基于單片機(jī)的雙機(jī)通信程序設(shè)計(jì)

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告前言單片機(jī)的通信接口是各臺儀表之間或儀表與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)裝置。主要有五種類型，串行通信接口、并行通信接口、USB接口、現(xiàn)場總線接口以及以太網(wǎng)接口。串行通訊是單片機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就是利用兩塊單片機(jī)來完成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的串行通訊。 隨著計(jì)算機(jī)的不斷普及，在我們的周圍可能會同時(shí)出現(xiàn)多臺微型計(jì)算機(jī)，而且這些計(jì)算機(jī)的牌號，后型號不同，而且有的格式不兼容。于是利用單片機(jī)串行口實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)之間的相互通信，以達(dá)到信息或程序的共享是非常有用的。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(jī)與下位機(jī)基于串行通信的主從工作

2、方式，這樣就充分利用了微機(jī)分析處理能力強(qiáng)、速度快的特點(diǎn)及下位機(jī)（單片機(jī)）面向控制、使用靈活方便的優(yōu)勢。利用多機(jī)通訊構(gòu)成的分布式系統(tǒng)逐漸普及。本實(shí)驗(yàn)就點(diǎn)對點(diǎn)的雙機(jī)通信進(jìn)行訓(xùn)練。學(xué)習(xí)串口的工作方式，初始化編程，和單片機(jī)與單片機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通信的編程方法以及硬件電路的設(shè)計(jì)方法。1.總體設(shè)計(jì)方案1.1 串口通信的設(shè)計(jì)原理 復(fù)位電路 復(fù)位電路 單片機(jī) 單片機(jī) 電源電路 電源電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路 按鍵輸入 1位LED數(shù)碼管 顯示電路圖1 串口通信的設(shè)計(jì)原理框圖本次設(shè)計(jì)用于兩片89S51，PC機(jī)的串行口采用的是標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，單片機(jī)的串行口電平是FTL電平，而TTL電平特性與RS232的電氣特性不匹配，

3、因此為了使單片機(jī)的串行口能與RS232接口通信，必須將串行口的輸入/輸出電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通常用MAX232芯片來完成電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)的發(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RS232電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。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,實(shí)現(xiàn)串口通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，該系統(tǒng)可采用max232進(jìn)行串口通訊數(shù)據(jù)傳送?？捎肔ED顯示發(fā)送的相應(yīng)據(jù)。1.2 數(shù)據(jù)傳輸方案比較與選折在串行通信中，數(shù)據(jù)是在兩個(gè)站之間傳送的。按照數(shù)據(jù)傳送方向，串行通信可采用三種方案。方案一：

4、單工制式單工制式是指甲乙雙方通信只能單向傳送數(shù)據(jù)。發(fā)送器A 接收器B 圖2 單工制式方案二：半雙工制式半雙工制式是指通信雙方都具有發(fā)送器和接收器，雙方既可發(fā)送也可接收，但接收和發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行，即發(fā)送時(shí)就不能接收，接收時(shí)就不能發(fā)送。 B 端發(fā)送接收A端發(fā)送接收圖3 半雙工制式方案三：全雙工制式全雙工制式是指通信雙方均設(shè)有發(fā)送器和接收器，并且將信道劃分為發(fā)送信道和接收信道，兩端數(shù)據(jù)允許同時(shí)收發(fā)，因此通信效率比前兩種高。 B 端A端發(fā)送接收發(fā)送接收圖4 全雙工制式因此，本文選擇方案三，全雙工制式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。1.3 控制部分的電路由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)

5、數(shù)器以及輸入/輸出口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機(jī)是可編程芯片，并且它可以運(yùn)用C語言編寫，對于一些復(fù)雜的計(jì)算功能，可以調(diào)用C語言庫函數(shù)，使編寫程序變得非常簡單。且經(jīng)過上學(xué)期對單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)，我們對單片機(jī)的應(yīng)用比較熟悉，運(yùn)用靈活，所以用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)本次課程設(shè)計(jì)。2.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用以89S51單片機(jī)為主控單元，顯示部分采用8段LED數(shù)碼管動態(tài)顯示。2.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在89S51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反

