雙機通信課程設計報告

1、<p>　　測控儀器課程設計報告書</p><p><b>　　題目：雙機通信</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言2</b></p><p>　　第一章 系統(tǒng)整體設計3</p><p>

2、　　1.1系統(tǒng)設計思路3</p><p>　　1.2系統(tǒng)設計原理3</p><p>　　1.2.1串行通信3</p><p>　　1.2.2基本設計原理概述5</p><p>　　1.3系統(tǒng)設計結構圖5</p><p>　　第二章 設計要求及任務6</p><p>　　第三章 硬件電

3、路設計及實現(xiàn)6</p><p>　　3.1硬件電路設計方案6</p><p>　　3.2硬件電路的實現(xiàn)6</p><p>　　3.2.1以89C51為核心的單片機最小系統(tǒng)6</p><p>　　3.2.2數(shù)碼管顯示模塊7</p><p>　　3.2.3主機校驗指示模塊7</p><p&g

4、t;　　3.3設計實物圖7</p><p>　　第四章 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)8</p><p>　　4.1 Proteus仿真圖8</p><p>　　4.2 軟件實現(xiàn)方案分析9</p><p><b>　　4.3 主程序9</b></p><p><b>　　第五章 總結13<

5、;/b></p><p>　　5.1 電路改進13</p><p>　　5.2 心得體會13</p><p><b>　　第六章 附錄16</b></p><p>　　6.1 波特率的計算公式表16</p><p>　　6.2 兩位一體十腳數(shù)碼管16</p><

6、;p><b>　　引言</b></p><p>　　【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串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MCS51系列單片

7、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。MCS51單片機中有異步通信串行接口，能方便的構成雙機，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。</p><p

8、>　　【關鍵字】 雙機通信 從機應答 單片機</p><p>　　第一章 系統(tǒng)整體設計</p><p><b>　　1.1系統(tǒng)設計思路</b></p><p>　　該系統(tǒng)采用主從共兩片MCS51單片機來實現(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)由串行口TXD端輸出，直接由下位機的串

9、行口數(shù)據(jù)接收端RXD接收。需要注意的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。</p><p><b>　　1.2系統(tǒng)設計原理</b></p><p><b>　　1.2.1串行通信</b></p><p>　　串行數(shù)據(jù)通信要

10、解決兩個關鍵問題，一個是數(shù)據(jù)傳送，另一個是數(shù)據(jù)轉換。所謂數(shù)據(jù)傳送就是指數(shù)據(jù)以什么形式進行傳送。所謂數(shù)據(jù)轉換就是指單片機在接收數(shù)據(jù)時，如何把接收到的串行數(shù)據(jù)轉化為并行數(shù)據(jù)，單片機在發(fā)送數(shù)據(jù)時，如何把并行數(shù)據(jù)轉換為串行數(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，接收端通過傳輸線一幀一幀地接收。而對于

11、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。</p><p>　　51單片機有一個全雙工的異步串行通信口（UART），串行結構如下：</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)緩沖器（SBUF）</p><p>　　接受或發(fā)送的

12、數(shù)據(jù)都要先送到SBUF緩存。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。</p><p>　?。?）串行控制寄存器（PCON）</p><p>　　SCON用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：</p><p>　　SM0,SM1:串行接口工作方式選擇位

13、，這兩位組合成00，01，10，11對應于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特點見下表1.2.1.</p><p>　　表1.2.1 串行口工作方式表</p><p>　　SM2：多機通信控制位。</p><p>　　REN：接收允許控制位。軟件置1允許接收；軟件置0禁止接收。</p><p>　　TB8：方式2或3時，TB8為要發(fā)送的

14、第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清0。</p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　RI：接收中斷標志。接收

15、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。</p><p>　　（3）輸入移位寄存器</p><p>　　接收的數(shù)據(jù)先串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。</p><p><b>　　（4）波特率發(fā)生器</b></p><p>　　波特率發(fā)生器用來控制串行通信的

16、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。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)。</p><p>　?。?）電源控制寄存器PCON</p><p>　　其最高位為SMOD。</p><p><b>　?。?）波特率計算</b></p><p>

