双机通信系统单片机课程设计(共24页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业设计概况要构成一个较大规模的控制系统，常常需要采用多机控制实现，而AT89C51单片机有一个异步通信方式的全双工串行接口，可以方便地构成双机、多机系统。而串行通信也成为单片机与单片机、单片机与上位机之间进行数据传输的主要方式，是一种适用于远距离通信的数据传输方式。串行通信是单片机的一个重要应用。本次课程设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现双片单片机串行通信。通信的结果实用数码管进行显示，数码管采用查表方式显示。两个单片机之间采用RS232进行双机通信。在通信过程中，使用通信协议进行通信。关键词：单片机；串行通信；接口1 总体设计1.1 设计要求设计

2、一个单片机双机通信系统，单片机A接1个8位按键开关，单片机B接8个发光二极管，通过串行通信实现由A机拨码开关控制B机发光二极管的亮灭。1.2 设计方案本次设计，对于两片AT89C51，采用RS-232进行双机通信。如图1所示，发送方的数据由串行口TXD段输出，经过电平转换芯片MAX232将TTL电平转换为RS-232电平输出，经过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用MAX232芯片进行电平转换后，信号到达接收方串行口的接收端。接收方接收后，在LED二极管上显示接收的对应信息。晶振电路复位电路8路拨码开关电路发送机接收机接口接口晶振电路复位电路显示电路 图1 双机通信系统原理框图 软件部分，通

3、过通信协议进行发送接收，发送机先送联络信号给接收机，当接收机接收到联络信号后，向发送机回答一个应答信号，表示同意接收。发送机收到应答信号后开始发送数据，每发送一个数据块字节都要计算“校验和”，假定数据长度为16个字节，起始地址为40H，一个数据块发送完毕后立即发送“校验和”。接收机接收数据并存入数据缓冲区起始地址也为40H，每接收到一个数据字节便计算一次“校验和”，当接收到一个数据块后，在接受发送机发来的“校验和”，并将它与接收机计算的校验和进行比较。若二者相等，说明接受正确，接收机回答00H，发送机结束发送；若二者不等，说明接受不正确，接收机回答0FFH，请求重发，发送机重新发送数据一次。接

4、收机接收到数据后通过发光二极管LED显示发送机的发送状态。2 双机通信硬件设计 2.1 AT89C51简介AT89C51 是一个带有4k 的单片机，它具有128字节内部RAM；32 个I/O 口线和；两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工口，片内振荡器及。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，口及继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。如图2所示，DIP40封装的AT89C51的各个引脚及其功能。 图2 AT89C51单片机引

5、脚封装AT89C51单片机各个引脚功能如下：（1）电源几时钟引脚VCC（40号引脚）：电源接入引脚VSS（20号引脚）：接地引脚XTAL1（19号引脚）：晶振接入的一个引脚XTAL2（18号引脚）：晶振接入的另一个引脚（2） 控制线引脚RST/VPD（9号引脚）：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚ALE/（30号引脚）：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引/(31号引脚)：内外存储器选择引脚/片内EPROM编程电压输入引脚(29号引脚)：外部程序存储器选通信号输出引脚（3） I/O引脚P0.0P0.7（3932号引脚）：一般I/O口引脚/低位地址总线引脚P1.0P1.7(18号引脚)：一般

6、I/O口引脚P2.0P2.7(2128号引脚)：一般I/O口引脚/高位地址总线引脚P3.0P3.7(1017号引脚)：一般I/O口引脚或第二功能引脚P3.0（10号引脚）：RXD串行口输入P3.1（11号引脚）：TXD串行口输出P3.2（12号引脚）：外部中断0输入P3.3（13号引脚）：外部中断1输入P3.4（14号引脚）：T0定时器0的外部输入P3.5（15号引脚）：T1定时器1的外部输入P3.6（16号引脚）：片外数据存储器“写”选通控制输出P3.7（17号引脚）：片外数据存储器“读”选通控制输出2.2 AT89C51串行口的工作方式 AT89C51的串行口是一个可编程全双工的通信接口，

