精品課件煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試

1、單片機原理及應(yīng)用任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試地面中心站 井下分站 智能傳感器 通信通信任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試2 數(shù)據(jù)傳輸功能在監(jiān)控系統(tǒng)中占有十分重要的地位。其作用是將傳感器檢測所得的電信號（檢測對象的反應(yīng)量），由井下傳送道地面中心站進行集中處理，要求傳輸距離遠）不中斷）準(zhǔn)確性高。因此，必須了解單片機的通信。 礦用傳感器輸出的電信號可分為連續(xù)變化的模擬量信號和階越變化的開關(guān)量信號兩大類。從廣義上講，開關(guān)量信號是一種簡單的數(shù)字信號。模擬信號可通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（a/d轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號也可以通過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（d/a轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換程模擬信號。按照系

2、統(tǒng)所傳輸信號的不同，礦用監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩類：模擬傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)。前言前言任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試3 數(shù)字傳輸系統(tǒng)與模擬傳輸系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點： （1）抗干擾能力強； （2）傳輸中的差錯可以設(shè)法控制，以改善傳輸質(zhì)量； （3）可以傳遞各種信息，使傳輸系統(tǒng)變得通用）靈活； （4）便于用計算機對系統(tǒng)進行管理。 由于井下電磁干擾嚴(yán)重及傳感器種類繁多等因素，數(shù)字傳輸在礦井監(jiān)控信息傳輸系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，所以必須了解并熟練掌握單片機通信。 任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試4一、任務(wù)分析一、任務(wù)分析二、任務(wù)演示二、任務(wù)演示三、相關(guān)知識三、相關(guān)知識四、任務(wù)布置四、

3、任務(wù)布置任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試5一、任務(wù)分析一、任務(wù)分析 （一）單片機單機的通信 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幀一幀地接收。在方式0中波特率由晶體振蕩器的頻率決定，與t1無關(guān)，所以無需對t1進行設(shè)置。本設(shè)計中波特率不倍增，所以無需對pcon進行設(shè)置(因單片機復(fù)位時波特率倍增位smod已置成0)。采用串行通信方式0，所以scon設(shè)置為00h。 字符幀由三個部分組成，分別是起始位）數(shù)據(jù)位和停止位，如圖9-1所示：起始位數(shù)據(jù)位(0)數(shù)據(jù)位(1)數(shù)據(jù)位(n-1)停止位一幀數(shù)據(jù)返回任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)

4、通信實現(xiàn)與調(diào)試6 起始位位于字符幀的開頭，占一位，為0(低電平)，表示發(fā)送端開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)位緊跟起始位后，低位在前，高位在后，根據(jù)串行通信工作方式的不同，數(shù)據(jù)位可為8位或9位。 停止位位于字符幀的末尾，占一位，為1(高電平)，表示一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。 1、串行接收 在串行接收數(shù)據(jù)時，當(dāng)cpu允許接收(即串行口控制寄存器scon中的ren位為1)時，外部數(shù)據(jù)通過引腳rxd(p3.0)串行輸入，數(shù)據(jù)低位在前，高位在后，一幀數(shù)據(jù)接收完畢，再并行送入接收緩沖器sbuf中，同時由硬件將接收中斷標(biāo)志位ri置“1”。 任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試7 2、串行發(fā)送 在串行發(fā)送數(shù)據(jù)時，將發(fā)

5、送數(shù)據(jù)并行寫入發(fā)送緩沖器sbuf中，同時啟動數(shù)據(jù)由txd(p3.1)引腳串行發(fā)送，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢(即發(fā)送緩沖器空)，由硬件自動將發(fā)送中斷請求標(biāo)志位ti置“1”。 3、數(shù)據(jù)傳送速率 串行通信的速率用波特率來表示，所謂波特率就是指一秒鐘傳送數(shù)據(jù)位的個數(shù)。每秒鐘傳送一個數(shù)據(jù)位就是1波特，即1波特1bps（位/秒）。時鐘頻率高，則波特率高，通信速度就快；反之，時鐘頻率低，波特率就低，通信速度就慢。 任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試8 4、串行通信控制 串行通信主要是由串行口控制寄存器scon控制，其主要用于串行通信的工作方式)控制，多機通信時傳送數(shù)據(jù)或地址的控制，是否允許接收數(shù)據(jù)控制，串

