雙機通信課程設計報告

1、測控儀器課程設計報告書題目：雙機通信院部名稱學生姓名測控技術(shù)與儀器專業(yè)名稱班級2011年5月23日至6月3日雙機通信系統(tǒng)設計目錄引言2第一章系統(tǒng)整體設計3.1.1 系統(tǒng)設計思路3.1.2 系統(tǒng)設計原理 串行通信 基本設計原理概述5.1.3 系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)圖5.第二章設計要求及任務6.第三章硬件電路設計及實現(xiàn)6.3.1 硬件電路設計方案6.3.2 硬件電路的實現(xiàn). 以89C51為核心的單為機最小系統(tǒng)63.2.2 數(shù)碼管顯示模塊 主機校驗指示模塊7.3.3 設計實物圖7.第四章軟件系統(tǒng)實現(xiàn)8.4.1 ProteuSJ真圖8.4.2 軟件實現(xiàn)方案

2、分析9.4.3 主程序9.第五章總結(jié)135.1 電路改進1.35.2 心得體會1.3第六章附錄1.66.1 波特率的計算公式表1.66.2 兩位一體十腳數(shù)碼管1.7引言【摘要】串行通信是單片機的一個重要應用。本設計就是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。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用，從智能家用電器到工業(yè)上的控制系統(tǒng)都采用了上位機與下位機基于申行通信的主從工作方式，這樣就充分利用了微機分析處理能力強、速度快的特點及下位機（單片機）面向控制、使用靈活方便的優(yōu)勢。由于MCS5保列單片機具有性能穩(wěn)定、工作可靠、價格低廉等可特點，因此其應用相當廣泛。MCS5件片機中有異步通信串行接口

3、，能方便的構(gòu)成雙機，多機通信接口。隨著測量向自動化，智能化，網(wǎng)絡化方向的發(fā)展。利用多機通信構(gòu)成的分布式系統(tǒng)逐漸普及。本實驗就點對點的雙機通信進行訓練。學習串口的工作方式，初始化編程，和單片機與單片機點對點通信的編程方法以及硬件電路的設計方法。在此基礎上可以進一步提高，實現(xiàn)多機通信以及單片機與PC機的通信?！娟P(guān)鍵字】雙機通信從機應答單片機17 / 18第一章系統(tǒng)整體設計1.1 系統(tǒng)設計思路該系統(tǒng)采用主從共兩片MCS5憚片機來實現(xiàn)上位機對下位機的控制，由于是近距離的雙機通信，我們采用單片機直接交叉連接的方式，上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)由用行口TXD端輸出，直接由下位機的用行口數(shù)據(jù)接收端RXD8收。需要注意的

4、是一定要保證主從機相同的數(shù)據(jù)傳輸速率，即要求設置相同的波特率。電路分為數(shù)碼管顯示模塊，主機校驗指示模塊、以及單片機工作的基本復位、晶振模塊。1.2 系統(tǒng)設計原理1.2.1 串行通信用行數(shù)據(jù)通信要解決兩個關(guān)鍵問題, 據(jù)傳送就是指數(shù)據(jù)以什么形式進行傳送。 何把接收到的用行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù),一個是數(shù)據(jù)傳送，另一個是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。所謂數(shù)所謂數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是指單片機在接收數(shù)據(jù)時，如單片機在發(fā)送數(shù)據(jù)時，如何把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為申行數(shù)據(jù)進行發(fā)送。單片機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，

5、接收端通過傳輸線一幀一幀地接收。而對于兩個單片機之間的串行通信，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）便可直接實現(xiàn)串行通訊，需要注意的是兩單片機硬件要共地，軟件中需要設置相同波特率。51單片機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SBU限存。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（PCONSCONB于串行通信方式的選擇，收發(fā)控制及狀態(tài)指示，各位含義如下:SM