7、具有通信异步接受和发送的全部功能，能同时进行数据的接收和发送，也可作为同步移位寄存器使用。AT89C51的串行口主要由两个独立的串行数据缓冲寄存器SBUF（一个发送缓冲寄存器，一个接收缓冲寄存器），串行口控制寄存器、输入移位寄存器及若干控制门电路组成。(1) 串行口数据缓冲寄存器SBUF AT89C51可以通过特殊功能寄存器SBUF的读写操作，实现对串行接收或串行发送寄存器的访问，串行接收和串行发送寄存器在串行口内部是两个独立的存储单元，共用同一个地址99H。串行口数据传送使用的是内部数据传送指令“MOV A,SBUF”或“MOV SBUF,A”.当执行写操作时，访问串行发送寄存器；当执行读操

8、作时，访问串行接收寄存器。(2) 串行口控制寄存器SCONAT89C51串行口工作的设定、接收与发送控制的设置都是通过对串行口控制寄存器SCON的编程确定的。SCON是一个特殊功能寄存器，其地址为98H，可位寻址，其各位的作用定义如下：表2 控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI SM0、SM1：串行口工作方式选择位，工作方式选择如表2所示。其中是晶体振荡器的频率。SM2：多机通信控制位。在方式0下，SM2应为0；在方式1下，如果SM2=0，则只有收到有效的停止位时才会激活RI；在方式2和方式3下，如置S

9、M2=1则只有收到第9位数据为1时，RI被激活（RI=1，申请中断，要求CPU取走数据）。REN:允许接收控制位。由软件置位或清零。REN=1，允许接收；REN=0，禁止接收。TB8：在方式2和方式3下，存放要发送的第9位数据，常用作奇偶校验位。在多机通信中，可作为区别地址帧或数据帧的标识位，若为地址帧，TB8=1;若为数据帧，TB8=0。RB8：在方式2和方式3下，存放接收到的第9位数据；在方式1下，如SM2=0，则该位为接收到的停止位；方式0不用此位。TI:发送中断标志。在方式0下，发送完第8位数据位时，由硬件置位；在其他方式下，当开始发送停止位时，由硬件将TI置位，即是向CPU申请中断，

10、CPU可以发送下一帧数据。在任何方式下，TI必须由软件清零。RI：接收中断标志。在方式0下，接收完第8位数据时，由硬件置位；在其他方式下，当接收到停止位时RI置位，即申请中断，要求CPU取走数据。它必须由软件清零。表3 串行口工作方式选择SM0SM1方式功能波特率SM0SM1方式功能波特率000同步移位寄存器/1210211位UART/16或/3201110位UART可变11311位UART可变 本设计发送机串行口的工作方式为方式1，即控制寄存器SCON中内容如下：表4 发送机控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB

11、8TIRI01000000 接收机的串行口的工作方式为方式1，即控制寄存器SCON中内容如下：表5 接收机控制寄存器SCON9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HSCON(98H)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI01010000串口以方式1发送，由CPU执行一条写发送寄存器指令“MOV SBUF,A”,就可将数据位逐一由TXD端发送。当发送一帧数据后，将TI置1。串口以方式1接受，需控制SMOD中的REN为1（SMOD为特殊功能寄存器PCON的最高位），此时对RXD引脚进行采样，当采样到起始位置有效时，开始接收数据。当一帧数据接收完毕，且RI=0，SM2=0或接收到RB8

12、=1时，接收数据有效，此时可利用读接收寄存器指令“MOV A,SBUF”将数据送入CPU。同时将RI置1。若要再次发送或接收数据，必须将TI、RI清零。（3）波特率的计算根据表2可知串口工作方式方式1时一帧数据为10位（8位数据位，起始位、停止位各1位）。其传输波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来决定。波特率=当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式2，且TCON的TR=1，以启动定时器）。这时溢出率取决于TH1中的计数值。在单片机的应用中，常用的晶振频率为：12MHz和11.0592MHz。在本设计中晶振频率采用=11,。0592MHz。即波特

13、率为 波特率=2.3 晶振电路设计AT89C51单片机内部有一震荡电路，只要在单片机的XTL1（19号）和XTAL2（18号）引脚外接石英晶体（简称晶振）就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。如图3所示，图中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值为530pF,典型值为30pF，本设计取30pF。晶振CYS的振荡频率范围为1.2MHz12MHz，典型值为12MHz和6MHz，本设计取12MHz。图3 晶振电路2.4 复位电路设计AT89C51单片机的RST（9号）引脚引入高电平并保持两个机器周期时，单片机内部就执行复位操作。在实际中AT89C51通常有两种操作方式复位，一