6、行數(shù)據(jù)接收或發(fā)送完畢控制等。（二）單片機的多機通信（二）單片機的多機通信 使甲）乙雙方能夠進行通信。要求：將甲機內(nèi)部ram20h27h單元的數(shù)據(jù)發(fā)送給乙機。返回任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試96mhzc230pfc330pfa7b6c4d2e1f9g10dp5com3com8smgr3r9470+5va1b2q03q14q25q36q410q511q612q713clk8clr9ic 274ls164+5vc110ufr210kr1470sea31xtal119xtal218rst9p3.7/r d17p3.6/wr16p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014

7、p3.5/t115p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p0.039p0.138p0.237p0.336p0.435p0.534p0.633p0.732p2.021p2.122p2.223p2.324p2.425p2.526p2.627p2.728psen29ale30p3.1/txd11p3.0/r xd10vcc40gnd20ic1at89c51返回 二、任務(wù)演示二、任務(wù)演示任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試10位地址 9fh 9eh 9dh 9ch 9bh 9ah 99h 98h 位符號 sm0 sm1 sm2 ren tb8 rb8 t

8、i ri （一）單片機的單機通信（一）單片機的單機通信 1、串行通信控制 （1） 串行口控制寄存器sconscon是51系列單片機的一個可位尋址的專用寄存器，用于串行通信方式選擇，接收和發(fā)送控制，串行口狀態(tài)指示等。單元地址為98h，位地址為98h9fh。寄存器的內(nèi)容及位地址見表9-2。表9-2 scon寄存器返回 三）相關(guān)知識三）相關(guān)知識任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試11任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試12 （2）sm0 、sm1串行口工作方式選擇位。 這兩位用于選擇串行口的4種工作方式，其狀態(tài)組合和對應(yīng)工作方式見表9-3。 表9-3 串行口工作方式選擇sm0 sm1 方

9、式 功能說明 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 由t1的溢出率確定 1 0 方式2 11位uart fosc/64 或者fosc/32 1 1 方式3 11位uart 由t1的溢出率確定 （3）sm2、tb8、rb8多機通信控制位 在方式2和方式3時，tb8是發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位，rb8是接收數(shù)據(jù)的第9位，由用戶用指令進行置“1”或清“0”，tb8和rb8是對應(yīng)的，在發(fā)送端發(fā)的tb8位就是接收端接收的rb8位。 任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試13 方式2和方式3用于多機通信時，在發(fā)送端若tb8=1，則表示發(fā)送的為地址幀；若tb8

10、=0則表示發(fā)送的為數(shù)據(jù)幀。 接收端若sm21，表示地址接收狀態(tài)，若接收到的rb8=1，即接收的為地址幀時，將接收到的地址送入接收sbuf中，并置位ri產(chǎn)生中斷請求；若rb8=0，即接收到的為數(shù)據(jù)幀，ri不置“1”，同時將接收到的數(shù)據(jù)幀丟棄。若sm20，表示數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，則不論rb8=1或rb8=0，都將接收到的數(shù)據(jù)送入接收sbuf中，并產(chǎn)生中斷請求。在方式2和方式3用于雙機通信時，tb8）rb8可作奇偶校驗位用。在方式1中，當(dāng)sm2=0時，rb8為接收到的停止位；當(dāng)sm2=1，則只有接收到有效停止位時，ri才置“1”。而串行口工作在方式0中，sm2必須置“0”，不用tb8和rb8位。任務(wù)九任務(wù)

