雙機(jī)通信系統(tǒng)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)概況 21總體設(shè)計(jì) 31.1 設(shè)計(jì)要求 31.2 設(shè)計(jì)方案 32雙機(jī)通信硬件設(shè)計(jì) 42.1 AT89C51 簡(jiǎn)介 42.2 AT89C51串行口的工作方式 52.3 晶振電路設(shè)計(jì) 82.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 82.5 接口電路的設(shè)計(jì) 92.6輸入輸出電路設(shè)計(jì) 113雙機(jī)通信軟件設(shè)計(jì) 133.1 串行通信軟件實(shí)現(xiàn) 133.2 串行通信程序流程 133.3 程序清單 164 軟件仿真 205硬件連接 216 設(shè)計(jì)總結(jié) 23參考文獻(xiàn) 24設(shè)計(jì)概況要構(gòu)成一個(gè)較大規(guī)模的控制系統(tǒng)，常常需要采用多機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，而AT89C51 單片機(jī)有一個(gè)異步通信方式的全雙工串行接口，可以方便地構(gòu)成雙機(jī)、多機(jī)系 統(tǒng)。而串行通

2、信也成為單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?主要方式，是一種適用于遠(yuǎn)距離通信的數(shù)據(jù)傳輸方式。串行通信是單片機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用。本次課程設(shè)計(jì)就是要利用單片機(jī)來(lái)完 成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙片單片機(jī)串行通信。通信的結(jié)果實(shí)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RS232進(jìn)行雙機(jī)通信。在通信過(guò)程中，使用通信協(xié)議進(jìn)行通信。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；串行通信；接口1總體設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)雙機(jī)通信系統(tǒng)，單片機(jī) A接1個(gè)8位按鍵開(kāi)關(guān)，單片機(jī)B 接8個(gè)發(fā)光二極管，通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)由 A機(jī)撥碼開(kāi)關(guān)控制B機(jī)發(fā)光二極管的 亮火。1.2 設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)，對(duì)于兩片 AT89C51采用R

3、S-232進(jìn)行雙機(jī)通信。如圖1所示， 發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口 TXD段輸出，經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232各TTL電平轉(zhuǎn)換 為RS-232電平輸出，經(jīng)過(guò)傳輸線將信號(hào)傳送到接收端。接收方也使用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(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LED 二極管上顯示接收的對(duì)應(yīng)信息。晶振電路復(fù)位電路8路撥碼開(kāi)關(guān)電路接收機(jī)晶振電路復(fù)位電路顯示 電路圖1雙機(jī)通信系統(tǒng)原理框圖軟件部分，通過(guò)通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，發(fā)送機(jī)先送聯(lián)絡(luò)信號(hào)給接收機(jī)， 當(dāng)接收機(jī)接收到聯(lián)絡(luò)信號(hào)后，向發(fā)送機(jī)回答一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，表示同意接收。發(fā) 送機(jī)收到應(yīng)答信號(hào)后開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)塊字節(jié)都要計(jì)算“校驗(yàn)和”，

4、假定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為16個(gè)字節(jié)，起始地址為40H, 個(gè)數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢后立即發(fā)送 “校驗(yàn)和”。接收機(jī)接收數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)起始地址也為40H,每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)便計(jì)算一次“校驗(yàn)和”，當(dāng)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)塊后，在接受發(fā)送機(jī) 發(fā)來(lái)的“校驗(yàn)和”，并將它與接收機(jī)計(jì)算的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。若二者相等，說(shuō) 明接受正確，接收機(jī)回答 00H,發(fā)送機(jī)結(jié)束發(fā)送；若二者不等，說(shuō)明接受不正 確，接收機(jī)回答0FFH請(qǐng)求重發(fā)，發(fā)送機(jī)重新發(fā)送數(shù)據(jù)一次。接收機(jī)接收到數(shù) 據(jù)后通過(guò)發(fā)光二極管LED顯示發(fā)送機(jī)的發(fā)送狀態(tài)。2雙機(jī)通信硬件設(shè)計(jì)2.1AT89C51 簡(jiǎn)介AT89C51是一個(gè)帶有4k字節(jié)存儲(chǔ)器的單片機(jī)，它具有128字節(jié)內(nèi)部 RAM ；