6、相放大器，其輸入端為芯片引腳X1，輸出端為引腳X2，在芯片的外部跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。此電路采用12MHz的石英晶體。時(shí)鐘電路如下圖：圖5 時(shí)鐘電路2.2 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作,進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。RST引腳是單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)振蕩周期（即2個(gè)機(jī)器周期）以上，若使用頻率為12MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過4 s才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位

7、是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)中采用了按鍵電平方式如下圖：圖6 按鍵電平的連接方式2.3 單片機(jī)串行通信功能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)如下圖所示：圖7 單片機(jī)串行接口的結(jié)構(gòu)（1） 數(shù)據(jù)緩沖器（SBUFF）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即可啟動發(fā)送；接收時(shí)用指令將SBUF中接收到的數(shù)據(jù)取出。（2） 串行控制寄存器（SCON）SM0,S

8、M1:串行接口工作方式選擇位，串行接口工作方式可有以下四種工作方式： 表1 工作方式SM0SM1工作方式功能波特率0008位同步移位寄存器（用于I/O擴(kuò)展）fORC/1201110位異步串行通信（UART）可變（T1溢出率*2SMOD/32）10211位異步串行通信（UART）fORC/64或fORC/3211311位異步串行通信（UART）可變（T1溢出率*2SMOD/32）定時(shí)器TI溢出率=(fosc/12)*(1/（2k-初值）) 式中T1計(jì)數(shù)率= fORC/12，（2k-初值）為生溢產(chǎn)出所需機(jī)器周期數(shù)，K為定時(shí)器位數(shù)，與定時(shí)器設(shè)定工作方式有關(guān)：方式0時(shí) K=13；方式1時(shí) K=16；方

9、式2時(shí) K=8。SM2：多機(jī)通信控制位。主要用于方式2,3.當(dāng)SM2=1時(shí)可以利用收到的RB8來控制是否激活RI，當(dāng)SM2=0時(shí)均可以將數(shù)據(jù)送入緩存器，并激活RI。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(shí)，TB8為要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清0。RB8：在方式2或3時(shí)，RB8位接收到的第9位數(shù)據(jù)，使從機(jī)根據(jù)這一位來判斷主機(jī)發(fā)送的時(shí)呼叫地址還是要傳送的數(shù)據(jù)。TI：發(fā)送中斷標(biāo)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(biāo)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。

10、（3） 輸入移位寄存器接收的數(shù)據(jù)先串行進(jìn)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(jī)用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，T1設(shè)置在定時(shí)方式。（5） 電源寄存控制器（PCON）其最高位為SMOD即波特率倍增位，當(dāng)SMOD=1時(shí)波特率提高一倍，復(fù)位時(shí)，SMOD=0。2.4 MAX232芯片電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232專用于進(jìn)行將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平的芯片，MAX232內(nèi)部有泵電源，能將+5V電源電壓在芯片內(nèi)提高到RS232電平所需的+10V或者-10V電平。引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3

11、、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。圖8 MAX232芯片2.5整體連接原理圖P1.7P1.0口分別接DP，G，F(xiàn)，E，D，C，B，A，其整體連接圖如下：圖9 整體連接原理圖3.軟件設(shè)計(jì)3.1 串行通

12、信軟件設(shè)計(jì)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B(yǎng)BH。主機(jī)收到BBH后就把數(shù)碼表TAB16中的10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。3.2 程序流程圖主動發(fā)送數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)和輸出完成清除標(biāo)志位主程序開始程序初始化主機(jī)發(fā)送AAH從機(jī)是否回答B(yǎng)BHNN（1） 發(fā)送端圖10 發(fā)送端程序流程圖串行口工作于方式1，用定時(shí)器1產(chǎn)生9600bit/s的波特率，工作于方式2，即TMOD

