句】：3V和5V电压,选择TPS65131得到15V和-7V电压。TPS65131能够输出正负双电压,非常适用于便携性设备。4组电源的输出端分别通过LC低通滤波器,就能为系统提供高精稳定的直流电源。

【第3句】：4视频输出电路

CXD3172AR能输出PAL制式的模拟信号,其输入端口采用电流输出结构,通过电阻产生信号电压,但是由于系统噪声的存在,特别是模拟地和数字的干扰,信号走线长度,元器件布局等因素,对输出端可以增加一级滤波器,以提高信噪比。对于亮度信号而言,芯片内部在输出端已集成了LPF,故只需对色度信号进行处理。设置DSP输出Y/C分离信号,视频信号的带宽一般为6MHz,色度信号副载波频率为(【第4句】：43±【第1句】：3MHz),图2是色度BPF的频率特性图。亮度信号和通过BPF的色度信号进入视频信号混合放大器NJM2274,其输出阻抗为75Ω,放大后的信号可以直接输入监视器。

【第3句】：5MCU-DSP通信

DSP处理功能可以通过MCU或软件进行控制。

将DSP各控制参数通过特定的通信协议传输到DSP189第2期颜豪等:一种基于单片机的可控成像系统设计内部寄存器或者外部E2PROM保存,以使其实现视频信号的各种处理功能。这里的MCU为STC的STC89C52RC芯片,并且外搭基本硬件电路,使其成为最小系统。DSP控制参数有635B,在调试的时候,可以存入DSP的寄存器组以便修改,调试完成之后,优化的参数可以存入E2PROM,使得下次掉电复位后可以继续使用。

图2BPF频率特性

在通信过程中,一个通信协议包传输的字节数是可变的,最高可达32B。DSP接收到一包数据后分析它,执行控制命令,完成1次通信。一个通信包由起始字、命令字、地址字和数据字组成。因为DSP内部寄存器数量有限,在执行完上次命令之前,不会再接收任何其他控制命令。该过程被称为“通信禁止周期”,并且此时,芯片返回一个确认数据,该数据可能是写应答信号、读取数据或者通信错误代码。它的片选信号、时钟信号和输入/输出信号格式如图3所示。

图3通信协议格式

【第3句】：6MCU与DSP的接口在不同硬件接口之间进行数据通信时必须保证其逻辑电平一致,不然通信过程中将出现各种不可预料的错误。该设计中,CXD3172AR主供电电源VDD是【第3句】：3V,其逻辑高电平大于等于0.7VDD,逻辑低电平小于等于0.2VDD,它们属于LVTTL电平。通用MCU管脚一般是TTL电平,所以两者之间的通信必须经过电平转换,这里选择SN74ALVC164245作为电平转换器。SN74ALVC164245有2组独立电源端口,分别将其与MCU和DSP各自的主供电电源相连。这样,就能通过电平转换器将【第3句】：3V系统和5V系统连接起来。

4仿真和调试

图4是软件仿真图,输入数据是低位先传,每个字节有8位,字节之间延迟1个时钟周期,DSP在时钟上升沿采样输入数据,在时钟下降沿输出数据。选通信号XCS为低电平有效,为了满足系统的一定时序冗量,在DSP处理时间内(即通信禁止周期)强制将XCS置高。

由于是软件仿真的原因,DO没有波形。但是为了能够测试通信是否成功,在程序里添加回读显示功能,通过4个7端数码显示管显示2个16进制回读数据,判断是否通信成功。

图4程序仿真图

同时,参考DSP的几个基本功能,将其控制参数保存在程序代码中,通过外部开关的选择,MCU的P1端口读出其电平,实现各种功能的控制,其功能见表1。

表1功能列表

InterfaceFunctionP【第1句】：0~P【第1句】：2AWBModeP【第1句】：3ColorRollingControlP【第1句】：4BlackLightCompensationP【第1句】：5AESwitchingP【第1句】：6FlickerlessSwitchingP【第1句】：7AGCSwitching完成电路板中各部分的设计以及调试后进行实验,其结果表明,MCU-DSP通信正常,可满足时序及功能要求。

5结语

采用专业信号处理芯片及单片机实现了可控成像系统设计,完成了电路板的调试和功能实验,为后续数字信号处理提供了源图像信号。该系统具有电路实现简单可靠,功能控制方便,能够输出多种视频格式信号,具有简易灵活性。目前,将该系统已使用于低照度环境下的帧间滤波技术采集系统中,效果很好。

参考文献

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