6、0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1再行接口工作方式選擇位，這兩位組合成00,01,10,11對應于工作方式0、1、2、3。用行接口工作方式特點見下表1.2.1.表1.2.1串行口工作方式表SM0SM1工功能波特率0008位同步移位寄存器（用于I/O擴展）fORC/1201110位異步串行通信（UART可變（T1溢出率*2SMOD/3210211位異步串行通信（UARTfORC/64或fORC/3211311位異步串行通信（UART可變（T1溢出率*2SMOD/32SM2多機通信控制位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)

7、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)，實際為主機發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)TB8,使從機根據(jù)這一位來判斷主機發(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。（3）輸入移位寄存器接收的數(shù)據(jù)先用行進入輸入移位寄存器，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系列單片機用定時器T1作為波特率發(fā)生器，T1設置在定時方式

8、。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）波特率計算當定時器T1工作在定時方式的時候，定時器T1溢出率=（T1計數(shù)率）/（產(chǎn)生溢出所需機器周期）。由于是定時方式，T1計數(shù)率=fORC/12。產(chǎn)生溢出所需機器周期數(shù)=模M-計數(shù)初值X。1.2.2 基本設計原理概述雙機通信系統(tǒng)通過主從單片機的串行口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。主單片機通過開關(guān)電路來啟動發(fā)送程序，當開關(guān)按下時向從機發(fā)送一個數(shù)據(jù)，從機通過接收中斷來接收主機發(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)碼管上顯示主機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。同時從機給主機發(fā)送一個應答

9、信號來表示已經(jīng)接收到了主機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，在主機接收應答并校驗正確，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。1.3 系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)圖圖1.3.1雙機通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第二章設計衰求及任務按鍵觸發(fā)主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)。從機以中斷方式實時接收數(shù)據(jù)。從機將接受到的數(shù)據(jù)顯示并回送應答信息給主機。主機查詢回送信息并校驗以判斷是否繼續(xù)發(fā)送。制作硬件電路，并調(diào)試，最后實現(xiàn)雙機通信系統(tǒng)功能。第三章硬件電路設計及實現(xiàn)3.1 硬件電路設計方案從硬件電路設計的目標出發(fā)，我們盡量考慮到可靠、高效、簡潔的原則，在整個系統(tǒng)設計過程中嚴格按照規(guī)范進行，做好各部分模塊設計最優(yōu)。簡

10、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)使電路設計導線無交叉，應使電路設計盡量簡潔，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的數(shù)碼管管腳排布無規(guī)律，使得導線不能直接的焊接，我們盡量合理設計元件排列和電路走線，使本系統(tǒng)達到設計要求。3.2 硬件電路的實現(xiàn)整個雙機通信系統(tǒng)以80C51單片機為主控制器，由數(shù)碼管為核心的數(shù)據(jù)顯示模塊、主機校驗指示模塊、以及單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成。3.2.1 以89C51為核心的單片機最小系統(tǒng)89C51單片機的最小系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式：以XTAL1和XTAL2弓唧外接晶振，構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖

11、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到約12MHz勺穩(wěn)定頻率。而在單片機的RST腳接上按鍵開關(guān)以及適當?shù)碾娮?、電容便?gòu)成按鍵與斷電兩用的復位電路。具體電路如圖3.2.1-1所示：圖3.2.1-1單片機最小系統(tǒng)3.2.2 數(shù)碼管顯示模塊設計中，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，我們借助萬用表進行測試，最終確定為共陰型數(shù)碼管，進一步測試便得出了該數(shù)碼管對應的管腳分布圖。3.2.3 主機校驗指示模塊主機接收從機應答信號進行校驗，成功后點亮P1口的指示燈并保持一段時間，然后進入等待狀態(tài)，

12、當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在申行編程中使用的提高數(shù)據(jù)傳輸準確性的有效方法。3.3 設計實物圖最終實物如下圖3.3-1所示圖3.3-1雙機通信系統(tǒng)設計實物圖第四章軟件系統(tǒng)實現(xiàn)4.1 Proteus 仿真圖arju四口 JUgl項工工 ，丁石三三*Vii)a FI*卯fihadifli品。對 用JQ sum EEFmJ 加 U.垃皿ETSunilRLE，KJnJFhD群ps.inxePJPSL3ITTt«J門"ikPJE-I|pirairnr*«.!ra-HTzm-p'izsvrjThj"pf-tfftPA-4TF44U4H