11、九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試14 （4）ren允許接收位 由指令置“1”或清“0”，ren1時，允許接收數(shù)據(jù)；ren0時，禁止接收數(shù)據(jù)。 （5）ti發(fā)送中斷標(biāo)志位 在方式0時，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置“1”。在其他方式下，在發(fā)送停止位之初，由硬件置“1”。 因此，ti1表示幀發(fā)送結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可用于請求中斷。ti在查詢方式或中斷方式下都必須由指令清“0”。 （6）ri接收中斷標(biāo)志位 在方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置“1”。在其他方式下，在接收停止位的中間，該位由硬件置“1”。因此，ri1表示幀接收結(jié)束，其狀態(tài)既可供軟件查詢使用，也可用于請求中斷。同樣

12、，ri在查詢方式或中斷方式下都必須由指令清“0”。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試15 （7）電源控制寄存器pcon pcon不可位尋址，字節(jié)地址為87h。pcon主要是為chmos型51系列單片機的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，其各控制位的符號見表9-4。位序 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 位符號 smod gf1 gf0 pd idl 與串行通信有關(guān)的只有d7位（smod），該位為波特率倍增位。當(dāng)smod=1時，串行口波特率增加一倍；當(dāng)smod=0時，串行口波特率為設(shè)定值。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時，smod=0。 gf1、gf0、pd和idl位為電源控制位，其中g(shù)f1和gf0

13、為通用標(biāo)志位，由指令置“1”或清“0”。pd和idl位為低功耗方式控制位，其中pd位為掉電方式控制位，pd=1時，進入掉電工作方式；idl位為待機方式控制位，idl=1時，進入待機工作方式表9-4 pcon寄存器任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試16 2、工作方式 51系列單片機串行通信有4種工作方式，由scon中的sm0和sm1位確定。 方式0 串行口工作在方式0時，作同步移位寄存器使用，以8位數(shù)據(jù)為一幀，無起始位和停止位。串行數(shù)據(jù)由rxd（p3.0）端輸入或輸出端，同步移位脈沖由txd（p3.1）端輸出。這種工作方式常用于擴展i/o口中，外接移位寄存器(并入串出移位寄存器74ls1

14、65或串入并出移位寄存器74ls164)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)并行輸入或輸出。工作在方式0時，波特率固定為fosc/12，即每個機器周期輸入或輸出一位數(shù)據(jù)。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試17 （1）數(shù)據(jù)發(fā)送 當(dāng)數(shù)據(jù)寫入sbuf后，從rxd端輸出，在移位脈沖的控制下，逐位移入74ls164，74ls164完成數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換。當(dāng)8位數(shù)據(jù)全部輸出后，由硬件將ti置“1”，發(fā)出中斷請求。數(shù)據(jù)由74ls164并行輸出，其接口電路如圖9-5所示，rxd端接74ls164的串行輸入端a）b，txd接74ls164的時鐘脈沖輸入端clk，p1.0接74ls164的清零端。由該圖可知通過外接74ls164，串行

15、口能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出。 q0 q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7abclkclr123456891011 12 13p3.0p3.1p1.051單片機74ls164圖9-5 方式0 外接移位寄存器輸出任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試18 （2）數(shù)據(jù)接收 要實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)，必須首先把scon中的允許接收位ren置“1”。當(dāng)ren為1時，數(shù)據(jù)在移位脈沖的控制下，從rxd端輸入。當(dāng)接收完8位數(shù)據(jù)時，將接收中斷標(biāo)志位ri置“1”，發(fā)出中斷請求。數(shù)據(jù)由74ls165并行輸入，其接口電路如圖9-6所示。rxd接74ls165的數(shù)據(jù)輸出端q，txd接74ls165的時鐘脈沖輸入端clk，p

16、1.0接移位/置數(shù)端。由該電路可知，通過外接74ls165，串行口能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入。d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7qclks/l965432114131211p3.0p3.1p1.051單片機74ls165方式0 外接移位寄存器輸入任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試19 方式1 方式1為10位異步串行通信方式。其幀格式為1個起始位）8個數(shù)據(jù)位和1個停止位，其波特率可調(diào)。 （1）數(shù)據(jù)發(fā)送 數(shù)據(jù)寫入sbuf后，就啟動發(fā)送器開始發(fā)送，此時由硬件加入起始位和停止位，構(gòu)成一幀數(shù)據(jù)，由txd串行輸出。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，將ti置“1”，通知cpu可以進行下一個數(shù)據(jù)的發(fā)送。 （2

