單片機(jī)之間多機(jī)通信演示電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)之間多機(jī)通信演示電路設(shè)計(jì)第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日

摘要：“單片機(jī)之間多機(jī)通信演示電路設(shè)計(jì)與研究”是基于單片機(jī)的串行通信演示電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)研究的是三個(gè)AT89C51單片機(jī)通過串行通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。在設(shè)計(jì)中，我們利用AT89C51單片機(jī)具有多機(jī)通信功能，構(gòu)成主從分布式控制系統(tǒng)，由一臺(tái)主機(jī)來控制兩臺(tái)從機(jī)，主機(jī)可以向從機(jī)發(fā)送命令來控制從機(jī)，同時(shí)也可以接收從機(jī)反饋回來的信息，主從機(jī)之間實(shí)現(xiàn)雙工通信。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要由自制鍵盤和指撥開關(guān)作為輸入設(shè)備，選擇較為簡單的發(fā)光二極管和一位數(shù)碼管作為輸出設(shè)備，通過串行接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)主從機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸并用顯示設(shè)備觀察其通信結(jié)果。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要用到單片機(jī)之間多機(jī)通信技術(shù)以及單片機(jī)串行通信接口和中斷系統(tǒng),在下面設(shè)計(jì)中將進(jìn)行具體的研究和討論。關(guān)鍵詞：多機(jī)通信串行通信中斷控制演示電路第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日整體方案第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日功能介紹

（1）當(dāng)主機(jī)A，按鍵盤選擇鍵1＃，主機(jī)與從機(jī)B通信，接下來按鍵數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送給從機(jī)B,由數(shù)碼管DS1顯示結(jié)果。同理，當(dāng)主機(jī)A，按鍵盤選擇鍵2＃，主機(jī)與從機(jī)C通信，接下來按鍵數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送給從機(jī)C,由數(shù)碼管DS2顯示結(jié)果。（2）當(dāng)從機(jī)B，P1的指撥開關(guān)切換時(shí)，此數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送給主機(jī)A，并控制其低4位的4個(gè)LED的亮滅。同理，當(dāng)從機(jī)C，P2的指撥開關(guān)切換時(shí)，此數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送給主機(jī)A，并控制其高4位的4個(gè)LED的亮。第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日單片機(jī)多機(jī)通信技術(shù)

1.多機(jī)通信接口設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常需要多個(gè)微處理機(jī)協(xié)調(diào)工作。由于AT89系列的單片機(jī)具有多機(jī)通信功能，因而可利用它構(gòu)成各種分布式系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日

在圖中，系統(tǒng)采用一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)，主機(jī)的RXD端與所有從機(jī)的TXD端連接，TXD端與所有從機(jī)的RXD端相連，主機(jī)發(fā)送的信息可被各從機(jī)接收，而各從機(jī)發(fā)送的信息只能由主機(jī)接收，各從機(jī)之間交換信息需通過主機(jī)。2.多機(jī)通信原理多機(jī)通信中，要保證主機(jī)與從機(jī)間進(jìn)行可靠的通信，通信接口必須具有從機(jī)身份的識(shí)別功能。串行口控制寄存器SCON中的SM2位就是為滿足這一要求而設(shè)置的多機(jī)通信控制位。串行口以方式2或方式3實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，發(fā)送和接收的每一幀信息都是11位，其中第9數(shù)據(jù)位是可編程位，通過對SCON的TB8賦值1或0，以區(qū)別發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日（規(guī)定地址幀的第9位為1，數(shù)據(jù)幀的第9位為0）。若從機(jī)的控制位SM2=1，則接收的是地址幀時(shí)，數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI=1，向CPU發(fā)出中斷請求；若接收的是數(shù)據(jù)幀，則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志，信息將拋棄。若SM2=0，則無論是地址幀還是數(shù)據(jù)幀都產(chǎn)生RI=1中斷標(biāo)志，數(shù)據(jù)裝入SBUF。第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日單片機(jī)的串口工作原理1串口寄存器結(jié)構(gòu)