14、种是上电复位；另一种是按键上电复位。在双机通信系统的设计中使用按键上电复位，如图4所示。 图4 复位电路 单片机复位后进入初始化状态。初始化后，程序计数器PC=0000H，所以程序从0000H地址单元开始执行。单片机启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM的内容。特殊功能寄存器复位后的状态是确定的。P0P3为FFH，SP为07H，SBUF不定，IP、IE和PCON的有效位为0，其余的特殊功能寄存器的状态均为00H。2.5 接口电路的设计（1） 直接通信单片机与单片机进行双击串行通行时，可将两个单片机的串口直接连接，接线图如图5所示，这种接线传输距离短，抗干扰能力差。图5 直

15、接通信接线图（2）串口通信单片机与单片机进行双击串行通行时，AT89C51串行接口的信号电平为TTL类型，抗干扰性差、传输距离短。为了提高串行通信的靠抗性，延长通信距离，一般设计采用标准的串行接口。RS-232C接口是1969年EIA推出的串行通信标准，目前是PC机与通信工业中应用最广的一种串行接口。数据传输速率在020kbps范围内的通信，最大传输距离可达15m，能实现一发一收通信，目前常用的RS232C接口连接器有9针串口（DB9）和25针串口（DB25）。最常用的的是DB9，常采用三线制接法，即发送数据线、接受数据线和接地线三脚相连。传输线采用屏蔽双绞线，如图6所示。 图6 DB9三线制

16、接法RS232C信号的电平与单片机串口信号的电平不一致，二者之间必须进行电平转换。使用电平转换芯片MAX232就可以实现RS232C/TTL电平的双向转换。MAX232芯片使用单一的+5V电源供电，配接5个1uF电解电容即可完成RS232C电平的TTL电平之间的转换，其电路接线图如图7所示。图7 MAX232电平转换芯片电路接线图表6 DB9常用信号引脚说明DB9引脚信号名称符号功能1载波检测DCD 接收远程载波2接收数据RXD接受串行数据3发送数据TXD发送串行数据4数据准备就绪DTR准备就绪5信号的SGND 信号公共地6数据准备就绪DSR准备就绪7发送请求RTS请求将线路切换到发送发式8允

17、许发送CTS线路已接通，可以发送数据9振铃指示RI数据通信接通，终端设备被呼叫2.6 输入输出电路设计P1口是AT89C51单片机的唯一的单功能口，仅能用作数据输入/输出口。P1口的位结构如图8所示图8 P1口的位结构 由图8可知，P1口由一个输出锁存器，两个三态输入缓冲器和输出驱动电路组成。内部设有上拉电阻。P1口是通用的准双向I/O口。输出高电平时，能向外提供拉电流负载，不必再接上拉电阻。当口用于输入时，须向口锁存器写入“1”。输入低电平有效。因此其输入电路如图9，输出电路图10：图9 发送机输入电路图10 接收机输出电路3 双机通信软件设计 通过通信协议进行发送接收。发送机先送联络信号给

18、接收机，当接收机接收到联络信号后，向发送机回答一个应答信号，表示同意接收。发送机收到应答信号后开始发送数据，每发送一个数据块字节都要计算“校验和”，假定数据长度为16个字节，起始地址为40H，一个数据块发送完毕后立即发送“校验和”。接收机接收数据并存入数据缓冲区起始地址也为40H，每接收到一个数据字节便计算一次“校验和”，当接收到一个数据块后，在接受发送机发来的“校验和”，并将它与接收机计算的校验和进行比较。若二者相等，说明接受正确，接收机回答00H，发送机结束发送；若二者不等，说明接受不正确，接收机回答0FFH，请求重发，发送机重新发送数据一次。接收机接收到数据后通过发光二极管显示发送机的发

19、送状态。3.1 串行通信软件实现（1）串行口工作于方式1；用定时器1产生9600bit/s的波特率。（2）功能:将本机ROM中数码表TAB16中的16个数发送到从机,并保存在从机内部ROM中，从机收到这16个数据后送到一个数码管循环显示。（3）通信协议:发送机首先发送连络信号(E1H),接收机接收到之后返回一个连络信号(E2H)表示从机已准备好接收。通信过程使用第九位发送奇偶校验位。接收机接收到一个数据后，立即进行奇偶校验，若数据没有错误，则返回00H，否则返回FFH。发送机发送一个数据后，等待接收机返回数据；若为00H，则继续发送下一个数据，若为FFH，则重新发送数据。3.2 串行通信程序流