5、 32個(gè)I/O 口線和；兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)， 一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至OHz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電 方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下 一個(gè)硬件復(fù)位。如圖2所示，DIP40封裝的AT89C51的各個(gè)引腳及其功能。pi nIV丿40r 1 U1n t 1239rl. 1 n i 刊338Flf Z437L丄 JApi A53a廠削pi 耳點(diǎn)35bn i 直7T34JT1B

6、0p 17S338932KjVVm1031r J1. W luW1pq- 1 /ivrfc9JI301 wv If XA-lr口令 n /TTOTTrfc1229rJ. 2/1NTU1328r J b j/ 丄 IN 11C3 -1 /tri14271 J* h/ 1U宅 E/T |1526r J* 0/ 11 d百 口 /iin?51625f JU D/ nADq 7 /RTi1724Jr Jif皿丿VT fiT oIS123VTAT 122A 1 ALillb2021Vai呢P0.0POL 1P0.2P0*3P0,4FO. 5P0.6P0.7 麗陸 ALE/ PSEJTP2.7P2.5P2

7、.4P2.3P2.2P2.0圖2 AT89C51單片機(jī)引腳封裝AT89C5仲片機(jī)各個(gè)引腳功能如下:（1）電源幾時(shí)鐘引腳?VCc（ 40號(hào)引腳）：電源接入引腳?Vss （20號(hào)引腳）：接地引腳?XTAL1（ 19號(hào)引腳）：晶振接入的一個(gè)引腳?XTAL2（ 18號(hào)引腳）：晶振接入的另一個(gè)引腳（2）控制線引腳?RST/Vd（9號(hào)引腳）：復(fù)位信號(hào)輸入引腳/備用電源輸入引腳?ALE/PROG （30號(hào)引腳）：地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引?EA/Vpp（31號(hào)引腳）：內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇引腳/片內(nèi)EPROMS程電壓輸入引腳? PSEN （29號(hào)引腳）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳（3）I/O引腳

8、P0.0 P0.7 （39 32號(hào)引腳）:一般I/O 口引腳/低位地址總線引腳 P1.0 P1.7（1 8 號(hào)引腳）：一般 I/O 口引腳 P2.0 P2.7（21 28號(hào)引腳）：一般I/O 口引腳/高位地址總線引腳 P3.0 P3.7（10 17號(hào)引腳）：一般I/O 口引腳或第二功能引腳P3.0 （10號(hào)引腳）：RXD串行口輸入P3.1 （11號(hào)引腳）：TXD串行口輸出P3.2 （12號(hào)引腳）：INT0外部中斷0輸入P3.3 （13號(hào)引腳）：而1外部中斷1輸入P3.4 （14號(hào)引腳）：T0定時(shí)器0的外部輸入P3.5 （15號(hào)引腳）：T1定時(shí)器1的外部輸入P3.6 （16號(hào)引腳）：WR片外數(shù)據(jù)

9、存儲(chǔ)器“寫(xiě)”選通控制輸出P3.7 （17號(hào)引腳）：RD片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”選通控制輸出2.2 AT89C51串行口的工作方式AT89C51的串行口是一個(gè)可編程全雙工的通信接口，具有通信異步接受和發(fā)送的全部功能，能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，也可作為同步移位寄存器使 用。AT89C51的串行口主要由兩個(gè)獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF（個(gè)發(fā)送 緩沖寄存器，一個(gè)接收緩沖寄存器），串行口控制寄存器、輸入移位寄存器及若 干控制門(mén)電路組成。（1）串行口數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUFAT89C51可以通過(guò)特殊功能寄存器SBUF的讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)串行接收或串 行發(fā)送寄存器的訪冋，串行接收和串行發(fā)送寄存器在串行口內(nèi)部

10、是兩個(gè)獨(dú)立的 存儲(chǔ)單元，共用同一個(gè)地址 99耳串行口數(shù)據(jù)傳送使用的是內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送指令“ MOgSBUF或“ MOSBUF,A .當(dāng)執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，訪問(wèn)串行發(fā)送寄存器；當(dāng) 執(zhí)行讀操作時(shí)，訪問(wèn)串行接收寄存器。(2) 串行口控制寄存器 SCONAT89C51串行口工作的設(shè)定、接收與發(fā)送控制的設(shè)置都是通過(guò)對(duì)串行口控制寄存器SCON勺編程確定的。SCON1 一個(gè)特殊功能寄存器，其地址為98H,可 位尋址，其各位的作用定義如下：表2控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1串行口工作方式選擇位，工作方式選擇如

