雙機串行通信的設(shè)計與實現(xiàn)

1、 綜合實驗報告 實驗題目： 雙機串行通信的設(shè)計與實現(xiàn) 學生班級: 電子 學生姓名: 學生學號： 指導教師： 實驗時間: 2016.9.12-2016.9.17 題目：雙機串行通信的設(shè)計與實現(xiàn) 班級：電子14-2 姓名：陳俊臣 摘要串行通信是單片機的一個重要應用。本次課程設(shè)計就是要利用單片機來完成一個系統(tǒng)實現(xiàn)雙片單片機串行通信。通信的結(jié)果實用數(shù)碼管進行顯示數(shù)碼管采用查表方式顯示。兩個單片機之間采用RS232進行雙機通信。在通信過程中使用通信協(xié)議進行通信。雙機通信的實質(zhì)就是解決兩單片機串行通信問題。針對于89C51單片機全雙工異步串行通信口，我們采用單片機直接交叉互連的串行通信方式?？紤]到本設(shè)計應

2、用于短距離傳輸、兩單片機具有相同的數(shù)據(jù)格式及電平且為使設(shè)計簡單，我們最終決定本系統(tǒng)采用方式一單片機直接交叉連接的串行通信方式，上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)由串行口TXD端輸出，直接由下位機的串行口數(shù)據(jù)接收端RXD接收。本設(shè)計的硬件電路分為數(shù)碼管顯示模塊、單片機工作的基本復位電路以及晶振模塊。編程采用C語言加以實現(xiàn)。通信的結(jié)果使用數(shù)碼管進行顯示，數(shù)碼管采用查表方式顯示，兩個單片機之間采用RS-232進行雙向通信。 目錄1 引言-2 設(shè)計原理及要求- 2.1設(shè)計要求和原理- 2.2串行通信概述與分類- 2.3串行通信和并行通信區(qū)別- 2.4 MCS-51串行接口的基本特點- 3器件介紹3.1器件簡單概述-3.

3、2 器件主要功能特性-3.3 芯片引腳介紹-4系統(tǒng)設(shè)計 4.1設(shè)計要求- 4.2設(shè)計方案- 4.3硬件設(shè)計- 4.4軟件設(shè)計-4 電路仿真圖- 5心得-6參考文獻- 1引言片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及工業(yè)自動化水平的提高,在許多場合采用單機控制已不能滿足現(xiàn)場要求,因而必須采用多機控制的形式,而多機控制主要通過多個單片機之間的串行通信實現(xiàn)。串行通信作為單片機之間常用的通信方法之一, 由于其通信編程靈活、硬件簡潔并遵循統(tǒng)一的標準, 因此其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在測控系統(tǒng)和工程應用中，常遇到多項任務需同時執(zhí)

4、行的情況，因而主從式多機分布式系統(tǒng)成為現(xiàn)代工業(yè)廣泛應用的模式。單片機功能強、體積小、價格低廉、開發(fā)應用方便，尤其具有全雙工串行通訊的特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、家用電器方面都有廣泛的應用。同時，IBMPC機正好補充單片機人機對話和外圍設(shè)備薄弱的缺陷。各單片機獨立完成數(shù)據(jù)采集處理和控制任務，同時通過通信接口將數(shù)據(jù)傳給PC機，PC機將這些數(shù)據(jù)進行處理、顯示或打印，把各種控制命令傳給單片機，以實現(xiàn)集中管理和最優(yōu)控制。串行通信是單片機的一個重要應用，本次課程設(shè)計就是要利用單片機來完成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)爽片單片機床航通信，通信的結(jié)果使用數(shù)碼管進行顯示，數(shù)碼管采用查表方式顯示，兩個單片機之間采用

5、RS-232進行雙擊通信。在通信過程中，使用通信協(xié)議進行通信。在測控系統(tǒng)和工程應用中，常遇到多項任務需同時執(zhí)行的情況，因而主從式多機分布式系統(tǒng)成為現(xiàn)代工業(yè)廣泛應用的模式。單片機功能強、體積小、價格低廉、開發(fā)應用方便，尤其具有全雙工串行通訊的特點，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、家用電器方面都有廣泛的應用。同時，IBMPC機正好補充單片機人機對話和外圍設(shè)備薄弱的缺陷。各單片機獨立完成數(shù)據(jù)采集處理和控制任務，同時通過通信接口將數(shù)據(jù)傳給PC機，PC機將這些數(shù)據(jù)進行處理、顯示或打印，把各種控制命令傳給單片機，以實現(xiàn)集中管理和最優(yōu)控制。2 設(shè)計原理及要求 2.1設(shè)計要求設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計通過串行口實現(xiàn)兩