13、=0x20。功能:將本機(jī)ROM中數(shù)碼表TAB16中的16個(gè)數(shù)發(fā)送到從機(jī),并保存在從機(jī)內(nèi)部ROM中，從機(jī)收到這16個(gè)數(shù)據(jù)后送到一個(gè)數(shù)碼管循環(huán)顯示。通信協(xié)議:主機(jī)首先發(fā)送連絡(luò)信號(AAH),從機(jī)接收到之后返回一個(gè)連絡(luò)信號(BBH)表示從機(jī)已準(zhǔn)備好接收。（2） 接收端通信過程使用校驗(yàn)和校驗(yàn)。從機(jī)接收到16個(gè)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行校驗(yàn)和檢查，若數(shù)據(jù)沒有錯(cuò)誤，則返回00H，否則返回FFH。主機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)后，等待從機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)；若為00H，則繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)，若為FFH，則重新發(fā)送數(shù)據(jù)。主程序開始程序初始化接收數(shù)據(jù)，計(jì)算檢驗(yàn)和檢驗(yàn)和相等？發(fā)送OOH至主機(jī)接收完成？清除標(biāo)志位顯示N發(fā)送FFH，并修改N圖11 接收端

14、程序流程圖3.3 LED顯示原理LED多數(shù)情況用于顯示數(shù)字，對于十六進(jìn)制的，要將0F的數(shù)字用7段顯示，必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為LED對應(yīng)七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是讓a、b、c、d、e和f段發(fā)光，顯示“1”，讓b和c段發(fā)光，等等如表所示。然后根據(jù)LED是共陰極還是共陽極接法確定LED各輸入端應(yīng)接邏輯1還是邏輯0，我選用的是共陰接法，要顯示“0” 時(shí)，a、b、c、d、e和f段就要輸入邏輯1，即其段碼為3F，通過從機(jī)的P1口將編碼輸出給LED。4. 系統(tǒng)調(diào)試與仿真結(jié)果4.1 軟件調(diào)試 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)利用Keil進(jìn)行C語言編寫。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式

15、，這樣增強(qiáng)了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。實(shí)驗(yàn)的程序通過Keil軟件編譯，打開Keil軟件，首先，建立工程文件，然后新建一文檔，輸入自己編寫的程序，保存為.C文件。然后再單擊Add Files to Group Source Group1。然后勾選生成.HEX文件，最后點(diǎn)擊編譯。圖12 編譯輸出結(jié)果此過程是在Keil軟件中編寫雙機(jī)通信的C語言程序，通過Keil軟件驗(yàn)證程序的對錯(cuò)與否，在此基礎(chǔ)上來改正，直至程序編寫成功，并由此軟件生成HEX文件，可通過此文件調(diào)試開發(fā)板，驗(yàn)證所做的雙機(jī)通信是否成功。4.2 仿真結(jié)果通過Proteus進(jìn)行仿真，將所生成的“.HEX”文件加載到已繪制好的Proteus原

16、理圖中，使Proteus與Keil真正連接起來，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試。調(diào)試結(jié)果如圖所示：可以看到，接收端已將接受到的數(shù)據(jù)完整的顯示了出來。按下“開始”后，數(shù)碼管開始工作，仿真結(jié)果如附錄所示。5. 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是單片機(jī)雙機(jī)串行通信的功能。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的初期，先查詢了書本知識，了解了相關(guān)的原理之后，先進(jìn)行了自發(fā)自收通信功能的設(shè)計(jì)，由于設(shè)計(jì)電路比較簡單，而且程序也比較好懂，所以在原理方面沒有遇到什么問題，主要的問題就是熟悉兩個(gè)軟件KEIL和PROTEUS的使用。但是在后來調(diào)試實(shí)物的時(shí)候，由于單片機(jī)整塊板子上面有許多可以利用的電路，所以為了方便，修改了一些程序，把輸出顯示接在了P0口，因?yàn)镻0口與

17、流水燈相連接，利用流水燈來完成相關(guān)的顯示，剛開始的時(shí)候仿真總是不出來，后來才發(fā)現(xiàn)P0口沒有自帶的上拉電阻，所以在P0口加了上拉電阻之后，仿真開始正常進(jìn)行。在設(shè)計(jì)雙機(jī)串行通信的功能時(shí)，由于根據(jù)題目的要求甲機(jī)發(fā)送而乙機(jī)接收，所以就選擇做了單工通信的功能。對于顯示電路來說，由于傳送的是兩位數(shù)據(jù)，所以選用了兩個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。程序編程方面，剛開始在KEIL中進(jìn)行編程生成.HEX文件時(shí)，總是生成不了，后來經(jīng)過查詢資料得知有可能是我裝的軟件不是破解版的，當(dāng)進(jìn)行短程序編程時(shí)可以正常進(jìn)行，但是當(dāng)程序比較長時(shí)，就不能生成.HEX文件。還有就是程序運(yùn)行正常之后，數(shù)碼管的顯示跳得太快了，根本無法捕捉到所有數(shù)據(jù)的顯示

