原標(biāo)題：PIC單片機與PC機實現(xiàn)串行通信的設(shè)計方案

基于PIC16F877與PC機串行通信的設(shè)計方案

一、引言

串行通信是一種常見的數(shù)據(jù)傳輸方式，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。在本設(shè)計方案中，我們將基于PIC16F877單片機與PC機實現(xiàn)串行通信。PIC16F877是一款功能強大的8位單片機，具備多種外設(shè)接口和豐富的I/O資源，非常適合用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

二、系統(tǒng)設(shè)計概述

本系統(tǒng)由以下幾個部分組成：

1. PIC16F877單片機

2. MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片

3. 串口通信接口

4. PC機端串口通信軟件

主要芯片型號及其作用

1. PIC16F877單片機：作為系統(tǒng)的主控制器，負責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。

2. MAX232芯片：用于TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。

3. RS232串口：實現(xiàn)PC機與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸。

三、硬件設(shè)計

1. PIC16F877單片機

PIC16F877是Microchip公司生產(chǎn)的一款8位單片機，具有以下主要特性：

• 工作電壓：2.0V至5.5V

• 工作頻率：20MHz

• 程序存儲器：14KB Flash

• 數(shù)據(jù)存儲器：368 Bytes RAM

• EEPROM存儲器：256 Bytes

• I/O引腳：33個

• 3個定時器/計數(shù)器

• 8路10位ADC

• 串行通信接口：包括USART、SPI、I2C

在本設(shè)計中，PIC16F877的USART模塊用于實現(xiàn)串行通信。USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）支持全雙工異步和同步通信方式，我們將使用異步通信方式與PC機進行通信。

2. MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片

MAX232是一種常用的電平轉(zhuǎn)換芯片，用于TTL（Transistor-Transistor Logic）電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。由于PIC16F877的USART模塊輸出的是TTL電平，而PC機的串口通信使用的是RS232電平，兩者不能直接相連，因此需要使用MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換。

3. 串口通信接口

在PC機端，我們將使用標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口接口，通過串口線纜與MAX232芯片連接，完成PC機與PIC16F877單片機的物理連接。

四、軟件設(shè)計

1. PIC16F877單片機端程序設(shè)計

在PIC16F877單片機端，我們需要編寫程序初始化USART模塊，設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位等參數(shù)，隨后在主程序中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。

#include <xc.h>

// 配置位設(shè)置
#pragma config FOSC = HS        // 高速晶振
#pragma config WDTE = OFF       // 關(guān)閉看門狗
#pragma config PWRTE = ON       // 上電延時
#pragma config BOREN = ON       // 使能掉電復(fù)位
#pragma config LVP = OFF        // 禁用低壓編程
#pragma config CPD = OFF        // 代碼保護
#pragma config WRT = OFF        // 禁止寫保護
#pragma config CP = OFF         // 禁止代碼保護

#define _XTAL_FREQ 20000000     // 晶振頻率20MHz

void USART_Init(unsigned long baud_rate) {
    unsigned int x;
    x = (_XTAL_FREQ - baud_rate * 64) / (baud_rate * 64); // 計算SPBRG值
    if (x > 255) {
        x = (_XTAL_FREQ - baud_rate * 16) / (baud_rate * 16);
        BRGH = 1; // 高速波特率
    }
    if (x < 256) {
        SPBRG = x; // 設(shè)置波特率
    }
    SYNC = 0; // 異步模式
    SPEN = 1; // 使能串口
    TRISC6 = 1; // TX引腳設(shè)置為輸入
    TRISC7 = 1; // RX引腳設(shè)置為輸入
    CREN = 1; // 使能接收
    TXEN = 1; // 使能發(fā)送
}

void USART_Transmit(char data) {
    while (!TRMT); // 等待寄存器空
    TXREG = data; // 發(fā)送數(shù)據(jù)
}

char USART_Receive() {
    while (!RCIF); // 等待數(shù)據(jù)接收完畢
    return RCREG; // 返回接收到的數(shù)據(jù)
}

void main() {
    USART_Init(9600); // 初始化USART，波特率為9600
    while (1) {
        char received_data = USART_Receive(); // 接收數(shù)據(jù)
        USART_Transmit(received_data); // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    }
}

2. PC機端串口通信軟件設(shè)計

在PC機端，我們可以使用多種串口通信軟件，例如超級終端、SecureCRT、Putty等。在本設(shè)計中，我們將使用Python編寫一個簡單的串口通信程序。

import serial

def main():
    # 打開串口
    ser = serial.Serial('COM1', 9600, timeout=1)
    while True:
        # 發(fā)送數(shù)據(jù)
        ser.write(b'Hello PIC16F877
')
        # 接收數(shù)據(jù)
        received_data = ser.read(100)
        print(received_data.decode('utf-8'))

if __name__ == '__main__':
    main()

五、系統(tǒng)調(diào)試

1. 硬件連接檢查

首先，檢查硬件連接是否正確，確保PIC16F877、MAX232和PC機串口之間連接可靠。特別注意MAX232芯片的供電和地線連接。

2. 波特率設(shè)置

確保PIC16F877單片機端和PC機端的波特率一致。本設(shè)計中設(shè)置為9600bps。

3. 數(shù)據(jù)收發(fā)測試

運行PC機端的Python程序，觀察是否能夠成功發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)通信問題，檢查串口設(shè)置（波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位）是否一致。

六、總結(jié)

通過本設(shè)計方案，我們實現(xiàn)了基于PIC16F877單片機與PC機的串行通信。系統(tǒng)設(shè)計包括硬件部分和軟件部分，硬件部分主要涉及PIC16F877、MAX232和RS232串口的連接，軟件部分則包括單片機端的USART模塊初始化和數(shù)據(jù)收發(fā)程序，以及PC機端的串口通信程序。本設(shè)計方案可以應(yīng)用于多種需要串行通信的嵌入式系統(tǒng)中，例如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)等。

在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求對系統(tǒng)進行擴展和優(yōu)化，例如增加數(shù)據(jù)校驗、實現(xiàn)多點通信等功能。通過本設(shè)計方案的學(xué)習(xí)，讀者可以掌握串行通信的基本原理和實現(xiàn)方法，為進一步的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)打下基礎(chǔ)。