6、臺單片機之間串行通信的硬件和軟件。設(shè)計要求： 能實現(xiàn)在甲機鍵盤上輸入的字符，在乙機屏幕上顯示，反之亦然。 波特率自定，發(fā)送格式自定。若接收的數(shù)據(jù)無誤，則發(fā)送方屏幕上顯示“OK”。否則發(fā)回發(fā)送方并在屏幕上顯示所發(fā)出的字符。2.1 設(shè)計原理串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信。比如定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米，并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3

7、根線完成，分別是地線、發(fā)送、接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。串口通信是指外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)汀?.2串行通信概述與分類- 1、 串行通信的特點  在遠程通信和計算機科學中，串行通信是指在計算機總線或其他數(shù)據(jù)通道上，每次傳輸一個位元數(shù)據(jù)，并

8、連續(xù)進行以上單次過程的通信方式。與之對應的是并行通信，它在串行端口上通過一次同時傳輸若干位元數(shù)據(jù)的方式進行通信。一位接一位地順序傳送。這樣一個字節(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，串行通信的特點如下：1、節(jié)省傳輸線，這是顯而易見的。尤其是在遠程通信時，此特點尤為重要。這也是串行通信的主要優(yōu)點；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。這也是串行通信的主要缺點。  串行通信被用于長距離通信以及大多數(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)，在這些應用場合里，電纜和同步化使并行通信實際應用面臨困難。憑借著其改善的信號完整性和傳播速度，串行通信總線正在變得越來越普遍，甚至在短

9、程距離的應用中，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。  2、 串行通信的分類   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； 接收時鐘和發(fā)送時鐘只要相近就可以。 異步方式特點簡單的說就是：字符間異步，字符內(nèi)部各位同步。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

10、的位與位之間都同步.同步串行通信的特點可以概括為：以數(shù)據(jù)塊為單位傳送信息；在一個數(shù)據(jù)塊（信息幀）內(nèi)，字符與字符間無間隔；接收時鐘與發(fā)送進鐘嚴格同步 2.3 并行通信與串行通信的比較 計算機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單片機用4個接口與外界進行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出就是并行通信，并行通信得特點是傳輸信號的速度快，但所用的信號線比較多，成本高，傳輸?shù)木嚯x較近。串行通信的特點是只用兩條信號線即可完成通信，成本低，傳輸?shù)木嚯x較遠。 串行通信程序設(shè)計主要有微機發(fā)送接收程序和單片機發(fā)送接收程序。微機發(fā)送接收程序復雜難懂，操作不

11、便。單片機發(fā)送接收程序簡單易懂，操作方便。故而，此系統(tǒng)采用后者。 “異步通信”是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時，所發(fā)送的字符之間的時間間隔可以是任意的。當然，接收端必須時刻做好接收的準備（如果接收端主機的電源都沒有加上，那么發(fā)送端發(fā)送字符就沒有意義，因為接收端根本無法接收）。發(fā)送端可以在任意時刻開始發(fā)送字符，因此必須在每一個字符的開始和結(jié)束的地方加上標志，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。接收端必須隨時做好接收幀的準備。這是，幀的

12、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志幀的結(jié)束。或者在幀首部中設(shè)有幀長度的字段。需要注意的是，在異步發(fā)送幀時，并不是說發(fā)送端對幀中的每一個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)送端可以在任意時間發(fā)送一個幀，而幀與幀之間的時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行協(xié)調(diào)。 每個字符開始發(fā)送的時間可以是任意的t0 0 1 1 0 1 1&#

13、160;0起始位結(jié)束位t每個幀開始發(fā)送的時間可以是任意的。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，即雙方的時鐘要調(diào)整到同一個頻率。收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。但這時還有兩種不同的同步方式。一種是使用全網(wǎng)同步，用一個非常精確的主時鐘對全網(wǎng)所有結(jié)點上的時鐘進行同步。另一種是使用準同步，各結(jié)點的時鐘之間允許有微小的誤差，然后采用其他措施實現(xiàn)同步傳輸。 2.4MCS-51串行接口的基本特點  MCS-51單片機的串行端口有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，

14、方式0主要用于外接移位寄存器，以擴展單片機的I/O電路；工作方式1多用于雙機之間或與外設(shè)電路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，還可以作多機通信，以構(gòu)成分布式多微機系統(tǒng)。輸入：在(REN)=1時，串行口采樣RXD引腳，當采樣到1至O的跳變時，確認是串行發(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，當滿足(RI)：0；(SM2)=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時，第9位數(shù)據(jù)才進入RB8，8位數(shù)據(jù)才能進入接收寄存器，并由硬件置位中斷標志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

