基于单片机的文本显示器开题报告
2020-04-15 05:04
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
随着嵌入式技术的发展，移动设备的应用越来越普及。实现嵌入式设备和传统PC机的信息传输是一个具有实际意义的应用方向。移动设备中，包括手机在内的很多产品都需要依赖一定的传输协议来实现信息的有效传输。串口通信协议是最为普遍以及实际的传输方式。从硬件的角度出发，有效可靠的信息网络是保证各个移动设备以及PC机正常工作的重点。例如对温度数据的采集，对移动设备工作情况的读取，甚至控制移动设备的具体工作流程，这些都需要实际的传输协议来规范各个工作节点的时序。
本次课题主要使用51单片机开发板作为移动硬件。因为51单片机可以较为方便地实现串行通信的基本功能，还具有按键控制和液晶屏显示模块，实现控制和被控制。由于51单片机功能较为有限，可以尝试以ARM9开发板作为拓展部分，使用Linux系统来实现相应的功能，其中相应的系统C库函数可以直接调用。编程语言都使用C语言，直接对硬件进行操作。
RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS（ecommeded standard）代表推荐标准 ,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改（1969）,在这之前,有RS232B、RS232A。。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIAamp;#0;RS-232-C、EIAamp;#0;RS-422-A、EIAamp;#0;RS-423A、EIAamp;#0;RS-485。
图1、RS232的应用电路
串行通信的数据线在这里需要使用到TxD和RxD两根线。单片机使用的是TTL电平，RS232可以将电平转换为单片机需要的TTL电平。
51单片机内部可分为：中央处理器，内部数据存储器，内部程序存储器，计时器/计数器,并行I/O口，串行口，中断控制电路，时钟电路，位处理器，内部总线。 外部器件有：最小系统电路，4#215;4按键矩阵，1602液晶显示屏。51单片机的并行I/O口较少，但可以满足串行通行的数据显示。
单片机最小系统使用11.52MHz的晶振频率，有复位电路，可以重启程序。并行I/O口共分为4组：P0.0-P0.7，P1.0-P1.7, P2.0-P2.7, P3.0-P3.7。其中，中断输入和串行通信接口附加在P3并行接口中。中断系统共分为3组：外部中断INT0(P3.2),INT1(P3.3)；定时中断T0(P3.4),T1(P3.5),串行中断。串行数据的接受和发送分别使用P3.0(RxD)和P3.1(TxD)。
AT8951单片机的异步串口通信有4种模式：
SM0 SM1 工作方式 功能简述 波特率 0 0 方式0 8位同步移位寄存器 fosc/12 0 1 方式1 10位UART 可变 1 0 方式2 11位UART fosc/32 或fosc/64 1 1 方式3 11位UART 可变
表1：单片机串口通信模式
MATLAB提供了较为完善的GUI用户界面设计平台，可以较为方便的实现对上位机软件的编写。在MATLAB中，设计的层次分为两个方面：1、设计前台的界面，包括控制按钮，数据显示窗口等。2、利用MATLAB提供的函数，在后台将需要实现的底层功能实现。之所以需要在PC机上设计一个可以使用的软件，就是为了方便对不同平台硬件的操作，实现不同功能的的硬件控制。
随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升，新的应用环境和产业化需求对嵌入式系统软件提出了更加严格的要求。在新需求的推动下，嵌入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征，还将向高可信性、自适应性、构件组件化方向发展；支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化；系统软件对无线通信和能源管理的功能支持将日益重要。
嵌入式应用设计亟待发展软/硬IP产业，完善软/硬IP功能库。专家库函数是广义的软IP，网络应用使用的TCP/IP协议软件是典型的软 IP。在平台方式下，基础软硬件工作可解决在平台之中。常用的外围接口芯片8255、8250、8279等都可以做成类似功能的硬IP，软件库函数可包含它们的驱动程序。键盘可规范成8键、4#215;4键、8#215;8键设计，LED显示可规范成8个或16个数码管。显示和键盘扫描可编成标准程序。嵌入式应用的从业人员可互相借鉴交流 IP，建设自己的开发平台。
利用多平台的嵌入式硬件来构建相互联系的工作网络，可以有效的实现多种任务的处理。本课题将着重解决多硬件平台的相互通信和控制。
参考文献：
[1]单片机基础 李广弟，朱月秀，冷祖祈 编著 北京航天大学出版社，2007
[2]单片机原理及应用:基于Proteus与Keil C 主编 孟祥莲, 高洪志 哈尔滨工业大学出版社,2010
[3]电子技术基础模拟部分（第四版）：康华光.高等教育出版社,1998.