18、，剛開始還比較迷茫，不知道該從哪個(gè)地方開始調(diào)，后來經(jīng)過同學(xué)的幫忙，修改了單片機(jī)中的頻率之后，可以清楚地看到接收的每一個(gè)數(shù)據(jù)。經(jīng)過本次課程設(shè)計(jì)，我知道了團(tuán)隊(duì)的力量，一個(gè)人是完成不了這么多的。我們不僅掌握了雙機(jī)串行通信的相關(guān)原理和實(shí)現(xiàn)方式，還深化了對匯編語言中斷程序設(shè)計(jì)的了解。其實(shí)，這整個(gè)課程設(shè)計(jì)不僅需要個(gè)人知識的儲備，還需要在不斷的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)自己存在的不足。同時(shí)，與同學(xué)的交流不僅能讓自己進(jìn)步，有時(shí)候還能點(diǎn)醒自己在哪些方面做得不對，哪些方面需要改正。從這種實(shí)踐課程我學(xué)到了從書本上學(xué)不到的知識，提高了我的實(shí)踐能力和解決問題的能力。6. 參考文獻(xiàn)1 譚浩強(qiáng)C語言程序設(shè)計(jì)M清華大學(xué)出版社，1999.12

19、.125-1422 楊恢先，黃輝先單片機(jī)原理與應(yīng)用M人民郵電出版，2009.7.234-2563 朱定華單片機(jī)原理與接口技術(shù)M電子工業(yè)出版社，2001.4.276-284 4 王威HCS12微控制器原理及應(yīng)用M北京航空航天大學(xué)出版社，2007.10.167-179 5 龔運(yùn)新單片機(jī)C語言開發(fā)技術(shù)M北京清華大學(xué)出版社，2006.10.145-163 6 胡洪波單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程M湘潭大學(xué)出版社，2009.7.68-837 汪道輝單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M電子工業(yè)出版社，2006.5.89-104.116-1358 李明，李君君單片機(jī)原理與接口技術(shù)M大連理工大學(xué)出版,2006.5.89-104.

20、116-135附錄附錄一：元件清單元件名稱型號數(shù)量單片機(jī)AT89C512電平轉(zhuǎn)換芯片Max2322數(shù)碼管八段LED1電阻RES4晶振CRYSTAL2電容CAP12附錄二：源程序1. 主機(jī)發(fā)送程序#include <reg51.h> /頭文件#define uchar unsigned char /定義數(shù)據(jù)類型void init(); /定義子程序void send();ucharTAB16 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /定義數(shù)碼表uchar i,

21、sum; /定義變量int j;main() /主程序 init(); send(); void init(void) /程序初始化 EA=1; /開CPU中斷 ES=1; /允許串行口中斷 TMOD=0x20; /設(shè)定時(shí)器T1為方式2 TH1=0xfd; /賦初值 TL1=0xfd; PCON=0x00; /令SMOD=0波特率不倍增 SCON=0x50; /串行口為方式1 TR1=1; /啟動T1 void send(void) /發(fā)送子程序do SBUF=0xaa; /主機(jī)送AAH給從機(jī) while(!TI); /等待一幀發(fā)送結(jié)束 TI=0; /發(fā)送完后清零 while(!RI); /等

22、待一幀接收結(jié)束 RI=0; /接收完后清零 while(SBUF0xbb)!=0); /等待從機(jī)回答，返回BBH后繼續(xù)do sum=0; /清校驗(yàn)和 for(i=0;i<=15;i+) SBUF=TABi; /主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù) sum+=TABi; /求檢驗(yàn)和 while(!TI); TI=0; SBUF=sum; /發(fā)送校驗(yàn)和 while(!TI); TI=0; while(!RI); RI=0; while(SBUF!=0); /等待2. 從機(jī)接收程序#include<reg51.h> /頭文件#define uchar unsigned char /定義數(shù)據(jù)類型#define uint unsigned intvoid delay(int ); /定義子程序void receive(void) ;void init(void);uchar i,sum;int j;ucharTAB16 = 0x3f,0x06,0x5