2022年2022年基于ATC单片机的双机串行通信设计课程设计 .pdf
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1、课程设计基于 AT89C51 单片机的双机串行通信设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技 学院 课 程 设 计第I 页毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者
2、签名:日期:毕业论文(设计)授权使用说明本论文(设计)作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。作者签名:指导教师签名:日期:日期:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄
3、河 科技 学 院 课 程 设 计第II 页注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要( 300 字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1 万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,
4、不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4 单面打印,论文50 页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订3)其它名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 24 页 - - -
5、 - - - - - - 黄 河 科 技 学 院 课程 设 计第III 页前言单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域随着计算机技术的发展及工业自动化水平的提高, 在许多场合采用单机控制已不能满足现场要求,因而必须采用多机控制的形式,而多机控制主要通过多个单片机之间的串行通信实现。串行通信作为单片机之间常用的通信方法之一, 由于其通信编程灵活、硬件简洁并遵循统一的标准, 因此其在工业控制领域得到了广泛的应用。在测控系统和工程应用中,常遇到多项任务需同时执行的情况,因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。单片机功能强、体积小、价格低
6、廉、开发应用方便,尤其具有全双工串行通讯的特点,在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。同时,IBM PC 机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。各单片机独立完成数据采集处理和控制任务,同时通过通信接口将数据传给PC 机,PC 机将这些数据进行处理、显示或打印,把各种控制命令传给单片机,以实现集中管理和最优控制。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,实现爽片单片机床航通信,通信的结果使用数码管进行显示,数码管采用查表方式显示,两个单片机之间采用RS-232进行双击通信。在通信过程中,使用通信协议进行通信。在测控系统和工程应用
7、中,常遇到多项任务需同时执行的情况,因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。单片机功能强、体积小、价格低廉、开发应用方便,尤其具有全双工串行通讯的特点,在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。同时,IBM PC机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。各单片机独立完成数据采集处理和控制任务, 同时通过通信接口将数据传给PC 机,PC机将这些数据进行处理、 显示或打印,把各种控制命令传给单片机,以实现集中管理和最优控制。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,实现爽片单片机床航通信,通信的结果使用数码管进行显示,数码管采
8、用查表方式显示,两个单片机之间采用RS-232 进行双击通信。在通信过程中,使用通信协议进行通信。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技 学 院 课程 设 计第IV 页目录1设计目的 . .12设计要求 . .13基本原理 . . .13.1串行通信 . .1 3.2 AT89C51 的工作特性 .13.3 波特率选择 . .4 3.4 通信协议的使用 .5 3.5 双机通信 . .64设计方案 . .
9、65硬件设计 . .65.1 51单片机串行接口的结构 .65.2 整体电路设计 .86 软件设计 . . . .9 7联合调试 . . . 118总结. . . . 12 参考文献 . . .13附录. . . .14名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技学 院 课 程 设 计第1 页1 设计目的 1.通过设计相关模块充分熟悉51单片机的最小系统的组成和原理; 2.通过软件仿真熟悉keil和 prot
10、eus 的配合使用; 3.通过软件编程熟悉51的 C51编程规范;2 设计要求两片单片机之间进行串行通信,A 机将数据发送给B 机,在 B 机的数码管上静态显示。3 基本原理3.1 串行通信计算机与外界的信息交换称为通信。在通信领域内,有两种数据通信方式:并行通信和串行通信。随着计算机网络化和微机分级分布式应用系统的发展,通信的功能越来越重要。通信是指计算机与外界的信息传输,既包括计算机与计算机之间的传输,也包括计算机与外部设备,如终端、打印机和磁盘等设备之间的传输。串行通信是指使用一条数据线,将数据一位一位地依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息
11、,特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。3.2 AT89C51单片机的主要工作特性内含 4KB的 FLASH 存储器,擦写次数1000 次;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技学 院 课 程 设 计第2 页内含 28 字节的 RAM ;具有 32 根可编程 I/O 线;具有 2 个 16位可编程定时器;具有 6 个中断源、 5 个中断矢量、 2 级优先权的中断结构;具有 1 个全双工
