單片機(jī)雙機(jī)串行通信設(shè)計(jì)

1、 *實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué)*XXXXX 大學(xué)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2013 年秋季學(xué)期 通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練 課程設(shè)計(jì)題題 目：目： 51 單片機(jī)雙機(jī)串行通信設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 通信工程 x 班 姓姓 名：名： xx 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： xx 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： xx 成成 績：績： 摘要摘要雙機(jī)通信的實(shí)質(zhì)就是解決兩單片機(jī)串行通信問題。針對于 89C51 單片機(jī)全雙工異步串行通信口，我們采用單片機(jī)直接交叉互連的串行通信方式。考慮到本設(shè)計(jì)應(yīng)用于短距離傳輸、兩單片機(jī)具有相同的數(shù)據(jù)格式及電平且為使設(shè)計(jì)簡單，我們最終決定本系統(tǒng)采用方式一單片機(jī)直接交叉連接的串行通信方式，上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由串行口 TXD 端輸

2、出，直接由下位機(jī)的串行口數(shù)據(jù)接收端 RXD 接收。本設(shè)計(jì)的硬件電路分為數(shù)碼管顯示模塊、單片機(jī)工作的基本復(fù)位電路以及晶振模塊。編程采用 C 語言加以實(shí)現(xiàn)。通信的結(jié)果使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，數(shù)碼管采用查表方式顯示，兩個(gè)單片機(jī)之間采用 RS-232 進(jìn)行雙向通信。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：51 單片機(jī) 串行通信 RS-232 接口標(biāo)準(zhǔn)目錄目錄前言.11 基本原理.21.1 串行通信概述 .21.2 串行通信的分類 .21.3 串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) .21.4 串行通信協(xié)議 .31.5 串行通信與并行通信區(qū)別 .41.6 MCS-51 串行接口的基本特點(diǎn).51.7 波特率選擇 .71.8 通信協(xié)議的使用 .71.9 51

3、 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和作用.71.10 雙機(jī)通信 .82 系統(tǒng)分析.92.1 匯編語言和 C 語言的特點(diǎn)及選擇 .92.2 并行通信與串行通信的比較 .92.3 串行通信程序設(shè)計(jì)的比較 .92.4 同步通信與異步通信的區(qū)別 .93 系統(tǒng)設(shè)計(jì).113.1 設(shè)計(jì)要求 .113.2 設(shè)計(jì)方案 .113.3 硬件設(shè)計(jì) .113.4 軟件設(shè)計(jì) .144 系統(tǒng)調(diào)試.20總結(jié).21參考文獻(xiàn).22致謝.231前言前言隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)也步如一個(gè)新的時(shí)代，越來越多的功能各異的單片機(jī)為我們的設(shè)計(jì)提供了許多新的方法與思路。 對于一些場合，比如：復(fù)雜的后臺(tái)運(yùn)算及通信與高實(shí)時(shí)性前臺(tái)控制系統(tǒng)、軟件資源消耗大的系統(tǒng)、

4、功能強(qiáng)大的低消耗系統(tǒng)、加密系統(tǒng)等等。如果合理使用多種不同類型的單片機(jī)組合設(shè)計(jì)，可以得到極高靈活性與性能價(jià)格比，因此，多種異型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)漸漸成為一種新的思路，單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支,由于單片機(jī)體積小,系統(tǒng)運(yùn)行可靠,數(shù)據(jù)采集方便靈活,成本低廉等優(yōu)點(diǎn),在通信中發(fā)揮著越來越重要的作用。但在一些相對復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,僅僅一個(gè)單片機(jī)資源是不夠的,往往需要兩個(gè)或多個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)協(xié)同工作。這就對單片機(jī)通信提出了更高要求。單片機(jī)之間的通信可以分為兩大類：并行通信和串行通信。串行通信傳輸線少，長距離傳輸時(shí)成本低，且可以利用數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在通信中發(fā)揮著越來越重要的作用。所