17、）數(shù)據(jù)接收 ren=1且接收到起始位后，就開始接收一幀數(shù)據(jù)。當(dāng)停止位到來后，把停止位送入rb8中，并置位ri，通知cpu接收到一個數(shù)據(jù)，將其從sbuf中取走。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試20)(t1322smod溢出率波特率（3）波特率確定工作在方式1時，其波特率是可變的，波特率的計算公式為： 其中，smod為pcon寄存器的最高位，其值為1或0。 當(dāng)定時器1作波特率發(fā)生器使用時，選用工作方式2（即自動重裝初值方式），可以避免因程序反復(fù)裝入定時初值所引起的定時誤差，使波特率更加穩(wěn)定。設(shè)t1初值為x，則溢出周期為：x)(256fosc12t任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試

18、21x)(25612fosc322波特率smod波特率3841)(smodfosc256x溢出率為溢出周期的倒數(shù)，則波特率的計算公式為： t1的初值為： 任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試22 方式2 方式2為11位異步串行通信方式。其幀格式為1個起始位）9個數(shù)據(jù)位和1個停止位。與方式1相比增加了一個第9位數(shù)據(jù)位（d8），其功能由用戶確定，是一個可編程位。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試23 （1）數(shù)據(jù)發(fā)送 發(fā)送前先根據(jù)通信協(xié)議用指令設(shè)置好scon中的tb8(發(fā)送端發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，雙機通信時作奇偶校驗位；多機通信時作地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位， tb8為1時發(fā)送的為地址， tb8為0

19、時發(fā)送的為數(shù)據(jù))。然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)(d0d7)寫入sbuf中，而d8位的內(nèi)容則由硬件電路從tb8中直接送到發(fā)送移位寄存器的第9位，并以此來啟動串行發(fā)送。一幀發(fā)送完畢，將ti位置“1”，其他過程與方式1相同。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試24 （2）數(shù)據(jù)接收 方式2的接收過程也與方式1基本類似，所不同的只在第9位數(shù)據(jù)上，串行口把接收到的前8位數(shù)據(jù)送入sbuf，而把第9位數(shù)據(jù)送入rb8。在接收前先將ren位置“1”，將ri位清“0”。然后根據(jù)sm2的狀態(tài)和接收到的rb8的狀態(tài)決定串行口在數(shù)據(jù)到來后是否使ri置“1”，如ri置“1”則接收數(shù)據(jù)，否則不接收數(shù)據(jù)。 當(dāng)sm2=0時，單片機處

20、于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，不管rb8為0還是為1，ri均置“1”，此時串行口將接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)。 當(dāng)sm2=1時，單片機處于地址接收狀態(tài)。如接收到的rb8為1時，表示接收到的為地址，此時ri置“1”，串行口接收發(fā)來的地址；如接收到的rb8為0時，表示接收到的為數(shù)據(jù)，因本機當(dāng)前處于地址接收狀態(tài)，所以該數(shù)據(jù)不能被接收，ri不置“1”，此數(shù)據(jù)為發(fā)送給其他單片機的數(shù)據(jù)。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試25（3）波特率確定fosc642波特率smod 方式2的波特率是固定的，由晶振頻率及smod的值確定。當(dāng)smod為0時，波特率為晶振頻率1/32，即fosc/32；當(dāng)smod為1時，波特率為晶振頻率的1

21、/64，即fosc/64。用公式表示為： 方式3 方式3同方式2相似，只不過方式3的波特率是可變的，由用戶來確定。其波特率的確定同方式1。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試26（二）多機通信（二）多機通信mcs-51串行口的方式2和方式3有一個專門的應(yīng)用領(lǐng)域，即多機通信。這一功能通常采用主從式多機通信方式，在這種方式中，用一臺主機和多臺從機。主機發(fā)送的信息可以傳送到各個從機或指定的從機，各從機發(fā)送的信息只能被主機接收，從機與從機之間不能進行通信。圖9-7是多機通信的一種連接示意圖。txd rxdrxdrxd0#從 機1#從 機2#從 機805180518051txdtxdtxdrxd主