20、程（1） 发送机程序流程根据通信协议发送机需向接收机发送联络信号“E1”,当接收到应答信号后，发送机发送数据，发送数据完毕后将校验和发送至接收机，接收机进行校验如果正确等待下一次发送；如果错误重新发送数据。其流程图如下：开始设置波特率启动定时器T1设置串行口工作方式发送“E1”联络信号接收机允许发送？指针初始化校验和清0发送1个数据字节求校验和数据块发送完毕？发送校验和接收机接收正确？返回YNYNYN图10 发送流程图（2） 接收机程序流程根据通信协议，接收机等待发送机发出的联络信号“E1”并向发送机发送应答信号“E2”,当接收1个数据字节后求检验和，发送机在发送完一个数据块后将发送机计算的校

21、验和发送至接收机，接收机将两个校验和进行比较，如果正确等待下一次接收；如果错误则发送出错标志重新发送数据。其流程图如下：开始设置波特率启动定时器T1设置串行口工作方式等待发送机联络发送机请求发送？NY指针初始化校验和清0接收1个数据字节求校验和数据块发送完毕？比较校验和接收机接收正确？返回YNYN发送应答信号发送出错标志图11 接收机流程图3.3 程序清单基于AT89C51单片机双机通信时，串行输入输出可直接进行连接，实现双机通信。这样连接方式，传输距离短，抗干扰能力弱，但容易实现，其接线和程序较为简单,其程序如下：（1）发送机程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG O1OOHM

22、AIN: MOV SP,#6OH MOV SCON,#40H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0FDH MOV TL1,#0FDH SETB TR1 MOV P1,#0FFH MOV 30H,#0FFH K0: MOV A,P1 CJNE A,30H,KI SJMP K0 KI: MOV 30H,A MOV SBUF,A SJMP K0WAIT: JBC T1,K0 SJMP WAIT END（2） 接收机程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG O1OOHMAIN: MOV SP,#6OH MOV SCON,#50H MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0

23、FDH MOV TL1,#0FDH SETB TR1 MOV P1,#0FFH K0: JB RI,KK SJMP K0 KK: MOV A,SBUF MOV P1,A CLR RI SJMP K0 END 发送机与接收机也可以经过串口进行通信，这种通信方式较上一种方式提高通信距离，抗干扰能力强，传输稳定，但其接线复杂，程序比较繁琐。其程序如下：（1）发送程序清单ASTRT: CLR EA MOV TMOD,#20H ；定时器1置为方式2 MOV TH1,#0F4H ；装在定时器初值，波特率为2400 MOV TL1,#0F4H MOV PCON,#00H SETB TR1 MOV SCON,

24、#50H ;设定串行口方式1，且准备接受应答信号ALOOP1：MOV SBUF,#0E1H ;发送联络信号 JNB TI，$ ;等待一帧发送完毕 CLB TI ;允许在发送 JNB RI,$ ;等待接收机的应答信号 CLR RI ;允许在接收 MOV A,SBUF ;接收机应答后，读至A XRL A,#0E2 ;判断接收机是否准备完毕 JNZ ALOOP1 ;接收机未准备好，继续联络ALOOP2: MOV P1，#0FFH MOV 30H,#0FFH ;设定拨码开关初值 MOV R7，#10H ;设定数据块长度 MOV R6,#00H ;清校验和单元ALOOP3：MOV A,P1 ;读入拨码开

25、关 CJNE A,30H,ALOOP4 SJMP ALOOP3ALOOP4：MOV 30H,A ;存入拨码开关新值 MOV SBUF,A ;发送一个数据字节 MOV A,R6 ADD A,P1 ;求校验和 MOV R6，A ;保存校验和 INC R0 JNB T1，$ CLB T1 DJNZ R7，ALOOP3 ;整个数据块是否发送完毕 MOV SBUF,R6 ;发送校验和 JNB TI，$ CLR TI JNB RI,$ ;等待接收机应答信号 CLR RI MOV A,SBUF ;接收机应答，读至A JNZ ALOOP2 ;接收机应答错误，转至重新发送 SJMP ALOOP3 ;进入下一循环