5、以本系統(tǒng)采用串行通信來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間可靠的，有效的數(shù)據(jù)交換。21 1 基本原理基本原理1.1 串行通信概述1.1.1 串行通信的特點(diǎn) 在遠(yuǎn)程通信和計(jì)算機(jī)科學(xué)中，串行通信是指在計(jì)算機(jī)總線或其他數(shù)據(jù)通道上，每次傳輸一個(gè)位元數(shù)據(jù)，并連續(xù)進(jìn)行以上單次過程的通信方式。與之對應(yīng)的是并行通信，它在串行端口上通過一次同時(shí)傳輸若干位元數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行通信。一位接一位地順序傳送。這樣一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)要分 8 次由低位到高位按順序一位位地傳送。由此可見，串行通信的特點(diǎn)如下：1、節(jié)省傳輸線，這是顯而易見的。尤其是在遠(yuǎn)程通信時(shí)，此特點(diǎn)尤為重要。這也是串行通信的主要優(yōu)點(diǎn)；2、數(shù)據(jù)傳送效率低。與并行通信比，這也這是顯而易見的。

6、這也是串行通信的主要缺點(diǎn)。 串行通信被用于長距離通信以及大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在這些應(yīng)用場合里，電纜和同步化使并行通信實(shí)際應(yīng)用面臨困難。憑借著其改善的信號(hào)完整性和傳播速度，串行通信總線正在變得越來越普遍，甚至在短程距離的應(yīng)用中，其優(yōu)越性已經(jīng)開始超越并行總線不需要串行化元件等缺點(diǎn)。 1.2 串行通信的分類 1.2.1 異步通信 所謂異步通信，是指數(shù)據(jù)傳送以字符為單位，字符與字符間的傳送是完全異步的，位與位之間的傳送基本上是同步的.異步串行通信的特點(diǎn)可以概括為：以字符為單位傳送信息；相鄰兩字符間的間隔是任意長； 接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘只要相近就可以。 異步方式特點(diǎn)簡單的說就是：字符間異步，字符內(nèi)部各位同步

7、。 1.2.2 同步通信 所謂同步通信，是指數(shù)據(jù)傳送是以數(shù)據(jù)塊（一組字符）為單位，字符與字符之間、字符內(nèi)部的位與位之間都同步.同步串行通信的特點(diǎn)可以概括為：以數(shù)據(jù)塊為單位傳送信息；在一個(gè)數(shù)據(jù)塊（信息幀）內(nèi)，字符與字符間無間隔；接收時(shí)鐘與發(fā)送進(jìn)鐘嚴(yán)格同步。 1.3 串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1.3.1 數(shù)據(jù)傳輸率 (1)比特率和波特率：比特率是指每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，用 bps（bit/s)表示。波特率是指每秒傳輸?shù)姆?hào)數(shù)，若每個(gè)符號(hào)所含的信息量為 1 比特，則波特率等于比特率。在計(jì)算機(jī)中，一個(gè)符號(hào)的含義為高低電平，它們分別代表邏輯“1”和邏輯“0” ，所以每個(gè)符號(hào)所含的信息量剛好為 1 比特，因此在計(jì)

8、算機(jī)通信中，常將比特率稱為波特率，即：1 波特（B）=1 比特（bit）=1 位/秒（1bps）例如:電傳打字機(jī)最快傳輸率為每秒 10 個(gè)字符/秒，3每個(gè)字符包含 11 個(gè)二進(jìn)制位,則數(shù)據(jù)傳輸率為:11 位/字符10 個(gè)字符/秒=110 位/秒=110 波特（Baud）計(jì)算機(jī)中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可達(dá)56Kbps. (2)位時(shí)間 Td:位時(shí)間是指傳送一個(gè)二進(jìn)制位所需時(shí)間，用 Td 表示。Td = 1/波特率 = 1/B (3)發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘 在串行通信中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的信號(hào)形式出

9、現(xiàn),不論是發(fā)送還是接收，都必須有時(shí)鐘信號(hào)對傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。在 TTL 標(biāo)準(zhǔn)表示的二進(jìn)制數(shù)中，傳輸線上高電平表示二進(jìn)制 1，低電平表示二進(jìn)制 0，且每一位持續(xù)時(shí)間是固定的，由發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘的頻率決定。 1)發(fā)送時(shí)鐘 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入移位寄存器，然后在發(fā)送時(shí)鐘的控制下，將該并行數(shù)據(jù)逐位移位輸出。通常是在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿將移位寄存器中的數(shù)據(jù)串行輸出，每個(gè)數(shù)據(jù)位的時(shí)間間隔由發(fā)送時(shí)鐘的周期來劃分。 2)接收時(shí)鐘 在接收串行數(shù)據(jù)時(shí)，接收時(shí)鐘的上升沿對接收數(shù)據(jù)采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)位檢測，并將其移入接收器的移位寄存器中，最后組成并行數(shù)據(jù)輸出。 1.3.2 波特率因子 接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘與波特