13、T4FTI4HTTT圖4.1.1雙機通信系統(tǒng)的proteus仿真圖4.2軟件實現(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。中斷方式使得從機時刻處于準備接收狀態(tài)，接收后判斷范圍，顯示，再回送。而對于主機，工作流程分析如下：得到按鍵允許，開始查詢發(fā)送，查詢中等待應答即中斷接收，中斷后得到應答，使得LED指示燈閃爍，如此往復。在主機編程中，我們增加了置位取數(shù)標志的編程思路，即通過查詢?nèi)?shù)標志實現(xiàn)在主函數(shù)回送應答并執(zhí)行相應服務程序，如此一來，很好的避免了中斷程序的冗長，提高了程序?qū)崿F(xiàn)的效率。串行通信程序設計包括：1）初始化程序：對

14、特殊功能寄存器SCO恃口PEON勺設置,來選擇用行口的工作方式，設置通信波特率。由于設計采用了中斷方式，則還要對中斷系統(tǒng)進行設置；2）發(fā)送數(shù)據(jù)的程序：51單片機串口發(fā)送數(shù)據(jù)的條件是用行口已準備好，此時標志位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單片機用行口接收數(shù)據(jù)的條件是SCO即的RI置“1”，表明用行口已收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)，此時即可置位取數(shù)標志；4）通信控制程序：用來控制發(fā)送和接收的進行。4.3主程序/從機#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsigne

15、dcharucharread_flag=0,x=0;sbitP20=P2A0;sbitP21=P2A1；ucharcodeCODE"0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90；/*函數(shù)功能：延時ms*/voidmDelay(uintDelayTime)uchari;for(;DelayTime>0;DelayTime-)for(i=0;i<120;i+);/*函數(shù)功能：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/voidSendData(ucharData)SBUF=Data;while(TI=0);TI=0;/*函數(shù)功能：顯示接收到的數(shù)據(jù)

16、*/voidDisplay(ucharx)P21=0;P20=1;P0=CODEx;mDelay(20);/*主函數(shù)*/voidmain()P0=0X00;P2=0XFF;SCON=0x50;/SMOSM1SM2RENTB8RB8TIR方式1,允許串行接收TMOD=0x20;/方式2,自動重裝PCON=0x00;TH1=0xfd;/0xfd=253波特率=32*12M/12/(256-253)TL1=0xfd;TI=0;RI=0;TR1=1;IE=0x90;while(1)if(read_flag).read_flag=0;mDelay(200);SendData(x);/*函數(shù)功能：中斷接收

17、，置位取數(shù)標志*/voidS_INT()interrupt4.if(RI)RI=0;read_flag=1;/x=SBUF;if(x>=0&&x<=99)Display(x);else/主機置位取數(shù)標志共陰#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit Key = P1A7;sbit Led = PW6;uchar code CODE" 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f；ucha

18、r code table=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;/* 函數(shù)功能：延時ms*/void mDelay(uint DelayTime)uchar i;for(;DelayTime>0;DelayTime-) for(i=0;i<120;i+);/* 函數(shù)功能：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/void SendData(uchar Data) SBUF = Data;while(TI = 0);TI = 0;P0=0x00;/*函數(shù)*/*voidmain()ucharData=0,i=0;Led=0;P0=0x00;SCON=0x50;/REN=1,允許串行接收TMOD=0x20;

19、PCON=0x00;TH1=0xfd;TL1=0xfd;IE=0x90;TI=0;RI=0;TR1=1;while(1)if(Key=0)mDelay(500);while(Key=1);if(i<=16)Data=tablei;i+;SendData(Data);/*函數(shù)功能：中斷接收數(shù)據(jù)，指示燈閃爍*/voidS_INT()interrupt4.if(RI)RI=0;Led=1;mDelay(150);Led=0;第五章總結(jié)5.1 電路改進為了保證數(shù)碼管顯示亮度，我們可以考慮增加必要的數(shù)碼管驅(qū)動電路。假如不驅(qū)動的話，單片機的單低電平仍然可以控制數(shù)碼管的亮滅，但這時的數(shù)碼的亮度會比較暗