11、表2所示。其中fosc是晶體振蕩器的頻率。SM2多機(jī)通信控制位。在方式0下，SM2應(yīng)為0;在方式1下，如果SM2=0 則只有收到有效的停止位時(shí)才會(huì)激活 RI;在方式2和方式3下，如置SM2=側(cè) 只有收到第9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，RI被激活(Rl=1,申請(qǐng)中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù))。REN允許接收控制位。由軟件置位或清零。REN=1允許接收；REN=0禁 止接收。TB8:在方式2和方式3下，存放要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，常用作奇偶校驗(yàn)位。 在多機(jī)通信中，可作為區(qū)別地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)位，若為地址幀，TB8=1;若為數(shù)據(jù)幀，TB8=QRB8在方式2和方式3下，存放接收到的第9位數(shù)據(jù)；在方式1下，如 SM2=0則

12、該位為接收到的停止位；方式 0不用此位。TI:發(fā)送中斷標(biāo)志。在方式0下，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)位時(shí)，由硬件置位；在 其他方式下，當(dāng)開(kāi)始發(fā)送停止位時(shí)，由硬件將 TI置位，即是向CPU申請(qǐng)中斷， CPU可以發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。在任何方式下， TI必須由軟件清零。RI :接收中斷標(biāo)志。在方式0下，接收完第8位數(shù)據(jù)時(shí)，由硬件置位；在 其他方式下，當(dāng)接收到停止位時(shí) RI置位，即申請(qǐng)中斷，要求CPU取走數(shù)據(jù)。它 必須由軟件清零。表3串行口工作方式選擇SM0SM1方式功能波特率SM0SM1方式功能波特率000同步移位寄存器f osc/1210211位UARTfosc/16 或 fosc/3201110 位 UART可

13、變11311位UART可變本設(shè)計(jì)發(fā)送機(jī)串行口的工作方式為方式 1,即控制寄存器SCON中內(nèi)容如下:表4發(fā)送機(jī)控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI01000000接收機(jī)的串行口的工作方式為方式 1,即控制寄存器SCON中內(nèi)容如下:表5接收機(jī)控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI01010000串口以方式1發(fā)送，由CPU執(zhí)行一條寫(xiě)發(fā)送寄存器指令“ MOV SBUF”,就可將數(shù)據(jù)位逐一由TXD端發(fā)送。當(dāng)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)后，將

14、 TI置1。串口以方式 1接受，需控制SMO中的 REN為1（SMO為特殊功能寄存器PCON勺最高位）， 此時(shí)對(duì)RXD引腳進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣到起始位置有效時(shí)，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。當(dāng)一幀 數(shù)據(jù)接收完畢，且RI=0, SM2=0或接收到RB8=1時(shí)，接收數(shù)據(jù)有效，此時(shí)可利 用讀接收寄存器指令“ MOV A,SBU”將數(shù)據(jù)送入CPU同時(shí)將RI置1。若要再 次發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，必須將 TI、RI清零。（3）波特率的計(jì)算根據(jù)表2可知串口工作方式方式1時(shí)一幀數(shù)據(jù)為10位（8位數(shù)據(jù)位，起始 位、停止位各1位）。其傳輸波特率是可變的，由定時(shí)器 T1的溢出率來(lái)決定。波特率=（2smd/32） （T1溢出率）當(dāng)T1作為波特

15、率發(fā)生器時(shí)，最典型的用法是使T1工作在自動(dòng)再裝入的8位定時(shí)器方式（即方式2,且TCON勺TR=1,以啟動(dòng)定時(shí)器）。這時(shí)溢出率取決 于TH1中的計(jì)數(shù)值。TH 1 溢出率=fOsc 川2256 - TH 1 門(mén)在單片機(jī)的應(yīng)用中，常用的晶振頻率 fsc為：12MHz和11.0592MHz在本設(shè)計(jì)中晶振頻率采用fosc=11,。0592MHz即波特率為波特率=qSMOD32：12256(TH1)2.3 晶振電路設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTL1（19號(hào)）和XTAL2 （18號(hào)）引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部 產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。如圖3所示，圖中