10、率有如下關(guān)系：F=nB 這里 F 是發(fā)送時(shí)鐘或接收時(shí)鐘的頻率;B 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?；n 稱為波特率因子。設(shè)發(fā)送或接收時(shí)鐘的周期為 Tc，頻率為 F的位傳輸時(shí)間為 Td，則：Tc=1/F,Td =1/B 得到：Tc=T/n 在實(shí)際串行通信中，波特率因子可以設(shè)定。在異步傳送時(shí)，n = 1，16，64 實(shí)際常采 n=16，即發(fā)送或接收時(shí)鐘的頻率要比數(shù)據(jù)傳送的波特率高 n 倍。在同步通信中波特率因子必等于 1。 1.4 串行通信協(xié)議 包括 RS-232-C、RS-422、RS485、USB 等。 RS-232-C、RS-422 與 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)

11、議。USB 是近幾年發(fā)展起來的新型接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。 1.4.1 RS-232-C 串口 RS-232-C 也稱標(biāo)準(zhǔn)串口，是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)4制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)” 。傳統(tǒng)的 RS-232-C 接口標(biāo)準(zhǔn)有 22 根線，采用標(biāo)準(zhǔn) 25 芯 D 型插頭座。自 IBM PC/AT 開始使用簡化了的 9 芯 D 型插座。至今 25 芯插頭座現(xiàn)代應(yīng)用中已經(jīng)很少采用。電腦一般

12、有兩個(gè)串口：COM1 和 COM2，9 針 D 形接口通常在計(jì)算機(jī)后面能看到。現(xiàn)在有很多手機(jī)數(shù)據(jù)線或者物流接收器都采用 COM 口與計(jì)算機(jī)相連。 1.4.2 RS-422 為改進(jìn) RS-232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mb/s，傳輸距離延長到 4000 英尺（速率低于 100kb/s 時(shí)） ，并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個(gè)接收器。RS- 422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為 TIA/EIA-422-A 標(biāo)準(zhǔn)。 1.4.3 RS-485 為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA 又于 1983 年在 RS-422 基

13、礎(chǔ)上制定了 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA-485-A 標(biāo)準(zhǔn)。 1.4.4 RJ-45 接口 是以太網(wǎng)最為常用的接口，RJ45 是一個(gè)常用名稱，指的是由 IEC(60)603-7 標(biāo)準(zhǔn)化，使用由國際性的接插件標(biāo)準(zhǔn)定義的 8 個(gè)位置（8 針）的模塊化插孔或者插頭。 1.4.5 Universal Serial Bus（通用串行總線） 簡稱 USB，是目前電腦上應(yīng)用較廣泛的接口規(guī)范，由Intel、Microsoft、Compaq、IBM、NEC、Northern

14、 Telcom 等幾家大廠商發(fā)起的新型外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。USB 接口是電腦主板上的一種四針接口，其中中間兩個(gè)針傳輸數(shù)據(jù)，兩邊兩個(gè)針給外設(shè)供電。USB 接口速度快、連接簡單、不需要外接電源，傳輸速度 12Mbps，新的 USB 2.0可達(dá) 480Mbps；電纜最大長度 5 米，USB 電纜有 4 條線：2 條信號(hào)線，2 條電源線，可提供 5伏特電源，USB 電纜還分屏蔽和非屏蔽兩種，屏蔽電纜傳輸速度可達(dá) 12Mbps，價(jià)格較貴，非屏蔽電纜速度為 1.5Mbps，但價(jià)格便宜；USB 通過串聯(lián)方式最多可串接 127 個(gè)設(shè)備；支持熱插拔。最新的規(guī)格是 USB 3.0。 1.5 串行通信與并行通信區(qū)別計(jì)算機(jī)

15、與外界的信息交換稱為通信。在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式： 并行通信和串行通信。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和微機(jī)分級(jí) 分布式應(yīng)用 系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要。通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息傳輸，既包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳輸，也包括計(jì)算機(jī)與 外部設(shè)備，如終端、打印機(jī)和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。 串行通信是指 使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與5計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。 在計(jì)算機(jī)和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是靠電纜或信道上的 電流或電壓變化實(shí)現(xiàn)的。如果一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時(shí)被傳輸，這種