26、传送 END （2） 接收程序清单BSTART: CLR EA MOV TMOA,#20H MOV TH1,#0F4H MOV TL1,#0F4H MOV PCON,#00H SETB TR1 MOV SCON,#5OH ;设定串行口工作方式1，且准备接收BLOOP1: JNB RI,$ ;等待1号机的联络信号 CLR RI MOV A,SBUF ;收到1号机的信号 XRL A,#0E2H ;判断是否为1号机联络信号 JNZ BLOOP1 ;不是1号机联络信号，再等待 MOV SBUF,#0E2H ;是1号机联络信号，发应答信号 JNB T1,$ CLR TIBLOOP2: MOV R0,#4

27、0H ;设定数据块地址指针初值 MOV R7,#10H ;设定数据块长度初值 MOV R6,#00H ;清校验和单元BLOOP3: JNB RI,$ CLR RI MOV A,SBUF MOV R0,A ;接收数据转储 INC RO ADD A,R6 ;求校验和 MOV R6,A DJNZ R7,BLOOP3 ;判断数据块是否接收完毕 JNB RI,$ ;完毕，接收1号机发来的校验和 CLR RI MOV A,SBUF XRL A,R6 ;比较校验和 JZ END1 MOV SBUF,#0FFH ;校验和相等，跳至发正确标志 JNB TI,# ;校验和不相等，发错误标志 CLR TI ;转重新

28、接收 SJMP BLOOP2END1: MOV SBUF,#00H RET4 软件仿真 Proteus 7 Professional 是一种低投资的电子设计自动化软件，它可以仿真单片机和周边设备，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU。与KEIL和MPLAB不同的是，它还可以仿真周边的设备。例如，示波器、RAM、ROM、LED等。本次设计，通过两片两片AT89C52单片机由8位按键开关分别控制8个指示灯。具体接线如下；发送电路18、19号引脚连接晶振电路，9号引脚连接复位电路。1-8号引脚连接8位按键开关。10、11号引脚连接接收电路单片机的11、10号引脚。接收电路，18、19号引脚

29、连接晶振电路，9号引脚连接复位电路。1-8号引脚连接8个指示灯。图12 双机通信仿真图5 硬件连接左面电路板为发送电路，电路板右侧如图，为电源端，连接5V直流电源，左侧为接地端，8个独立按键分别连接AT89C52的1-8号引脚，9号引脚连接复位电路，复位电路中需要的8.2k电阻由两个10k电阻并联，再串联3.2k电阻组成，电解电容用于复位上电。18、19号引脚连接晶振电路，两个磁片电容用于快速起振。晶振需要11.0592MHZ,本设计选择相近的12MHZ。右面电路板为接收电路，电路板右侧如图，为电源端，连接5V直流电源，左侧为接地端，8个指示灯分别连接接受收AT89C52的1-8号引脚，9号引

30、脚连接复位电路，复位电路中需要的8.2k电阻由两个10k电阻并联，再串联3.2k电阻组成，电解电容用于复位上电。18、19号引脚连接晶振电路，两个磁片电容用于快速起振。晶振需要11.0592MHZ,本设计选择相近的12MHZ。表7 硬件元件清单编号名称型号数量1单片机AT89C5222按键开关103电阻10k84电阻3.2k45磁片电容30uf46电解电容10uf27电路板28晶振12MHZ29RS232210串口211指示灯812排阻113导线若干图13 双机通信实物图6 设计总结 经过繁忙而又紧张的课程设计，终于顺利的完成了设计任务。虽然在这段时间里每天都那么繁忙，但是在这忙碌的过程中却得

31、到了许多的收获。经过课程设计，在查阅资料的过程中，学习了基于单片机的汇编语言程序设计，了解了单片机串行通信的基本知识，对于以后的学习和工作都有很大的益处。在学习的过程中，也遇到了一些困难，比如开始的时候，由于发送端和接收端的通信协议没有做好，导致数据不能正确的传输，在解决问题的过程中，对于通信协议的实现有了深刻的认识。通过这次课程设计，锻炼了自己独立思考的能力。参考文献1.李全利.单片机原理及应用.北京：清华大学出版.20062.陈光东.单片机原理与接口技术.北京：航空航天大学出版社，20003.齐向东.单片机控制技术实践.北京：中国电力出版社，20094.李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：航空航天大学出版社,20005.潘新民.微型计算机控制技术.北京.:人民邮电出版社，1999