16、電容器C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快 速起振，電容值為530pF,典型值為30pF,本設(shè)計(jì)取30pF。晶振CYS的振蕩 頻率范圍為1.2MHz12MHz典型值為12MHz和6MHz本設(shè)計(jì)取12MHz30uF1.7D12MIk30uF181920J O. U/ 神P3. 7/RDXTAL2XTAL1GND圖3晶振電路2.4復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89C5仲片機(jī)的RST（ 9號(hào)）引腳引入高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單 片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。在實(shí)際中 AT89C51通常有兩種操作方式復(fù)位，一種 是上電復(fù)位；另一種是按鍵上電復(fù)位。在雙機(jī)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用按鍵上電 復(fù)位，如圖4所示。單片機(jī)復(fù)位后進(jìn)入初始化狀

17、態(tài)。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC=0000H所以程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM的內(nèi)容。特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)是確定的。P0P3為FFH, SP為07H, SBUF不定，IP、IE和PCON勺有效位為0,其余的特殊功能寄存器的狀態(tài)均為 00Ho2.5接口電路的設(shè)計(jì)(1) 直接通信單片機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行雙擊串行通行時(shí)，可將兩個(gè)單片機(jī)的串口直接連接， 接線圖如圖5所示，這種接線傳輸距離短，抗干擾能力差。LOI.EJ 丄 G % 呂勺 w E 一S- 右 E- 4 3- ; 1 3 1XJ:j:1 :祇fs_g1:1:1:g. 詈一旦S

18、-iH-衛(wèi)一壬主亠壬于一工-_一 dQ N- K-d -旦 M- u- n-f-亠-t-一 -亠亠圖5直接通信接線圖(2) 串口通信單片機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行雙擊串行通行時(shí)，AT89C51串行接口的信號(hào)電平為T(mén)TL 類(lèi)型，抗干擾性差、傳輸距離短。為了提高串行通信的靠抗性，延長(zhǎng)通信距離， 一般設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)的串行接口。RS-232C接口是1969年EIA推出的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，目前是 PC機(jī)與通信工 業(yè)中應(yīng)用最廣的一種串行接口。數(shù)據(jù)傳輸速率在020kbps范圍內(nèi)的通信，最大傳輸距離可達(dá)15m能實(shí)現(xiàn)一發(fā)一收通信，目前常用的 RS- 232C接口連接器 有9針串口( DB-9)和25針串口( DB-25)。最常用

19、的的是 DB-9,常采用三 線制接法，即發(fā)送數(shù)據(jù)線、接受數(shù)據(jù)線和接地線三腳相連。傳輸線采用屏蔽雙 絞線，如圖6所示。GKD屏蔽線O *社1TXDE：也蛙RID紅色竦4O?右TRXDil色找丁知籃邑登T2 LLj01.biFUJOAIXFUN工H13舊 F劇 rafMbiFTETHXFX V- m* in 2H.iiFlWAI3 FXWAI-i. FX rMIBrMTC-P Kkl/TXfc psII . El PSlrfTTT r3.n 口 am rijvn. *XiiWFC41-I j*-4誓E豁參匸mmwm srB*our*Ei:jKHO-AtaPJ&TPT ViVW-TTW 1 1F!7

20、F1.L.Ct*rynfKsiffin*aiirnjPsorllTI THh arm F-IjS*3LT*FWfi TW.- I411押并仙HS時(shí)間至片機(jī)取機(jī)jffl佶系烷igg 閔io 回 qtus201甘年U2月27曰圖12雙機(jī)通信仿真圖5硬件連接左面電路板為發(fā)送電路，電路板右側(cè)如圖，為電源端，連接5V直流電源，左側(cè)為接地端，8個(gè)獨(dú)立按鍵分別連接AT89C52的1-8號(hào)引腳，9號(hào)引腳連接復(fù) 位電路，復(fù)位電路中需要的 8.2k電阻由兩個(gè)10k電阻并聯(lián)，再串聯(lián)3.2k電阻 組成，電解電容用于復(fù)位上電。18、19號(hào)引腳連接晶振電路，兩個(gè)磁片電容用 于快速起振。晶振需要11.0592MHZ,本設(shè)計(jì)選擇相近的12MHZ右面電路板為接收電路，電路板右側(cè)如圖，為電源端，連接5V直流電源，左側(cè)為接地端，8個(gè)指示燈分別連接接受收 AT8