雙機(jī)通信系統(tǒng)

1、學(xué)校 課程設(shè)計(jì)說明書 2012/2013 學(xué)年第 1 學(xué)期 學(xué) 院 ： 電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) ： 電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué) 生 姓 名： * 學(xué) 號： * 課程設(shè)計(jì)題目： 雙機(jī)通信系統(tǒng) 起 迄 日 期： 2013 年*月 *日 2013 年*月*日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任 ： 完成日期 : 2013 年 * 月 * 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1設(shè)計(jì)目的： 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程； 學(xué)習(xí)使用 PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖； 掌握應(yīng)用 EWB 對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。 2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始

2、數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等） ： 設(shè)計(jì)一個雙機(jī)通信系統(tǒng)，具體要求如下： 1. 甲機(jī)采集數(shù)字信號通過 422 接口傳輸?shù)揭覚C(jī)。 2乙機(jī)接收甲機(jī)傳來的數(shù)字信號，并用 LED顯示。 3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（論文 ）、圖 課程設(shè)計(jì)說明書； 電路原理圖和印刷板圖； 仿真圖形和仿真結(jié)果。 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 4主要參考文獻(xiàn)： 童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社， 2002 張建華數(shù)字電子技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004 陳汝全電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005 畢滿清電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005 潘永雄電子線路 CA

3、D 實(shí)用教程西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2002 張亞華電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和輔助設(shè)計(jì)北京：航空工業(yè)出版社， 2004 5設(shè)計(jì)成果形式及要求： 提交內(nèi)容：課程設(shè)計(jì)說明書、電路原理圖和印刷板圖、仿真圖形和仿真結(jié)果。 基本要求：繪制出電路原理圖和印刷板圖，通過仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確性。 6工作計(jì)劃及進(jìn)度： 2013年 1月 2日 2013年1月 7日：學(xué)習(xí) PROTE、L EWB軟件的使用； 2013年 1月 8日：設(shè)計(jì)中期檢查； 2013年 1月 8日 2012年1月 14日：按任務(wù)書要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真； 2013年 1月 15日：設(shè)計(jì)答辯，提交設(shè)計(jì)報(bào)告和考核。 系主任審查意見： 簽字： 年月日

4、 目錄 引言 錯. 誤 ! 未定義書簽 1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 錯. 誤! 未定義書簽 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 3 串行通信 3 基本設(shè)計(jì)原理述 5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 5 2.硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 錯. 誤 ! 未定義書簽 硬件電路設(shè)計(jì)方案 錯. 誤! 未定義書簽。 硬件電路的實(shí)現(xiàn) 錯. 誤! 未定義書簽。 以 89C51為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng) 錯誤! 未定義書簽 數(shù)碼管顯示模塊 錯. 誤! 未定義書簽。 主機(jī)校驗(yàn)指示模塊 錯誤! 未定義書簽。 3. 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 7 軟件實(shí)現(xiàn)方案分析 7 串行通信分為查詢方式和中斷方式 7 主程序 7 4 總結(jié) 11 心得體會 11 5 附錄 12 PROTE

5、L軟件繪制電路原理圖及印刷板圖 13 Proteus 仿真圖 14 引言 【摘要】串行通信是單片機(jī)的一個重要應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)就是利用單片機(jī)來完成 一個系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙片單片機(jī)串行通信。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用， 從智能家用電器到工業(yè)上的控制系統(tǒng)都采用了上位機(jī)與下位機(jī)基于串行通信的 主從工作方式， 這樣就充分利用了微機(jī)分析處理能力強(qiáng)、 速度快的特點(diǎn)及下位機(jī) （單片機(jī)）面向控制、使用靈活方便的優(yōu)勢。 由于 87C51系列單片機(jī)具有性能穩(wěn) 定、工作可靠、價格低廉等可特點(diǎn)，因此其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 87C51 單片機(jī)中有異 步通信串行接口，能方便的構(gòu)成雙機(jī)，多機(jī)通信接口。隨著測量向自動化，智能 化，網(wǎng)