16、傳輸方式稱為并行通信。終點(diǎn)源010010018 位數(shù)據(jù)線（a）并行通信0100 1 00 1源（b）串行通信終點(diǎn)圖 1 串行通信與并行通信的區(qū)別1.6 MCS-51 串行接口的基本特點(diǎn) MCS-51 單片機(jī)的串行端口有 4 種基本工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場合的需要。其中，方式 0 主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的IO 電路；工作方式 1 多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信；方式 2、3 除有方式 1 的功能外，還可以作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。 串行端口有兩個(gè)控制寄存器 SCON、PCON，用于設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送波特率

17、每秒傳送的位數(shù)以及作為中斷標(biāo)志等。串行端口有一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器 SBUF 在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為 99H，該寄存器為發(fā)送和接收所共用。串行端口的波特率可以用程序來控制。在不同工作方式中，由時(shí)鐘振蕩頻率的分頻值或由定時(shí)器 T1 的定時(shí)溢出時(shí)間確定，使用十分方便靈活。串口控制寄存器輸入：在(REN)=1 時(shí)，串行口采樣 RXD 引腳，當(dāng)采樣到 1 至 O 的跳變時(shí)，確認(rèn)是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的開始位 0，從而開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當(dāng) 8 位數(shù)據(jù)接收完，并檢測到高電平停止位后，只有滿足(R1)=0；(SM2)=0 或接收到的第 9 位數(shù)據(jù)為 1 時(shí)，停止位才進(jìn)入 RB8，8 位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄

18、存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志 RI；否則信息丟失。所以在6方式 1 接收時(shí)，應(yīng)先用軟件清零 RI 和 SM2 標(biāo)志。1. 工作方式 2 方式 2 為固定波特率的 11 位 UART 方式。它比方式 1 增加了一位可程控為 1 或 0 的第9 位數(shù)據(jù)。輸出：發(fā)送的串行數(shù)據(jù)由 TXD 端輸出一幀信息為 11 位，附加的第 9 位來自 SCON 寄存器的 TB8 位，用軟件置位或復(fù)位。它可作為多機(jī)通訊中地址數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，也可以作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。當(dāng) CPU 執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入 SUBF 的指令且 TI=0 時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標(biāo)志 TI。輸入：在(REN)=1 時(shí)，串行口

19、采樣 RXD 引腳，當(dāng)采樣到 1 至 O 的跳變時(shí)，確認(rèn)是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的開始位 0，從而開始接收一幀數(shù)據(jù)。在接收到附加的第 9 位數(shù)據(jù)后，當(dāng)滿足(RI)：0；(SM2)=0 或接收到的第 9 位數(shù)據(jù)為 1 時(shí)，第 9 位數(shù)據(jù)才進(jìn)入 RB8，8 位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志 Ri；否則信息丟失。且不置位 RI。2. 工作方式 3方式 3 為波特率可變的 11 位 UART 方式。除波特率外，其余與方式 2 相同。波特率的選擇 如前所述，在串行通訊中，收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳送率(波特率)要有一定的約定。在 MCS-51串行口的四種工作方式中，方式 0 和 2 的波特率是固定的，

20、而方式 1 和 3 的波特率是可變的，由定時(shí)器 T1 的溢出率控制。1方式 1方式 1 的波特率固定為主振頻率的 1/12。2方式 2方式 2 的波特率由 PCON 中的選擇位 SMOD 來決定，可表示為：波特率=2sMoDfosc64也就是當(dāng) SMOD=1 時(shí)，波特率為 132fosc，當(dāng) SMOD=0 時(shí)，波特率為 164fosc。3方式 1 和方式 3定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器，其公式如下：波特率=2SMOD32定時(shí)器 T1 溢出率T1 溢出率=T1 計(jì)數(shù)率產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)式中 T1 計(jì)數(shù)率取決于它工作在定時(shí)器狀態(tài)還是計(jì)數(shù)器狀態(tài)。當(dāng)工作于定時(shí)器狀態(tài)時(shí)，T1 計(jì)數(shù)率為 Fosc/2

21、：當(dāng)工作于計(jì)數(shù)器狀態(tài)時(shí)，T1 計(jì)數(shù)率為外部輸入頻率，此頻率應(yīng)小于Fosc/24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時(shí)器 T1 的工作方式、T1 的預(yù)置值有關(guān)。定時(shí)器 T1 工作于方式 O：溢出所需周期數(shù)=8192-X定時(shí)器 T1 工作于方式 1：溢出所需周期數(shù)=65536-X7定時(shí)器 T1 工作于方式 2：溢出所需周期數(shù)=256-X因?yàn)榉绞?2 為自動(dòng)重裝入初值的 8 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器模式，所以用它來做波特率發(fā)生器最恰當(dāng)。這種方式下，T1 的溢出率次秒計(jì)算式可以表示為：T1 溢出率=Fsoc12256-X1.7 波特率選擇波特率（Boud Rate）就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)（bits/second）