22、 機8051圖9-7 多機通信連接示意圖任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試27 多機通信的實現(xiàn)，主要依靠主）從機之間正確地設(shè)置與判斷sm2和發(fā)送或接收的第9位數(shù)據(jù)來（tb8或rb8）完成的。我們首先將上述二者的作用總結(jié)如下： 在單片機串行口以方式2或方式3接收時，一方面，若sm2=1，表示置多機通信功能位，這時有兩種情況：（1）接收到第9位數(shù)據(jù)為1。此時數(shù)據(jù)裝入sbuf，并置ri=1，向cpu發(fā)中斷請求；（2）接收到第9位數(shù)據(jù)為0。此時不產(chǎn)生中斷，信息將被丟失，不能接收。 另一方面，若sm2=0，則接收到的第9位信息無論是1還是0，都產(chǎn)生ri=1的中斷標(biāo)志，接收的數(shù)據(jù)裝入sbuf。根據(jù)

23、這個功能，就可以實現(xiàn)多機通信。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試28 在編程前，首先要給各從機定義地址編號，如分別為00h）01h）02h等。在主機想發(fā)送一個數(shù)據(jù)塊給某個從機時，它必須先送出一個地址字節(jié)，以辨認(rèn)從機。編程實現(xiàn)多機通信的過程如下：1、主機發(fā)送一幀地址信息，與所需的從機聯(lián)絡(luò)。主機應(yīng)置tb8為1，表示發(fā)送的是地址幀。例如： mov scon，#0d8h ；設(shè)串行口為方式3，tb8=1，允許接收。2、所有從機初始化設(shè)置sm2=1，處于準(zhǔn)備接收一幀地址信息的狀態(tài)。例如： mov scon，#0f0h ；設(shè)串行口為方式3，sm2=1，允許接收。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與

24、調(diào)試29 3、各從機接收到地址信息，因為rb8=1，則置中斷標(biāo)志ri。中斷后，首先判斷主機送過來的地址信息與自己的地址是否相符。對于地址相符的從機，置sm2=0，以接收主機隨后發(fā)來的所有信息。對于地址不相符的從機，保持sm2=1的狀態(tài)，對主機隨后發(fā)來的信息不理睬，直到發(fā)送新的一幀地址信息。 4、主機發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù)信息給被尋址的從機。其中主機置tb8為0，表示發(fā)送的是數(shù)據(jù)或控制指令。對于沒選中的從機，因為sm2=1，rb8=0，所以不會產(chǎn)生中斷，對主機發(fā)送的信息不接收。 對于多機通信的編程，本書將不再列出，有興趣的讀者可自行編寫。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試30（三）（三）pc

25、pc機和單片機之間的通信機和單片機之間的通信 在數(shù)據(jù)處理和過程控制應(yīng)用領(lǐng)域，通常需要一臺pc機，由它來管理一臺或若干臺以單片機為核心的智能測量控制儀表。這時，也就是要實現(xiàn)pc機和單片機之間的通信。本節(jié)介紹pc機和單片機的通信接口設(shè)計和軟件編程。 1、接口設(shè)計 pc機與單片機之間可以由rs-232c）rs-422或rs-423等接口相連，關(guān)于這些標(biāo)準(zhǔn)接口的特征我們已經(jīng)在前面的篇幅中介紹過。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試31 在pc機系統(tǒng)內(nèi)都裝有異步通信適配器，利用它可以實現(xiàn)異步串行通信。該適配器的核心元件是可編程的intel 8250芯片，它使pc機有能力與其他具有標(biāo)準(zhǔn)的rs-232