[4]电子技术基础数字部分（第四版）：康华光.高等教育出版社,1998.
[5]单片机原理及接口技术，（第二版），胡汉才，北京：清华大学出版社，2004；
[6]精通ARM嵌入式Linux系统开发 杨水清, 张剑, 施云飞编著 电子工业出版社,2012.05
[7]Linux编程技术详解 杜华 编著 人民邮电出版社，2007
[8]Linux高级程序设计 杨宗德, 邓玉春, 曾庆华 编著人民邮电出版社，2008
[9]电子设计自动化:Proteus在电子电路与51单片机中的应用 从宏寿 编著
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[10] ARM系列处理器应用技术完全手册 李佳 编著 人民邮电出版社,2006
[11] ARM嵌入式系统设计原理与开发实例 张晓伟,刘盼盼 编著 电子工业出版社,2008
[12] 精通Linux C编程
刘学勇, 陈建伟 编著 清华大学出版社,2009
[13] 51单片机原理及应用基于Keil C与Proteus
陈海宴 编著
北京航空航天大学出版社,2010.07
[14] Linux宝典/(美) Chiristopher Negus著 韩东儒 张波 译
人民邮电出版社,2008
一、选题的目的和意义
二、课题的知识背景
1、RS232串口通信
2、51单片机系统架构
3、MATLAB中GUI 的使用
三、本课题的发展趋势
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： |
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1、 本课题要解决的问题 1、AT89C51单片机与PC机的串行通信串行通信的接口使用RS232，总共两根数据线，TxD发送线，RxD接收线；异步串行通信完成数据的传输。单片机接收来自PC机的信息可以通过1602液晶屏显示，PC机接收来自单片机的数据可以通过超级终端显示。 2、MATLAB GUI设计PC机端的控制软件使用MATLAB中自带的GUI。它提供构了建PC机上控制单片图形界面设计的平台。其中，GUI具体的功能按键和现实窗口均可以调用MATLAB提供的库函数来实现。，后台的执行代码也可以与图形界面按键想绑定。
2、 本课题的研究手段 1、单片机硬件系统设计仿真C51单片机的硬件开发板设计包括：最小系统，矩阵键盘，1602液晶显示，RS232串行下载接口。利用Proteus仿真软件将单片机系统的硬件结构图以及功能仿真出来。C51函数库可以提供方便的硬件地址符号，可以直接调用这些符号实现硬件操作。代码分为三个部分：1、串口通信模块；2、液晶显示模块；3、按键信息发送模块。 图2、单片机系统设计 2、 C51单片机开发PC机的连接设计
C51程序设计 MATLAB GUI 使用框图 图3：MATLAB GUI GUIDE 界面
MATALB中可以使用GUI GUIDE 选择相应的控件，并对控件的属性值进行设置，如左图4：MATLAB 控件属性设置 所示：
4、串行通信协议的使用串行通信协议有多种，现有使用最为广泛的是Modbus通信协议。它包括两类， 1、LRC校验；2、CRC校验。这里的串口通信的信息编码可以仿照这样的协议，来实现控制单片机的功能。 3、 拓展部分：S3C2440开发板资源介绍 由于单片机接口有限，功能实现相对较少，可以在原有的基础上，利用ARM处理器实现较为复杂的功能 S3C2440是三星的一款ARM9内核处理器，可以执行多种基于linux操作系统的任务。 ARM2440开发板资源列表：
Linux系统环境下的功能函数设计
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