22、。MCS-51串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計(jì)算方法。其中，模式 0 和模式 2 波特率計(jì)算很簡單；模式 1 和模式 3 的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式 1 為例來說明串口通信波特率的選擇。 在串行端口工作于模式 1，其波特率將由計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 來產(chǎn)生，通常設(shè)置定時(shí)器工作于模式 2（自動(dòng)再加模式）。在此模式下波特率計(jì)算公式為： 波特率=（1+SMOD）*晶振頻率/（384*（256-TH1） 其中，SMOD寄存器 PCON 的第 7 位，稱為波特率倍增位； TH1定時(shí)器的重載值。 在選擇波特率的時(shí)候需要考慮兩點(diǎn)：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)作特點(diǎn)，確定通信的頻率范

23、圍。然后考慮通信時(shí)鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時(shí)通信時(shí)鐘誤差會(huì)有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應(yīng)該盡量選擇時(shí)鐘誤差最小的頻率進(jìn)行通信。 1.8 通信協(xié)議的使用通信協(xié)議是通信設(shè)備在通信前的約定。單片機(jī)、計(jì)算機(jī)有了協(xié)議這種約定，通信雙方才能明白對方的意圖，以進(jìn)行下一步動(dòng)作。假定我們需要在 PC 機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通信，在雙方程式設(shè)計(jì)過程中，有如下約定： 0 xA1：單片機(jī)讀取 P0 端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回 PC 機(jī)； 0 xA2：單片機(jī)從 PC 機(jī)接收一段控制數(shù)據(jù)； 0 xA3：單片機(jī)操作成功信息。在系統(tǒng)工作過程中，單片機(jī)接收到 PC 機(jī)數(shù)據(jù)信息后，便查找協(xié)議，完成相應(yīng)的操作。

24、當(dāng)單片機(jī)接收到 0 xA1 時(shí)，讀取 P0 端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回 PC 機(jī)；當(dāng)單片機(jī)接收到0 xA2 時(shí)，單片機(jī)等待從 PC 機(jī)接收一段控制數(shù)據(jù)；當(dāng) PC 接收到 0 xA3 時(shí)，就表明單片機(jī)操作已經(jīng)成功。81.9 51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和作用51 單片機(jī)的串行接口是一個(gè)全雙工的接口，它可以作為 UART（通用異步接受和發(fā)送器）用，也可以作為同步移位寄存器用。51 單片機(jī)串行接口的結(jié)構(gòu)如下：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(gè)，一個(gè)緩存，另一個(gè)接受，用同一個(gè)直接地址 99H，發(fā)送時(shí)用指令將數(shù)據(jù)送到 SBUF 即可啟動(dòng)發(fā)送：接收時(shí)用指令將 SBUF 中接收

25、到的數(shù)據(jù)取出。串行控制寄存器（ PCON）SCON 用于串行通信法師的選擇，首發(fā)控制及狀態(tài)指示。利用 AT89C51 芯片、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、LED 數(shù)碼管等，使 A 機(jī)控制 B 機(jī)的兩個(gè) LED閃爍，B 機(jī)控制 A 機(jī)的數(shù)碼管加一顯示。使用 DS18B20 溫度傳感器,由 B 機(jī)測量溫度后由 A機(jī)顯示. 把 P1 口的高 7 位與數(shù)碼管相連，綠燈表示通行方向。P2 口與 LED 顯示器相連，用來輸出顯示的數(shù)字。圖 2 系統(tǒng)和原理框圖1.10 雙機(jī)通信兩臺(tái)機(jī)器的通信方式可分為單工通信、半雙工通信、雙工通信，他們的通信原理及通信方式為：單工通信：是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。單工通信信道?/p>