26、c接口的計算機或設(shè)備進行通信。而mcs-51單片機本身具有一個全雙工的串行口，因此只要配以電平轉(zhuǎn)換的驅(qū)動電路）隔離電路就可組成一個簡單可行的通信接口。同樣，pc機和單片機之間的通信也分為雙機通信和多機通信。pc機和單片機最簡單的連接是零調(diào)制三線經(jīng)濟型。這是進行全雙工通信所必須的最少線路。因為mcs-51單片機輸入）輸出電平為ttl電平，而pc機配置的是rs-232c標(biāo)準(zhǔn)接口，二者的電氣規(guī)范不同，所以要加電平轉(zhuǎn)換電路。常用的有mc1488）mc1489和max232，圖9-8 給出了采用max232芯片的pc機和單片機串行通信接口電路,與pc機相連采用9芯標(biāo)準(zhǔn)插座。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通

27、信實現(xiàn)與調(diào)試32c1+1c1-3c2+4c2-5vs+2vs-6vcc16gnd15t1in11t1out14t2in10t2out7r1out12r1in13r2out9r2in8max232rxdtxd10111627384958051圖9-8 pc機和單片機串行通信接口任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試33 2、軟件編程 這里，我們列舉一個實用的通信測試軟件，其功能為：將pc機鍵盤的輸入發(fā)送給單片機，單片機收到pc機發(fā)來的數(shù)據(jù)后，回送同一數(shù)據(jù)給pc機，并在屏幕上顯示出來。只要屏幕上顯示的字符與所鍵入的字符相同，說明二者之間的通信正常。 通信雙方約定：波特率為2400；信息格式為8

28、個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗位。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試34 mcs-51通過中斷方式接收pc機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并回送。單片機串行口工作在方式1，晶振為6mhz，波特率2400，定時器t1按方式2工作，經(jīng)計算定時器預(yù)置值為0f3h，smod=1。 程序參考如下： org 0000h ljmp csh ；轉(zhuǎn)初始化程序 org 0023h ljmp ints ；轉(zhuǎn)串行口中斷程序 org 0050hcsh： mov tmod，#20h ；設(shè)置定時器1為方式2任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試35任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試36 mov tl1，#0f3h ；設(shè)

29、置預(yù)置值 mov th1，#0f3h setb tr1 ；啟動定時器1 mov scon #50h ；串行口初始化 mov pcon #80h setb ea ；允許串行口中斷 setb es ljmp main ；轉(zhuǎn)主程序（主程序略） ints： clr ea ；關(guān)中斷clr ri ；清串行口中斷標(biāo)志 push dpl ；保護現(xiàn)場任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試37 push dph push a ； mov a，sbuf ；接收pc機發(fā)送的數(shù)據(jù) mov sbuf，a ；將數(shù)據(jù)回送給pc機 wait： jnb ti，wait ；等待發(fā)送 clr ti pop a ；發(fā)送完，恢復(fù)現(xiàn)場

30、 pop dph pop dpl setb ea ；開中斷 reti ；返回任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試38 3、pc機通信程序 pc機方面的通信程序可以用匯編語言編寫，也可以用其它高級語言例如vc）vb來編寫。這里只介紹用匯編語言編寫的程序。 參考程序如下： stack segment para stack code db 256 dup(0) stack ends code segment para public code start proc far assume cs:code,ss:stack任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試39 push ds mov ax,

31、0 push ax cli input: mov al,80h ；置dlab=1 mov dx,3fbh ；寫入通信線控制寄存器 out dx,al mov al,30h ；置產(chǎn)生2400波特率除數(shù)低位 mov dx,3f8h out dx,al ；寫入除數(shù)鎖存器低位 mov al,00h ；置產(chǎn)生2400波特率除數(shù)高位 mov dx,3f9h out dx,al ；寫入除數(shù)鎖存器高位任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試40 mov al,03h ；設(shè)置數(shù)據(jù)格式 mov dx,3fbh ；寫入通信線路控制寄存器 out dx,al mov al,00h ；禁止所有中斷 mov dx,3f

