原标题：PIC单片机与PC机实现串行通信的设计方案

基于PIC16F877与PC机串行通信的设计方案

一、引言

串行通信是一种常见的数据传输方式，广泛应用于嵌入式系统中。在本设计方案中，我们将基于PIC16F877单片机与PC机实现串行通信。PIC16F877是一款功能强大的8位单片机，具备多种外设接口和丰富的I/O资源，非常适合用于嵌入式系统开发。

二、系统设计概述

本系统由以下几个部分组成：

1. PIC16F877单片机

2. MAX232电平转换芯片

3. 串口通信接口

4. PC机端串口通信软件

主要芯片型号及其作用

1. PIC16F877单片机：作为系统的主控制器，负责数据的采集、处理和传输。

2. MAX232芯片：用于TTL电平与RS232电平之间的转换。

3. RS232串口：实现PC机与单片机之间的数据传输。

三、硬件设计

1. PIC16F877单片机

PIC16F877是Microchip公司生产的一款8位单片机，具有以下主要特性：

• 工作电压：2.0V至5.5V

• 工作频率：20MHz

• 程序存储器：14KB Flash

• 数据存储器：368 Bytes RAM

• EEPROM存储器：256 Bytes

• I/O引脚：33个

• 3个定时器/计数器

• 8路10位ADC

• 串行通信接口：包括USART、SPI、I2C

在本设计中，PIC16F877的USART模块用于实现串行通信。USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）支持全双工异步和同步通信方式，我们将使用异步通信方式与PC机进行通信。

2. MAX232电平转换芯片

MAX232是一种常用的电平转换芯片，用于TTL（Transistor-Transistor Logic）电平与RS232电平之间的转换。由于PIC16F877的USART模块输出的是TTL电平，而PC机的串口通信使用的是RS232电平，两者不能直接相连，因此需要使用MAX232芯片进行电平转换。

3. 串口通信接口

在PC机端，我们将使用标准的RS232串口接口，通过串口线缆与MAX232芯片连接，完成PC机与PIC16F877单片机的物理连接。

四、软件设计

1. PIC16F877单片机端程序设计

在PIC16F877单片机端，我们需要编写程序初始化USART模块，设置波特率、数据位、停止位和校验位等参数，随后在主程序中实现数据的接收与发送。

#include <xc.h>

// 配置位设置
#pragma config FOSC = HS        // 高速晶振
#pragma config WDTE = OFF       // 关闭看门狗
#pragma config PWRTE = ON       // 上电延时
#pragma config BOREN = ON       // 使能掉电复位
#pragma config LVP = OFF        // 禁用低压编程
#pragma config CPD = OFF        // 代码保护
#pragma config WRT = OFF        // 禁止写保护
#pragma config CP = OFF         // 禁止代码保护

#define _XTAL_FREQ 20000000     // 晶振频率20MHz

void USART_Init(unsigned long baud_rate) {
    unsigned int x;
    x = (_XTAL_FREQ - baud_rate * 64) / (baud_rate * 64); // 计算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; // 设置波特率
    }
    SYNC = 0; // 异步模式
    SPEN = 1; // 使能串口
    TRISC6 = 1; // TX引脚设置为输入
    TRISC7 = 1; // RX引脚设置为输入
    CREN = 1; // 使能接收
    TXEN = 1; // 使能发送
}

void USART_Transmit(char data) {
    while (!TRMT); // 等待寄存器空
    TXREG = data; // 发送数据
}

char USART_Receive() {
    while (!RCIF); // 等待数据接收完毕
    return RCREG; // 返回接收到的数据
}

void main() {
    USART_Init(9600); // 初始化USART，波特率为9600
    while (1) {
        char received_data = USART_Receive(); // 接收数据
        USART_Transmit(received_data); // 发送数据
    }
}

2. PC机端串口通信软件设计

在PC机端，我们可以使用多种串口通信软件，例如超级终端、SecureCRT、Putty等。在本设计中，我们将使用Python编写一个简单的串口通信程序。

import serial

def main():
    # 打开串口
    ser = serial.Serial('COM1', 9600, timeout=1)
    while True:
        # 发送数据
        ser.write(b'Hello PIC16F877
')
        # 接收数据
        received_data = ser.read(100)
        print(received_data.decode('utf-8'))

if __name__ == '__main__':
    main()

五、系统调试

1. 硬件连接检查

首先，检查硬件连接是否正确，确保PIC16F877、MAX232和PC机串口之间连接可靠。特别注意MAX232芯片的供电和地线连接。

2. 波特率设置

确保PIC16F877单片机端和PC机端的波特率一致。本设计中设置为9600bps。

3. 数据收发测试

运行PC机端的Python程序，观察是否能够成功发送和接收数据。如果出现通信问题，检查串口设置（波特率、数据位、停止位、校验位）是否一致。

六、总结

通过本设计方案，我们实现了基于PIC16F877单片机与PC机的串行通信。系统设计包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要涉及PIC16F877、MAX232和RS232串口的连接，软件部分则包括单片机端的USART模块初始化和数据收发程序，以及PC机端的串口通信程序。本设计方案可以应用于多种需要串行通信的嵌入式系统中，例如数据采集系统、远程控制系统等。

在实际应用中，可以根据具体需求对系统进行扩展和优化，例如增加数据校验、实现多点通信等功能。通过本设计方案的学习，读者可以掌握串行通信的基本原理和实现方法，为进一步的嵌入式系统开发打下基础。