AT89C51單片機(jī)串行口寄存器結(jié)構(gòu)如圖所示。SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個(gè)寄存器具有同一地址（99H）。AT89C51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日

輸入移位寄存器接收SBUF(99H)發(fā)送SBUF(99H)TI(發(fā)送中斷)TXD串行輸出系統(tǒng)總線移位時(shí)鐘RXD串行輸入RI（接收中斷）AT89C51串行口寄存器結(jié)構(gòu)第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日2單片機(jī)串口工作寄存器1.串行通信控制寄存器

SCON控制寄存器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如下：

SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日下面我們對各控制位功能介紹如下：(1).SM0、SM1：串行口工作方式控制位。SM0SM1工作方式00方式001方式110方式211方式3第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日(2).SM2：多機(jī)通信控制位。多機(jī)通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作于方式2或3，以及SM2=1時(shí)，只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（RB8）為1時(shí)，才把接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，且置位RI發(fā)出中斷申請，否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)SM2=0時(shí)，就不管第位數(shù)據(jù)是0還是1，都難得數(shù)據(jù)送入SBUF，并發(fā)出中斷申請。工作于方式0時(shí)，SM2必須為0。

(3).REN：允許接收位。

REN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，REN=1時(shí)，允許接收，REN=0時(shí)，禁止接收。第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日(4).TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位8。在方式2和方式3中，TB8是要發(fā)送的——即第9位數(shù)據(jù)位。在多機(jī)通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)牡刂愤€是數(shù)據(jù)，TB8=0為數(shù)據(jù)，TB8=1時(shí)為地址。(5).RB8：接收數(shù)據(jù)位8。在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)，用以識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征。

(6).TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位?？蓪ぶ窐?biāo)志位。方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位，其它方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示幀發(fā)送結(jié)束，TI可由軟件清“0”。

(7).RI：接收中斷標(biāo)志位。

可尋址標(biāo)志位。接收完第8位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=1表示幀接收完成。第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.電源管理寄存器PCONPCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址是87H，其結(jié)構(gòu)格式如下：在CHMOS型單片機(jī)中，除SMOD位外，其他位均為虛設(shè)的，SMOD是串行口波特率倍增位，當(dāng)SMOD=1時(shí)，串行口波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為SMOD=0。PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位SMOD___GF1GF0PDIDL第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日3單片機(jī)串口工作方式

AT89C51單片機(jī)的串行口有4種工作方式，通過SCON中的SM0、SM1位來設(shè)置。本系統(tǒng)研究的是單片機(jī)之間多機(jī)通信，所以主要介紹能實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的方式2和方式3。

1.方式0——同步移位寄存器方式

2.方式1——8位異步串行通信方式

3.方式2——9位異步通信接口若SM0SM1=10B，則串行口工作于方式2.方式2為波特率固定的11位異步串行通信方式，傳送波特率與SMOD有關(guān)。發(fā)送或接受一幀信息位11位，其中包括1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程位（用于奇偶校驗(yàn)或多機(jī)通信）和1位停止位1。第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日1）方式2發(fā)送發(fā)送時(shí)，根據(jù)通信協(xié)議由軟件設(shè)置TB8，然后用指令將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送器。寫SBUF的指令，除了將8位數(shù)據(jù)送入SBUF外，同時(shí)還將TB8裝入發(fā)送移位寄存器的第9位，并啟動(dòng)發(fā)送控制器進(jìn)行一次發(fā)送。一幀信息即從TXD發(fā)送出去，在送完一幀信息后，TI被自動(dòng)置1，在發(fā)送下一幀信息之前，TI必須由中斷服務(wù)程序或查詢程序清0.2）方式2接收當(dāng)REN=1時(shí)，允許串行口接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由RXD端輸入，當(dāng)接收器采樣到RXD端的負(fù)跳變，并判斷起始位有效后，開始接收一幀信息，每幀接收11位信息。方式2接收時(shí)，若同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日