12、的可编程串行通信接口;具有一个数据指针DPTR; 两种低功耗工作模式,即空闲模式和掉电模式;具有可编程的 3 级程序锁定定位;AT89C51的工作电源电压为 5(10.2 )V且典型值为 5V,最高工作频率为 24MHz. AT89C51各部分的组成及功能:3.2.1 中央处理器(1) 运算器运算器主要用来实现算术、 逻辑运算和位操作。 其中包括算术和逻辑运算单元ALU 、累加器 ACC 、B寄存器、程序状态字PSW 和两个暂存器等。ALU 是运算电路的核心,实质上是一个全加器,完成基本的算术和逻辑运算。算术振荡器和时钟电路数据存储器128 字节程序存储器14KB CPU 两个 16 位定时器
13、计数器中断控制总线扩展控制器并行可编程I/O 口可编程串行口内部总线外部中断扩展控制P0 P1 P2 P3 RXD TXD 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技学 院 课 程 设 计第3 页运算包括加、减、乘、除、增量、减量、BCD码运算;逻辑运算包括“与”、“或”、“异或”、左移位、右移位和半字节交换,以及位操作中的位置位、位复位等。暂存器 1 和暂存器 2 是 ALU的两个输入,用于暂存参与运算的
14、数据。ALU的输出也是两个:一个是累加器,数据经运算后,其结果又通过内部总线返回到累加器;另一个是程序状态字 PSW ,用于存储运算和操作结果的状态。累加器是 CPU使用最频繁的一个寄存器。ACC既是 ALU处理数据的来源,又是ALU运算结果的存放单元。 单片机与片外 RAM 或 I/O 扩展口进行数据交换必须通过ACC来进行。B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一, 另一个输入来自 ACC 。 运算结果存于 AB寄存器中。(2) 控制器控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件,主要包括程序计数器PC 、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等
15、,其功能是控制指令的读入、译码和执行,并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。AT89C51单片机中, PC是一个 16 位的计数器,可对 64KB程序存储器进行寻址。复位时PC的内容是 0000H. (3) 存储器单片机内部的存储器分为程序存储器和数据存储器。AT89C51单片机的程序存储器采用 4KB的快速擦写存储器Flash Memory, 编程和擦除完全是电器实现。(4)外围接口电路 AT89C51单片机的外围接口电路主要包括: 4 个可编程并行 I/O 口,1 个可编程串行口,2 个 16 位的可编程定时器以及中断系统等。3.2.2 存储器组织和特殊功能寄存器AT89C51的存储器将程序
16、存储器和数据存储器分开,并有各自的存储空间和访问指令。它有 4 个存储空间:片内存储器、片外存储器、片内数据存储器及片外存储器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技学 院 课 程 设 计第4 页3.2.3 时钟电路和工作时序(1) 振荡器电路原理振荡器(2) 振荡电路的接法3.3 波特率选择波特率(Boud Rate) 就是在串口通信中每秒能够发送的位数 (bits/second) 。 MCS-51串
17、行端口在四种工作模式下有不同的波特率计算方法。其中,模式0 和模式 2 波特率计算很简单,请同学们参看教科书;模式1 和模式 3 的波特率选择相同,故在此仅以工作模式 1 为例来说明串口通信波特率的选择。在串行端口工作于模式1,其波特率将由计时 / 计数器 1 来产生,通常设置定时器工作于模式 2(自动再加模式)。在此模式下波特率计算公式为:& Rf Q 2 Q 3 6 PD XTAL1 XTAL2 XTAL1 CND C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND NC 外 部 振荡 器 信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
18、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 24 页 - - - - - - - - - 黄 河 科 技学 院 课 程 设 计第5 页波特率=(1+SMOD)*晶振频率 / (384*(256-TH1)其中, SMOD寄存器 PCON 的第 7 位,称为波特率倍增位;TH1 定时器的重载值。在选择波特率的时候需要考虑两点:首先,系统需要的通信速率。这要根据系统的运作特点,确定通信的频率范围。然后考虑通信时钟误差。使用同一晶振频率在选择不同的通信速率时通信时钟误差会有很大差别。为了通信的稳定,我们应该尽量选择时钟误差最小的频率进行通信。下面举例说明波特率选择过程:假设系统
19、要求的通信频率在20000bit/s以下,晶振频率为 12MHz ,设置 SMOD=1(即波特率倍增)。则TH1=256-62500/波特率。根据波特率取值表, 我们知道可以选取的波特率有: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200。列计数器重载值,通信误差如下表:因此,在通信中,最好选用波特率为1200,2400,4800 中的一个。3.4 通信协议的使用通信协议是通信设备在通信前的约定。单片机、计算机有了协议这种约定,通信双方才能明白对方的意图, 以进行下一步动作。 假定我们需要在 PC机与单片机之间进行通信,在双方程式设计过程中,有如下约定: 0 xA1:单片机读取 P
20、0端口数据,并将读取数据返回PC机; 0 xA2:单片机从 PC机接收一段控制数据; 0 xA3:单片机操作成功信息。在系统工作过程中, 单片机接收到 PC机数据信息后, 便查找协议,完成相应的操作。当单片机接收到0 xA1时,读取 P0 端口数据,并将读取数据返回PC机;当单片机接收到 0 xA2时,单片机等待从 PC机接收一段控制数据;当PC接收到 0 xA3时,就表明单片名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 24 页 - - - - - - - - -
21、黄 河 科 技学 院 课 程 设 计第6 页机操作已经成功。3.5 双机通信两台机器的通信方式可分为单工通信、半双工通信、双工通信,他们的通信原理及通信方式为:单工通信:是指消息只能单方向传输的工作方式。单工通信信道是单向信道,发送端和接收端的身份是固定的,发送端只能发送信息,不能接收信息;接收端只能接收信息,不能发送信息,数据信号仅从一端传送到另一端,即信息流是单方向的。通信双方采用“按讲”( Push To Talk,PTT )单工通信属于点到点的通信。根据收发频率的异同,单工通信可分为同频通信和异频通信。半双工通信:这种通信方式可以实现双向的通信,但不能在两个方向上同时进行,必须轮流交替
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