26、單向信道，發(fā)送端和接收端的身份是固定的，發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息，數(shù)據(jù)信號(hào)僅從一端傳送到另一端，即信息流是單方向的。通信雙方采用單工通信屬于點(diǎn)到點(diǎn)的通信。根據(jù)收發(fā)頻率的異同，單工通信可分為同頻通信和異頻通信。半雙工通信： 這種通信方式可以實(shí)現(xiàn)雙向的通信，但不能在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行，必須輪流交替地進(jìn)行。也就是說，通信信道的每一段都可以是發(fā)送端，也可以是接端。但同一時(shí)刻里，信息只能有一個(gè)傳輸方向。如日常生活中的例子有步話機(jī)通信等。雙工通信：雙工通信是指在同一時(shí)刻信息可以進(jìn)行雙向傳輸，和打電話一樣，說的同時(shí)也能聽，邊說邊聽。這種發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別在兩個(gè)不同的

27、頻率上能同時(shí)進(jìn)行工作的外圍電路AT89C51MAX232RS232232RS232MAX232AT89C51外圍電路9雙工機(jī)也稱為異頻雙工機(jī)。雙工機(jī) 的特點(diǎn)是使用方便，但線路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，價(jià)格也較高 。2 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析2.1 匯編語言和 C 語言的特點(diǎn)及選擇本設(shè)計(jì)是硬件電路和軟件編程相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的編程語言是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，常用的是匯編語言和 C 語言。主機(jī)硬件，程序可讀性和可移植性比較差。而 C 語言雖然執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活，運(yùn)算方便，表達(dá)類型多樣化，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語句，程序設(shè)計(jì)自由度大，有很好的可

28、重用性，可移植性等特點(diǎn)。所以我們采用 C 語言編寫了程序。2.2 并行通信與串行通信的比較計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信，常用的通信方式有兩種：并行通信和串行通信。51單片機(jī)用 4 個(gè)接口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出就是并行通信，并行通信得特點(diǎn)是傳輸信號(hào)的速度快，但所用的信號(hào)線比較多，成本高，傳輸?shù)木嚯x較近。串行通信的特點(diǎn)是只用兩條信號(hào)線即可完成通信，成本低，傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)。2.3 串行通信程序設(shè)計(jì)的比較串行通信程序設(shè)計(jì)主要有微機(jī)發(fā)送接收程序和單片機(jī)發(fā)送接收程序。微機(jī)發(fā)送接收程序復(fù)雜難懂，操作不便。單片機(jī)發(fā)送接收程序簡單易懂，操作方便。故而，此系統(tǒng)采用后者。2.4 同步通信與異步通信的區(qū)別“異

29、步通信”是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時(shí)，所發(fā)送的字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。當(dāng)然，接收端必須時(shí)刻做好接收的準(zhǔn)備（如果接收端主機(jī)的電源都沒有加上，那么發(fā)送端發(fā)送字符就沒有意義，因?yàn)榻邮斩烁緹o法接收）。發(fā)送端可以在任意時(shí)刻開始發(fā)送字符，因此必須在每一個(gè)字符的開始和結(jié)束的地方加上標(biāo)志，即加上開始位和停止位，以便使接收端能夠正確地將每一個(gè)字符接收下來。異步通信的好處是通信設(shè)備簡單、便宜，但傳輸效率較低。 異步通信也可以是以幀作為發(fā)送的單位。接收端必須隨時(shí)做好接收幀的準(zhǔn)備。這是，幀10的首部必須設(shè)有一些特殊的比特組合，使得接收端能夠找出一幀的開始。這也稱為幀定界。幀定界還包含確定幀的

30、結(jié)束位置。這有兩種方法。一種是在幀的尾部設(shè)有某種特殊的比特組合來標(biāo)志幀的結(jié)束?；蛘咴趲撞恐性O(shè)有幀長度的字段。需要注意的是，在異步發(fā)送幀時(shí)，并不是說發(fā)送端對幀中的每一個(gè)字符都必須加上開始位和停止位后再發(fā)送出去，而是說，發(fā)送端可以在任意時(shí)間發(fā)送一個(gè)幀，而幀與幀之間的時(shí)間間隔也可以是任意的。在一幀中的所有比特是連續(xù)發(fā)送的。發(fā)送端不需要在發(fā)送一幀之前和接收端進(jìn)行協(xié)調(diào)。 每個(gè)字符開始發(fā)送的時(shí)間可以是任意的 t0 0 1 1 0 1 1 0 起始位結(jié)束位 t 每個(gè)幀開始發(fā)送的時(shí)間可以是任意的以字符為單位發(fā)送以幀為單位發(fā)送幀開始幀結(jié)束 “同步通信”的通信雙方必須先建立同步，即雙方的時(shí)鐘要調(diào)整到同一個(gè)頻率。