15、，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，而方式1和3的波特率是可變的，由定時器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=2sMoD×fosc64也就是當SMOD=1時，波特率為132×fosc，當SMOD=0時，波特

16、率為164×fosc。 3> 方式1和方式3 定時器T1作為波特率發(fā)生器，其公式如下： 波特率=2SMOD32×定時器T1溢出率 T1溢出率=T1計數(shù)率產(chǎn)生溢出所需的周期式中T1計數(shù)率取決于它工作在定時器狀態(tài)還是計數(shù)器狀態(tài)。當工作于定時器狀態(tài)時，T1計數(shù)率為Fosc/2：當工作于計數(shù)器狀態(tài)時，T1計數(shù)率為外部輸入頻率，此頻率應小于Fosc/24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時器T1的工作方式、T1的預置值有關(guān)。 定時器T1工作于方式O：溢出所需周期數(shù)=8192-X 定時器T1工作于方式1：溢出所需周期數(shù)=6

17、5536-X 定時器T1工作于方式2：溢出所需周期數(shù)=256-X 因為方式2為自動重裝入初值的8位定時器計數(shù)器模式，所以用它來做波特率發(fā)生器最恰當。這種方式下，T1的溢出率次秒計算式可以表示為： T1溢出率=Fsoc12256-X4系統(tǒng)設(shè)計 4.1  設(shè)計要求 在本設(shè)計中，要求完成51單片機與串口的線路連接、并用C語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)PC機與51單片機通過串口實現(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)。 4.2  設(shè)計方案 本次設(shè)計，對于兩片89C51，采用RS-232進行雙機通信。發(fā)

18、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RS-232點評輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也是用MAX232芯片驚醒電平轉(zhuǎn)換后，信號到達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)議進行發(fā)送接收，主機先送AAH給從機，當從機接收到AAH后，向主機回答B(yǎng)BH，主機收到BBH后就把數(shù)碼表中的16個數(shù)據(jù)送給從機，并發(fā)送檢驗和。從機收到16個數(shù)據(jù)并計算接收到數(shù)據(jù)的檢驗和，與主機發(fā)送來的檢驗和進行比較，若檢驗和相同則發(fā)送00H給主機；否則發(fā)送FFH給主機，重新接受。從機收到16個正確數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管顯示。

19、 4.3  硬件設(shè)計 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的

20、方案。 A、B兩臺51單片機機通過串行接口相連，B機的七段數(shù)碼管顯示其接收到（A機發(fā)出）的數(shù)字；而A機的七段數(shù)碼管則顯示其接收到（B機發(fā)出）的數(shù)字。AT89C51 簡介： AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 VCC：供電電壓。 

21、GND：接地。    P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校

22、驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。     P3

23、口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位

24、不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，    AT8951C芯片引腳圖 3.4軟件設(shè)計A，B兩機進行異步串行通信，當B機接收A機發(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A機收到B機發(fā)出的數(shù)據(jù)后，一方面通過其數(shù)碼管顯示，另外經(jīng)延時后發(fā)出下一個數(shù)據(jù)。A機的代碼#include <reg51.h>unsigned char code data=0x77,0x7c,0x39,ox5e,0x79,0x71,0x73,0x3e,0x31,0x6e,0x76,0x38,0xff,0x00;void Send(unsigned char dat)

25、SBUF=dat;while(TI=0) /等待TI=0; /*函數(shù)功能：接收一個字節(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);dat=SBUF; /將接收緩沖器中的數(shù)據(jù)return dat;/*函數(shù)功能:延時約150ms*/void delay(void) unsigned char i; TMOD=0x20; /TMOD=0010 000B ,定時器T1工作于方式2 SCON=0x50; /SCON=0101 000B ,串口工作方式1，允許接

26、收 PCON=0x00; TH1=0xfd;/定時器TH1賦初值，波特率9600 TL1=0xfd; /定時器TL1賦初值 TR1=1; /啟動定時器T1 P2=0x01; /置P2.0口為高電平 while(1) for(i=0;i<8;i+) Send(i);/發(fā)送數(shù)據(jù)i P0=dataReceive();/將接收到的數(shù)據(jù)送P0口顯示 delay();/600ms后發(fā)送下一個數(shù)據(jù) delay(); delay(); delay(); B機代碼#include <reg51.h> /包含單片機寄存器的頭文件 unsigned char code data=0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,