32、9h out dx,al wait1: mov dx,3fdh ；發(fā)送保持寄存器不空 則循環(huán)等待 in al,dx test al,20h jz wait1任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試41wait2: mov ah,1 ；檢查鍵盤緩沖區(qū)，無字符則循環(huán)等待 int 16h jz wait2 mov ah,0 ；若有，則取鍵盤字符 int 16hsend: mov dx,3f8h ；發(fā)送鍵入的字符 out dx,alrece: mov dx,3fdh ；檢查接收數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好 in al,dx test al,01h jz rece任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試42 te

33、st al,1ah ；判斷接收到的數(shù)據(jù)是否出錯 jnz error mov dx,3f8h in al,dx ；讀取數(shù)據(jù) and al,7eh ；去掉無效位 push ax mov bx,0 ；顯示接收字符 mov ah,14 int 10h pop ax cmp al,0dh ；接到的字符若不是回車則返回 jnz wait1 mov al,0ah ；是回車則回車換行任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試43 mov bx,0 mov ah,14h int 10h jmp wait1 error: mov dx,3f8h ；讀接收寄存器，清除錯誤字符 in al,dx mov al,? ；

34、顯示？號 mov bx,0 mov ah,14h int 10h jmp wait1 ；繼續(xù)循環(huán) start ends code ends end start任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試44 （四）干擾的來源及排除（四）干擾的來源及排除 由于生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境惡劣，單片機應(yīng)用系統(tǒng)易受各種干擾侵襲，它直接影響到系統(tǒng)的可靠性。因此，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計是設(shè)計）使用和維護人員關(guān)注的重要課題。 各種應(yīng)用系統(tǒng)所處環(huán)境不同，所面臨的干擾源也不相同，因而采取的抗干擾措施也不盡相同。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，主要考慮以下幾方面的問題。 1、抑制電源的干擾。對單片機系統(tǒng)危害最嚴(yán)重的干擾來源于電源污染。

35、由于任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻和分布電容）分布電感等，正是這些因素產(chǎn)生了電源的噪聲干擾。決問題的方法是：采用交流穩(wěn)壓器來保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓和欠壓；利用低通濾波器濾去高次諧波以改善電源波形；采用隔離變壓器）雙層屏蔽(初）次級屏蔽)措施來減少分布電容，提高系統(tǒng)抗共模干擾能力，在有條件的情況下，還可采用分散獨立功能塊供電和干擾抑制器等，抑制來自電源的干擾。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試45 2、抑制來自傳感器。各功能模塊部分的干擾模擬電路通過隔離放大器進行隔離、數(shù)字電路通過光電耦合器進行隔離、模擬地和數(shù)字地分開、采用提高電路共模抑制比等措施可以有效地抑制來自傳感器、各

36、功能模塊部分的干擾。 3、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_。在應(yīng)用系統(tǒng)的長線數(shù)據(jù)傳輸中，采用雙絞線作為傳輸線，能有效地抑制共模噪聲及電磁場干擾。但必須注意對傳輸線進行阻抗匹配，以免產(chǎn)生反射，使信號失真。 4、抑制空間的電磁干擾。來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上產(chǎn)生輻射、吸收與調(diào)制，抗干擾設(shè)計主要考慮地線設(shè)計、系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計。 5、地線的設(shè)計。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，地線大致分為系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地、數(shù)字地、模擬地等。在設(shè)計時，數(shù)字地和模擬地要分開，分別與電源端地線相連；當(dāng)系統(tǒng)工作頻率小于1mhz時，屏蔽線應(yīng)采用單點接地；當(dāng)系統(tǒng)工作頻率在110mhz時，屏蔽線應(yīng)采用多點接地。 任務(wù)九任務(wù)九煤礦安