6、絡(luò)化方向的發(fā)展。 利用多機(jī)通信構(gòu)成的分布式系統(tǒng)逐漸普及。 本實(shí)驗(yàn)就點(diǎn) 對點(diǎn)的雙機(jī)通信進(jìn)行訓(xùn)練。 學(xué)習(xí)串口的工作方式， 初始化編程， 和單片機(jī)與單片 機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通信的編程方法以及硬件電路的設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步提 高，實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信以及單片機(jī)與 PC機(jī)的通信。 【關(guān)鍵字】 雙機(jī)通信 從機(jī)應(yīng)答 單片機(jī) 1.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 該系統(tǒng)采用主從共兩片 87C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對下位機(jī)的控制， 由于是 近距離的雙機(jī)通信， 我們采用單片機(jī)直接交叉連接的方式， 上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由 串行口 TXD 端輸出，直接由下位機(jī)的串行口數(shù)據(jù)接收端 RXD接收。需要注意的 是一定要保證主從機(jī)相同的數(shù)據(jù)傳輸

7、速率， 即要求設(shè)置相同的波特率。 電路分為 數(shù)碼管顯示模塊，主機(jī)校驗(yàn)指示模塊、以及單片機(jī)工作的基本復(fù)位、晶振模塊。 .系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 串行通信 串行數(shù)據(jù)通信要解決兩個關(guān)鍵問題，一個是數(shù)據(jù)傳送，另一個是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 所謂數(shù)據(jù)傳送就是指數(shù)據(jù)以什么形式進(jìn)行傳送。 所謂數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是指單片機(jī)在接 收數(shù)據(jù)時， 如何把接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)， 單片機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時， 如 何把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。 單片機(jī)的串行通信使用的是異步串行通 信，所謂異步就是指發(fā)送端和接收端使用的不是同一個時鐘。 異步串行通信通常 以字符（或者字節(jié)）為單位組成字符幀傳送。字符幀由發(fā)送端一幀一幀地傳送， 接收端通過傳輸線一

8、幀一幀地接收。 而對于兩個單片機(jī)之間的串行通信， 由于具 有相同的數(shù)據(jù)格式及電平且是短距離通信則不必要使用一些電平轉(zhuǎn)化芯片（如 max232 等）便可直接實(shí)現(xiàn)串行通訊，需要注意的是兩單片機(jī)硬件要共地，軟件 中需要設(shè)置相同波特率。 51 單片機(jī)有一個全雙工的異步串行通信口 UART），串行結(jié)構(gòu)如下： 1）數(shù)據(jù)緩沖器（ SBUF） 接受或發(fā)送的數(shù)據(jù)都要先送到 SBUF緩存。有兩個，一個緩存， 另一個接受， 用同一直接地址 99H,發(fā)送時用指令將數(shù)據(jù)送到 SBUF即可啟動發(fā)送； 接收時用指 令將 SBUF中接收到的數(shù)據(jù)取出。 2）串行控制寄存器（ SCON） SCON用于串行通信方式的選擇，收發(fā)控制

9、及狀態(tài)指示，各位含義如下： SM SM SM RE TB RB TI RI 0 1 2 N 8 8 SM0,SM1:串行接口工作方式選擇位，這兩位組合成 00，01，10，11 對應(yīng)于 工作方式 0、1、 2、3。串行接口工作方式特點(diǎn)見下表 串行口工作方式表 SM 0 SM 1 工 作方式 功能 波特率 0 0 0 8 位同步移位寄存器（用于 I/O 擴(kuò)展） fORC/12 0 1 1 10 位異步串行通信（ UART） 可變（T1 溢出率 *2SMOD/32） 1 0 2 11 位異步串行通信（ UART） fORC6/ 4 或 fORC/32 1 1 3 11 位異步串行通信（ UART）

10、 可變（T1 溢出率 *2SMOD/32） SM2：多機(jī)通信控制位 REN：接收允許控制位。軟件置 1 允許接收；軟件置 0 禁止接收。 TB8：方式 2 或 3 時， TB8為要發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置 1 或 清 0 。 RB9：在方式 2或 3時， RB8位接收到的第 9 位數(shù)據(jù)，實(shí)際為主機(jī)發(fā)送的第 9 位數(shù)據(jù) TB8，使從機(jī)根據(jù)這一位來判斷主機(jī)發(fā)送的時呼叫地址還是要傳送的數(shù) 據(jù)。 TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后由硬件自動置位，并申請中斷。必須 要軟件清零后才能繼續(xù)發(fā)送。 RI：接收中斷標(biāo)志。接收完一幀數(shù)據(jù)后由硬件自動置位，并申請中斷。必須 要軟件清零后才能繼續(xù)接收。