20、，并且掃描頻率很高，仍然有微小的閃動現(xiàn)象.因為單片機的輸出的電流并身就很弱。在實際情況允許時，增加必要的電平轉(zhuǎn)化芯片來連接兩個單片機，則能夠適應更遠距離的數(shù)據(jù)通訊。5.2 心得體會本次實訓增強了我查閱資料的方法技巧，更是大大的提高了我們自學的能力，同時也增強了我們的動手能力。白雪：我很清楚這個實驗的目的，表面上我們最終僅僅只是實現(xiàn)了設計要求的基本功能，但我覺得，這次課程設計更加深刻白意義是一一從這樣一個最基本，簡單的實驗中，從這樣一個完整的過程中我了解一種系統(tǒng)設計的流程，甚至說是一種思路，思維。從最初拿到題目，分析設計要求以及實現(xiàn)的初步思路，然后去查閱資料進行更加具體的設計這次實驗無疑要求我們

21、團隊協(xié)作，互相配合并且整體上比較全面的統(tǒng)籌設計。于是，初步規(guī)劃后，我們開始將系統(tǒng)要實現(xiàn)功能的各個模塊單獨開來用PROTEUS仿真，并最終將各個模塊組合后整體調(diào)試。整個過程中我們在仿真上花費了較長時間，因為知道仿真成功是實現(xiàn)真正硬件電路的基礎，仿真是從根本上檢驗設計者的設計邏輯以及思路的，很好的仿真才能使得設計系統(tǒng)在實現(xiàn)要求功能的基礎上更加穩(wěn)定、簡單，仿真中，我們仔細斟酌了電路布線的合理性。在焊接過程中，由于之前的統(tǒng)籌布局使得我們的電路布線簡潔、明了，需要注意的是，由于焊接的粗心，有些焊點需要一再解焊導致焊盤脫落，而且對于數(shù)碼管管腳焊接方式也是值得進一步改進的，這便是我今后所要更加注意的，爭取全

22、心全意的焊接電路，不要因為某些粗心的原因是電路焊接發(fā)生錯誤，在那個下午堅持不懈的努力下我們終于完成了任務，可以說是大部分的任務都是在那個下午一氣呵成的。總的來說，在實驗中，我們盡量統(tǒng)籌并使得團隊協(xié)作發(fā)揮更大作用，第一周的周四分發(fā)元器件后，在第二天我們組便基本上完成了設計要求的基本功能，于是，我們利用剩下的時間去調(diào)試硬件以及更加深入的總結(jié)題目的意義。最后，作為本次實驗小組的組長，我對大家辛勤勞作默契配合的合作精神深感欣慰，希望以后得到好的繼承與發(fā)揚!焦亞榮：本次課程設計我們做的是雙機通信，剛開始時感覺上挺難的，因為別的課題都像是很直接的看到要做的東西，而我們的就不行。后來經(jīng)過一番了解后我才發(fā)現(xiàn)其

23、實很簡單的。這次實驗我們是四人一組，因為既要用到軟件，又要用到硬件，所以我們就分工合作。我和另一個同學負責硬件電路的仿真與焊接。在仿真過程中我們剛開始想用單片機直接通信，后來老師說要使用串口去通信，我們就改成了使用RS232以及MAX232tt單片機連接進行通信。當我們把一切都準備好后，開始焊電路時才發(fā)現(xiàn)就沒有用口，這樣我們就無法使用串口通信了。后來老師告訴我們說用單片機通信也行，因為距離比較近，如果距離遠的話就要使用串口進行通信。在焊接電路過程中，因為我們一直很細心，所以就沒有什么問題。當我們把電路焊好后就到了調(diào)試階段，在調(diào)試時我們把共陰極的編碼用反了，所以出來了很搞樂的顯示。通過這次課程設