31、收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。但這時(shí)還有兩種不同的同步方式。一種是使用全網(wǎng)同步，用一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘對全網(wǎng)所有結(jié)點(diǎn)上的時(shí)鐘進(jìn)行同步。另一種是使用準(zhǔn)同步，各結(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘之間允許有微小的誤差，然后采用其他措施實(shí)現(xiàn)同步傳輸。113 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求在本設(shè)計(jì)中，要求完成 51 單片機(jī)與串口的線路連接、并用 C 語言編寫程序?qū)崿F(xiàn) PC 機(jī)與51 單片機(jī)通過串口實(shí)現(xiàn)異步通信，并能根據(jù)設(shè)置調(diào)整異步傳行通信參數(shù)。3.2 設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)，對于兩片 89C51，采用 RS-232 進(jìn)行雙機(jī)通信。發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口 TXD段輸出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為

32、 RS-232 點(diǎn)評(píng)輸出，經(jīng)過傳輸線將信號(hào)傳送到接收端。接收方也是用 MAX232 芯片驚醒電平轉(zhuǎn)換后，信號(hào)到達(dá)接收方串行口的接收端。接收方接收后，在數(shù)碼管上顯示接收的信息。軟件部分，通過通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，主機(jī)先送 AAH 給從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到 AAH 后，向主機(jī)回答 BBH，主機(jī)收到 BBH 后就把數(shù)碼表中的 16 個(gè)數(shù)據(jù)送給從機(jī)，并發(fā)送檢驗(yàn)和。從機(jī)收到 16 個(gè)數(shù)據(jù)并計(jì)算接收到數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和，與主機(jī)發(fā)送來的檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若檢驗(yàn)和相同則發(fā)送 00H 給主機(jī)；否則發(fā)送 FFH 給主機(jī)，重新接受。從機(jī)收到 16 個(gè)正確數(shù)據(jù)后送到一個(gè)數(shù)碼管顯示。3.3 硬件設(shè)計(jì)AT89C51 是一種帶 4K

33、字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。A、B 兩臺(tái) 51 單片機(jī)機(jī)通過串行接口相連，B 機(jī)

34、的七段數(shù)碼管顯示其接收到（A 機(jī)發(fā)出）的數(shù)字；而 A 機(jī)的七段數(shù)碼管則顯示其接收到（B 機(jī)發(fā)出）的數(shù)字。電路原理圖如下所示。12BAABX1CRYSTALC122pFC222pFR110kC310nfX2CRYSTALC422pFC522pFR210kC610nfXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/

35、TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1

36、.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89C5123456781RP1RESPACK-723456781RP2RESPACK-7U3NOTU4NOT圖 3 電路原理圖在桌面上雙擊圖標(biāo)打開 ISIS 7 Professional 窗口。在器件選擇按鈕中單擊“P”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“庫”“拾取元件符號(hào)”，添加如下

37、表所示的元件。表 2 元件選擇表51 單片機(jī) AT89C51 二片晶體 CRYSTAL 11.0592MHz 二只瓷片電容 CAP 22pF 四只電解電容 CAP-ELEC 10uF 二只電阻 RES 10K 二只上拉電阻網(wǎng)絡(luò) RESPACK-7 二只七段數(shù)碼管 7SEG-COM-CAT-GRN 二只管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原13碼輸

38、入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P

39、3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U3AT89C51 圖 3 AT89C51 管腳圖入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地

40、位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/

41、PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)14鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有

42、余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在工具欄中單擊虛擬儀器按紐，再在對象選擇器中選擇虛擬終端VIRTUAL TERMINAL，放置兩個(gè)虛擬終端。在 ISIS 原理圖編輯窗口中放置元件，再單擊工具箱中元件終端圖標(biāo)，在對象選擇器中單擊 POWER 和 GROUND 放置電源和地。放置好元件后，布好線。左鍵雙擊各元件，設(shè)置相應(yīng)元件參數(shù)，完成電路圖的設(shè)計(jì)。3.4 軟件設(shè)計(jì)A、B 兩機(jī)進(jìn)行異步串行通信，當(dāng) B 機(jī)接收到 A 機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)后，一方面通過其數(shù)碼管顯示，另外加上偏移量后發(fā)出。當(dāng) A 機(jī)收到 B 機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)后，一方