11、 （3）輸入移位寄存器 接收的數(shù)據(jù)先串行進(jìn)入輸入移位寄存器， 8 位數(shù)據(jù)全移入后，再并行送入接 收 SBUF中。 （4）波特率發(fā)生器 波特率發(fā)生器用來控制串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的， 51 系列單片機(jī)用定時 器 T1 作為波特率發(fā)生器， T1 設(shè)置在定時方式。波特率時用來表示串行通信數(shù)據(jù) 傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。 （5）電源控制寄存器 PCON 其最高位為 SMOD。 （6）波特率計(jì)算 當(dāng)定時器 T1工作在定時方式的時候， 定時器 T1溢出率=（T1 計(jì)數(shù)率）/（產(chǎn) 生溢出所需機(jī)器周期） 。由于是定時方式， T1計(jì)數(shù)率= fORC/12。產(chǎn)生溢出所需機(jī) 器周期數(shù) =模

12、M-計(jì)數(shù)初值 X。 基本設(shè)計(jì)原理概述 雙機(jī)通信系統(tǒng)通過主從單片機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。 主單片機(jī)通過開 關(guān)電路來啟動發(fā)送程序， 當(dāng)開關(guān)按下時向從機(jī)發(fā)送一個數(shù)據(jù)， 從機(jī)通過接收中斷 來接收主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)， 并通過編寫好的數(shù)據(jù)代碼在 LED數(shù)碼管上顯示主機(jī) 發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。同時從機(jī)給主機(jī)發(fā)送一個應(yīng)答信號來表示已經(jīng)接收到了主機(jī)發(fā) 送過來的數(shù)據(jù)， 在主機(jī)接收應(yīng)答并校驗(yàn)正確， 以二極管顯示， 這樣就完成了一個 數(shù)據(jù)的通信過程，等待按鍵按下，然后繼續(xù)下一次數(shù)據(jù)的發(fā)送直到結(jié)束。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 圖雙機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.硬件電路設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 硬件電路設(shè)計(jì)方案 從硬件電路設(shè)計(jì)的目標(biāo)出發(fā)，我們盡量考慮到可

13、靠、高效、簡潔的原則，在 整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行， 做好各部分模塊設(shè)計(jì)最優(yōu)。 簡潔是指在 滿足了可靠、高效的要求后， 為了盡量在器件允許的范圍內(nèi)使電路設(shè)計(jì)導(dǎo)線無交 叉，應(yīng)使電路設(shè)計(jì)盡量簡潔，盡量減少元器件使用數(shù)量，縮小電路板面積，使電 路部分重量輕。 在焊接電路板時由于從機(jī)的數(shù)碼管管腳排布無規(guī)律， 使得導(dǎo)線不 能直接的焊接，我們盡量合理設(shè)計(jì)元件排列和電路走線， 使本系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 硬件電路的實(shí)現(xiàn) 整個雙機(jī)通信系統(tǒng)以 87C51單片機(jī)為主控制器， 由數(shù)碼管為核心的數(shù)據(jù)顯示 模塊、主機(jī)校驗(yàn)指示模塊、以及單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成。 以 87C51 為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng) 87C51 單片機(jī)

14、的最小系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式 :以 XTAL1和 XTAL2引腳外接晶 振，構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號， 然后給晶振的每個腳 分別外接一個 30PF的電容，以此使晶振快速起振并且達(dá)到約 12MHZ 的穩(wěn)定頻率。 而在單片機(jī)的 RST腳接上按鍵開關(guān)以及適當(dāng)?shù)碾娮琛?電容便構(gòu)成按鍵與斷電兩用 的復(fù)位電路。具體電路如圖所示： 圖單片機(jī)最小系統(tǒng) 數(shù)碼管顯示模塊 設(shè)計(jì)中，我們使用的是共陰的兩位一體數(shù)碼管并使用 P0 口控制數(shù)碼管段選 信號，P2 口選取兩位為位選信號控制端。拿到數(shù)碼觀后，我們借助萬用表進(jìn)行 測試，最終確定為共陰型數(shù)碼管， 進(jìn)一步測試便得出了該數(shù)碼管對應(yīng)的管腳分布 圖。