24、計讓我又一次覺得團結(jié)的力量是那么的強大，合作精神是我們必不可少的。首先我們要一起討論怎么去設計這個雙機通信，討論怎么去實現(xiàn)，大概都要用什么實現(xiàn)；其次，我們在仿真硬件時，要告訴編程的同學我們是怎么做的，他們好根據(jù)這個來實現(xiàn)軟件編程；最后，在調(diào)試時，我們做硬件的同學要檢查電路是否哪里有問題，而軟件的同學則要考慮是否是程序有問題，當我們確定是程序有問題時就一起想辦法解決。這次課程設計對我的影響不僅是現(xiàn)在的，還會影響我的以后，在以后的生活中我要發(fā)揚團結(jié)，互助，合作的精神。這樣才能發(fā)揮大家所有人的潛力。大家都聽過筷子的故事吧，它告訴我們團結(jié)就是力量。好多項研究都是大家努力的結(jié)果，你聽過哪項研究是一個人做

25、的，也許有，但那畢竟是少數(shù)，我們都不是天才，合作精神對我們來說是必須的。再說，人步、不可能脫離人群而獨活，所以呢團結(jié)，互助，合作對我們都是必不可少的。楊磊：本次課程設計我們組主要研究的是雙機通信實驗，通過與組成員之間的合作，在開始的前兩天中，主要是通過查找資料，或是在圖書館里查看書籍來學習有關(guān)雙機通信實驗的基本要求和實驗所需要的器件，以及各實驗器件所實現(xiàn)怎樣的功能。經(jīng)過了我們四個人的協(xié)商，由兩個人開始編寫代碼，再由兩個人開始設計實驗電路。在編寫程序代碼的時候，使我學習到了最大的是MCS5印片機的中斷程序的編寫。在編寫程序的時候由于之前只是在課堂上和書本上學習的有單片機中的中斷源以及中斷向量，所

26、以在實踐的編寫代碼過程中會遇到很多不懂的問題，需要自己或者與同組成員相互溝通。并且也學會了單片機的有關(guān)中斷設計的思想，由于我們是制作雙機通信的課程設計，所以在實驗中需要用到兩片單片機作為主從機來控制信號的接受與發(fā)送。還學習到了單片機在使用中斷的時候，如果有中斷申請的話，硬件電路會自動把單片機里接受發(fā)送中斷的TI和RI置1.這樣就表示單片機此時有外部中斷的申請，必須開中斷來接受發(fā)送過來的信號。另外在兩個單片機之間的通信的時候，我們還設計了運用MAX232和RS232器件來連接兩個單片機，之前不懂的有關(guān)MAX23牙口RS232具體是怎樣設計實現(xiàn)的，通過在網(wǎng)上查找資料，我學習到了MAX232F口RS

27、232是連用在一起用作單片機和PC機之間的通信的，它主要是用于電平轉(zhuǎn)換來連接不同驅(qū)動電平的單片機和PC機。大概兩天的時間，我們就把初步的軟件程序和硬件電路設計好了。并且在PROTEU的仿真器件中實現(xiàn)了硬件電路的連接，然后我們把PROTEU的仿真硬件和51的程序下載到單片機中通過調(diào)節(jié)實驗硬件和共同修改軟件程序最終實現(xiàn)了器件的仿真。接下來就是焊接電路的工作了，由另外的組員來實現(xiàn)大部分的硬件電路的焊接，從中我也學習幫忙，盡快完成我們的全部的設計內(nèi)容。在完成了所有的焊接的時候，把程序下載到單片機中后，發(fā)現(xiàn)了數(shù)碼管顯示的和預期設置的有些不同，在經(jīng)過簡單的修改之后，我們成功的完成了我們的實驗作品。在此次課程設計中我學習到了好多新的知識以及通過了團隊小組的合作受益匪淺。任曉亮：經(jīng)過兩周的課程設計，我們小組終于完成了設計任務。本次實驗的課程題目是雙機通信，剛開始接觸這個課程題目的時候，感覺有點迷茫和困惑。通過對實驗要求的分析以及網(wǎng)上搜索資料，才對雙擊通信的原理有了初步認識。在查閱資料及相互討論之間，了解了單片機串行通信的基本知識，當然在這個過