37、全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試46 6、印刷電路板設(shè)計 在印刷電路板中，要嚴(yán)格將強、弱電路分開，盡量不要把它們設(shè)計在一塊印刷電路板上電源線的走向應(yīng)盡量與數(shù)據(jù)傳遞方向一致；接地線應(yīng)盡量加粗在印刷電路板的各個關(guān)鍵部位應(yīng)配置去藕濾波電容。 7、電平匹配 在電路設(shè)計時，要注意電平匹配。如ttl“1”電平是245v，“0”電平是00.4v；而cmos輸入“1”電平是4.995v，“0”電平是00.01v。因此，當(dāng)cmos器件接受ttl輸出時，其輸入端就要加電平轉(zhuǎn)換器或上拉電阻，否則，cmos器件就會處于不確定狀態(tài)。cmos電路中不使用的輸入端不允許浮空，否則會引起邏輯電平不正常，且易接受外界干擾產(chǎn)生誤動作。在

38、設(shè)計時可根據(jù)實際情況，將多余的輸入端與正電源或地相連接。 8、總線驅(qū)動 單片機在進行擴展時，不應(yīng)超過單片機的驅(qū)動能力，否則將會使整個系統(tǒng)工作不正常。如果要超負(fù)載驅(qū)動，則應(yīng)加上總線驅(qū)動器，如使用74ls245等增強單片機的驅(qū)動能力。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試47 9、軟件的抗干擾設(shè)計。軟件的抗干擾設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾設(shè)計的一個重要組成部分。在許多情況下，應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件來解決。而對軟件采取抗干擾設(shè)計，往往成本低、見效快，起到事半功倍的效果。在實際情況中，針對不同的干擾后果，采取不同的軟件對策。在實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了消除傳感器通道中的干擾信號，可采用軟件

39、數(shù)字濾波，如算術(shù)平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等；在開關(guān)量控制系統(tǒng)中，為防止干擾進入系統(tǒng)造成各種控制條件、數(shù)據(jù)控制失誤，可采取軟件冗余、設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元、自檢程序等措施；為防止pc失控，造成程序“亂飛”，可設(shè)置軟件“監(jiān)視跟蹤定時器”來監(jiān)視程序運行狀態(tài)，也可在非程序區(qū)設(shè)置軟件陷阱，強行使程序回復(fù)到復(fù)位狀態(tài)。用硬件設(shè)置watchdog電路強制系統(tǒng)返回也是一種常用的方法。返回任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試48 （五）礦井監(jiān)控信息傳輸基本概念（五）礦井監(jiān)控信息傳輸基本概念 1、摸擬傳輸與數(shù)字傳輸 礦用傳感器輸出的電信號可分為連續(xù)變化的模擬量信號和階躍變化的開關(guān)量信

40、號兩大類。從廣義上講，開關(guān)量信號是一種簡單的數(shù)字信號。模擬信號可通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（a/ d 轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號也可以通過數(shù)生扮模擬轉(zhuǎn)換器（d / a 轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成模擬信號。按照系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘柕牟煌V井監(jiān)控信息傳輸系統(tǒng)可分為兩類。模擬傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試49 數(shù)字傳輸系統(tǒng)與模擬傳輸系統(tǒng)相比，具有如下優(yōu)點： 抗干擾能力強；劇專輸中的差錯可以設(shè)法控制，改善傳輸質(zhì)量； 可以傳遞各種消息，使傳輸系統(tǒng)變得通用）靈活； 便于用計算機對系統(tǒng)進行管理。但數(shù)字傳輸?shù)纳鲜鰞?yōu)點都是用比模擬傳輸占據(jù)更寬的傳輸頻帶而換得的。 由于井下電磁干擾嚴(yán)重，傳感器種類繁多等因素，數(shù)字傳輸在礦井監(jiān)控信息傳輸系統(tǒng)中得到了越來越廣泛地應(yīng)用。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試50 2、單向傳輸、半雙工及全雙工傳輸 單向傳輸是指消息只能單方向進行傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，如圖9-10 ( a )所示。 半又見工（單工）傳輸方式是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式，如圖9-10 ( b ）所示。 全雙工傳輸是指通信雙方可同時進行雙向傳輸消息的工作方式，如圖9-10 ( c ）所示。任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試51任務(wù)九任務(wù)九煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)通信實現(xiàn)與調(diào)試