15、主機(jī)校驗(yàn)指示模塊 主機(jī)接收從機(jī)應(yīng)答信號進(jìn)行校驗(yàn)， 成功后點(diǎn)亮 P1 口的指示燈并保持一段時 間，然后進(jìn)入等待狀態(tài)， 當(dāng)按鍵按下便開始下一次數(shù)據(jù)傳送。 這種握手模式是單 片機(jī)在串行編程中使用的提高數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的有效方法。 3 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 軟件實(shí)現(xiàn)方案分析 串行通信分為查詢方式和中斷方式 編程中，對于從機(jī)我們擬定采用中斷接收和查詢發(fā)送方式， 原因在于程序開 銷無異。中斷方式使得從機(jī)時刻處于準(zhǔn)備接收狀態(tài)，接收后判斷范圍，顯示，再 回送。而對于主機(jī)，工作流程分析如下：得到按鍵允許，開始查詢發(fā)送，查詢中 等待應(yīng)答即中斷接收，中斷后得到應(yīng)答，使得 LED指示燈閃爍，如此往復(fù)。 串行通信程序設(shè)計(jì)包括：

16、1）初始化程序：對特殊功能寄存器 SCON和 PEON 的設(shè)置，來選擇串行口的工作方式， 設(shè)置通信波特率。 由于設(shè)計(jì)采用了中斷方式， 則還要對中斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置； 2）發(fā)送數(shù)據(jù)的程序： 51 單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)的條 件是串行口已準(zhǔn)備好，此時標(biāo)志位 TI狀態(tài)為“ 1”，則需將待發(fā)數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送 數(shù)據(jù)緩沖期 SBUF即, 啟動一次發(fā)送； 3）接收數(shù)據(jù)的程序： 51 單片機(jī)串行口接收 數(shù)據(jù)的條件是 SCON中的 RI置“ 1”，表明串行口已收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)，此時即 可置位取數(shù)標(biāo)志； 4）通信控制程序：用來控制發(fā)送和接收的進(jìn)行。 主程序 結(jié) 本次實(shí)訓(xùn)增強(qiáng)了我查閱資料的方法技巧，更是大大的提高了我們自學(xué)的

17、能 力，同時也增強(qiáng)了我們的動手能力。 我很清楚這個實(shí)驗(yàn)的目的，表面上我們最終僅僅只是實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的基 本功能，但我覺得，這次課程設(shè)計(jì)更加深刻的意義是從這樣一個最基本,簡 單的實(shí)驗(yàn)中， 從這樣一個完整的過程中我了解一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程， 甚至說是一 種思路，思維。 從最初拿到題目，分析設(shè)計(jì)要求以及實(shí)現(xiàn)的初步思路，然后去查閱資料進(jìn) 行更加具體的設(shè)計(jì)，整體上比較全面的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。于是，初步規(guī)劃后，我開始將 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)功能的各個模塊單獨(dú)開來用 PROTEUS仿真，并最終將各個模塊組合 后整體調(diào)試。 整個過程中我在仿真上花費(fèi)了較長時間， 因?yàn)橹婪抡娉晒κ菍?shí)現(xiàn) 真正硬件電路的基礎(chǔ)， 仿真是從根本上檢驗(yàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)邏輯以及思路的， 很好 的仿真才能使得設(shè)計(jì)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)要求功能的基礎(chǔ)上更加穩(wěn)定、 簡單，仿真中， 我 們仔細(xì)斟酌了電路布線的合理性。 在編寫程序代碼的時候， 使我學(xué)習(xí)到了最大的是 87S51 單片機(jī)的中斷程序的 編寫。在編寫程序的時候由于之前只是在課余學(xué)的單片機(jī)中的中斷源以及中斷向 量，所以在實(shí)