43、面通過其數(shù)碼管顯示，另外經(jīng)延時(shí)后再發(fā)出下一個(gè)數(shù)據(jù)。A、B 兩機(jī)的流程圖如下所示。（1）發(fā)送端程序流程圖15主程序開始從機(jī)應(yīng)答程序初始化主機(jī)發(fā)送信號(hào) K1 按下主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)輸出完成？清除標(biāo)志位未應(yīng)答未完成（2）接收方程序流程圖16主程序開始接收完成?程序初始化K2 按下，接收數(shù)據(jù)未完成發(fā)送信號(hào)接收完成？未完成清除標(biāo)志位顯示重新接收A、B 兩臺(tái) 51 單片機(jī)的異步串行接收采用查詢方式，它們詳細(xì)的 C51 程序如下所示。/A 機(jī)程序#include /包含單片機(jī)寄存器的頭文件unsigned char code ddata= 0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0

44、 x73,0 x3e,0 x31,0 x6e,0 x76,0 x38,0 xff,0 x00 ; /A,B,C,D,E,F,P,U,R,Y,H,L,全亮，全滅的段碼/*函數(shù)功能：發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/17void Send(unsigned char dat) SBUF=dat; while(TI=0) ;/等待 TI=0;/*函數(shù)功能：接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/ unsigned char Receive(void) unsigned char dat; while(RI=0) ; /等待，直至接收完畢（RI=1）RI=0; /為了接收下一幀數(shù)據(jù)，需將 RI 清 0 dat=SBUF; /將接收緩沖

45、器中的數(shù)據(jù)存于 datreturn dat;/*函數(shù)功能：延時(shí)約 150ms*/ void delay(void) unsigned char m,n;for(m=0;m200;m+)for(n=0;n250;n+) ; /*函數(shù)功能：主函數(shù)*/void main(void) unsigned char i; TMOD=0 x20; /TMOD=0010 0000B，定時(shí)器 T1 工作于方式 2 SCON=0 x50; /SCON=0101 0000B，串口工作方式 1，允許接收 PCON=0 x00; TH1=0 xfd; /定時(shí)器 TH1 賦初值，波特率 9600 TL1=0 xfd; /

46、定時(shí)器 TL1 賦初值 TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 T1 P2=0 x01; /置 P2.0 口為高電平18 while(1) for(i=0;i8;i+) Send(i); /發(fā)送數(shù)據(jù) iP0=ddataReceive(); /將接收到的數(shù)據(jù)送 P0 口顯示 delay(); /600ms 后發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù) delay(); delay(); delay(); /B 機(jī)程序#include /包含單片機(jī)寄存器的頭文件unsigned char code ddata= 0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0 x73,0 x3e,0 x31,0 x6e,0 x

47、76,0 x38,0 xff,0 x00 ;/A,B,C,D,E,F,P,U,R,Y,H,L,全亮，全滅的段碼/*函數(shù)功能：發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/void Send(unsigned char dat) SBUF=dat; while(TI=0) ;/等待 TI=0;/*函數(shù)功能：接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/ unsigned char Receive(void)19 unsigned char dat; while(RI=0) ; /等待，直至接收完畢（RI=1）RI=0; /為了接收下一幀數(shù)據(jù)，需將 RI 清 0 dat=SBUF; /將接收緩沖器中的數(shù)據(jù)存于 datreturn dat;/*函數(shù)功

48、能：主函數(shù)*/void main(void) unsigned char dat; TMOD=0 x20; /定時(shí)器 T1 工作于方式 2 SCON=0 x50; /SCON=0101 0000B，串口工作方式 1,允許接收（REN=1） PCON=0 x00; TH1=0 xfd; /定時(shí)器 TH1 賦初值，波特率 9600 TL1=0 xfd; /定時(shí)器 TL1 賦初值 TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 T1 P2=0X01; /置 P2.0 口為高電平 while(1) dat=Receive();P0=ddatadat; /將接收到的數(shù)據(jù)送 P0 口顯示Send(dat+8); /偏移量為+8 打開 Keil 程序（本人使用的是 Keil8.06 中文版），執(zhí)行菜單命令“工程”“新建工程”創(chuàng)建“l(fā)esson1”項(xiàng)目，并選擇單片機(jī)型號(hào)為 AT89C51。執(zhí)行菜單命令“文件”“新建”創(chuàng)建文件，輸入 A 機(jī)的 C 語言源程序，保存為“l(fā)esson1.C”。在 Project Workspace 窗口中右擊源代碼組 1，選擇“添加文件到組源代碼組 l”將源程序“l(fā)esson1.C”添加到項(xiàng)目中。20在