(1)RI=0；

(2)SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位1。則接收數(shù)據(jù)有效，8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位送入RB8，并置RI=1；若不滿足上述兩個(gè)條件，則信息丟棄。

4.方式3——波特率可變的9位異步通信接口若SM0SM1=11B，串行口工作于方式3，為波特率可變的11位異步串行通信方式。除了波特率以外，方式3和方式2完全相同。第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日多機(jī)通信電路設(shè)計(jì)

1硬件電路設(shè)計(jì)1時(shí)鐘電路

如圖4.2所示，AT89C51的時(shí)鐘電路接腳為XTAL1(pin19)和XTAL2(pin18),XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出.于pin18、19之間接一個(gè)石英振蕩器(常用頻率在3.58MHZ、6MHZ、11.0592MHZ、12MHZ),并在兩端各接一電容接地,電容以30p-40p較為適當(dāng)。X112MHZC1130pC230p第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日2鍵盤電路在本系統(tǒng)中，主機(jī)的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)通過串口或鍵盤輸入，為節(jié)省單片機(jī)I/O口，簡化硬件線路，采用4*3矩陣式鍵盤[1]。鍵盤共設(shè)有12個(gè)鍵，其中包括數(shù)字鍵和功能鍵。如圖所示，由AT89C51的四條行線和三條列線構(gòu)成。按鍵設(shè)置在行、列交點(diǎn)上，行。列線分別連接到按鍵開關(guān)兩端，列線通過上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無按鍵動(dòng)作時(shí)，列線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有鍵按下時(shí)，必須將行、列線信號(hào)配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。鍵盤中有無鍵按下是由行線送入全掃描，用列線讀列線狀態(tài)來判斷的。鍵盤中哪個(gè)鍵按下是逐行掃描低電平后，檢查列輸入狀態(tài)來確定的。第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日3顯示電路1.發(fā)光二極管顯示電路如圖所示,為主AT89C51單片機(jī)基本顯示電路,PORT2連接LED后,再接上470歐姆電阻作為限流裝置,防治LED燒壞,最后接上VCC供應(yīng)電源,當(dāng)?shù)诙?，共二十七頁?022年，8月28日PORT2輸出腳為0時(shí),LED亮,例如控制PORT2.0=0時(shí),第一只LED亮.AT89C51單晶片可控制這些腳位的電壓,產(chǎn)生數(shù)位信號(hào),經(jīng)過放大電路,進(jìn)而控制周邊設(shè)備.注意當(dāng)PORT0作為輸出口時(shí),必須接上拉電阻.第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.數(shù)碼管顯示電路如圖所示，為兩個(gè)從機(jī)的顯示電路，本系統(tǒng)采用的是一位共陽極數(shù)碼管作為顯示器，當(dāng)a~g為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。其a、b、c、d、e、f、g、dp八個(gè)引腳分別接單片機(jī)的，中間加一個(gè)330歐姆的限流電阻。1~9共9個(gè)數(shù)字，共陽極型LED的編碼分別為:F9H、A4H、B0H、99H、92H、82H、F8H、80H和90H。第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日2軟件程序設(shè)計(jì)1.鍵盤程序設(shè)計(jì)1#2#滅789456123鍵盤掃描消抖延時(shí)有無鍵按下取鍵盤碼功能鍵？功能鍵處理程序發(fā)送數(shù)據(jù)返回NYYN第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日2.主機(jī)程序設(shè)計(jì)流程本系統(tǒng)選用12MHZ晶振，采用2400HZ波特率。程序流程如圖4.9所示，其定時(shí)器串行口通信的初始化步驟如下：（1）確定串口工作于方式3，并允許接收——對SCON寄存器送控制字C0H（SM0=1,SM1=1,REN=1）；（2）確定定時(shí)器T1工作于方式2——對TMOD寄存器