17、　　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）/（產生溢出所需機器周期）。由于是定時方式，T1計數(shù)率= fORC/12。產生溢出所需機器周期數(shù)=模M-計數(shù)初值X。</p><p>　　1.2.2基本設計原理概述</p><p>　　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)。主單片機通過開關電路來啟動發(fā)送程序，當開關按下時向從機發(fā)送一個數(shù)據(jù)，從機通過接收中斷

18、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)送直到結束。</p><p>　　1.3系統(tǒng)設計結構圖</p><p>　　圖1.3.1 雙機通信系統(tǒng)結構圖</p>

19、<p>　　第二章 設計要求及任務</p><p>　　按鍵觸發(fā)主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)。</p><p>　　從機以中斷方式實時接收數(shù)據(jù)。</p><p>　　從機將接受到的數(shù)據(jù)顯示并回送應答信息給主機。</p><p>　　主機查詢回送信息并校驗以判斷是否繼續(xù)發(fā)送。</p><p>　　制作硬件電路，并調試

20、，最后實現(xiàn)雙機通信系統(tǒng)功能。</p><p>　　第三章 硬件電路設計及實現(xiàn)</p><p>　　3.1硬件電路設計方案</p><p>　　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使電路設計導線無交叉，應使電路設計盡量

21、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。</p><p>　　3.2硬件電路的實現(xiàn)</p><p>　　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)構成。</p>

22、;<p>　　3.2.1以89C51為核心的單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　89C51單片機的最小系統(tǒng)采用內部時鐘方式:以XTAL1和XTAL2引腳外接晶振，構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號，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的穩(wěn)定頻率。而在單片機的RST腳接上按鍵開關以及適當?shù)碾娮琛㈦娙荼銟嫵砂存I與斷電兩用的復位電路。具體電路如圖

23、3.2.1-1所示：</p><p>　　圖3.2.1-1單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2.2數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　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。</p>

24、;<p>　　3.2.3主機校驗指示模塊</p><p>　　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)，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串行編程中使用的提高數(shù)據(jù)傳輸準確性的有效方法。</p><p><b>　　3.3設計實物圖</b></p><p>　　最終實

25、物如下圖3.3-1所示。</p><p>　　圖3.3-1 雙機通信系統(tǒng)設計實物圖</p><p>　　第四章 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)</p><p>　　4.1 Proteus仿真圖</p><p>　　圖4.1.1 雙機通信系統(tǒng)的proteus仿真圖</p><p>　　4.2 軟件實現(xiàn)方案分析</p><

26、;p>　　串行通信分為查詢方式和中斷方式。</p><p>　　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。</p><p>　　在主機編程中，我們增加了置

27、位取數(shù)標志的編程思路，即通過查詢取數(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，提高了程序實現(xiàn)的效率。</p><p>　　串行通信程序設計包括：1）初始化程序：對特殊功能寄存器SCON和PEON的設置，來選擇串行口的工作方式，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)的條件是串行口已準備好，此時標志位TI狀態(tài)

28、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單片機串行口接收數(shù)據(jù)的條件是SCON中的RI置“1”，表明串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。</p><p><b>　　4.3 主程序</b></p><p><b>　　//從機</b><

29、;/p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uchar read_flag=0,x=0;</p><p>　　sbit P20=P

30、2^0;</p><p>　　sbit P21=P2^1;</p><p>　　uchar code CODE[]=</p><p><b>　　{</b></p><p>　　0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90</p><p>&l

31、t;b>　　};</b></p><p>　　/**************************************************************************</p><p><b>　　函數(shù)功能：延時ms</b></p><p>　　***************************

32、***********************************************/</p><p>　　void mDelay(uint DelayTime)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(;D

33、elayTime>0;DelayTime--)</p><p>　　for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************************************************************</p&g

34、t;<p>　　函數(shù)功能：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p>　　**************************************************************************/</p><p>　　void SendData(uchar Data)</p><p><b>　　{</b><

35、;/p><p>　　SBUF = Data;</p><p>　　while(TI == 0);</p><p><b>　　TI = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************

36、****************************************</p><p>　　函數(shù)功能：顯示接收到的數(shù)據(jù)</p><p>　　**************************************************************************/</p><p>　　void Display(uchar x)&l

37、t;/p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P21=0;</b></p><p><b>　　P20=1;</b></p><p>　　P0 = CODE[x];</p><p>　　mDelay(20);</p>

38、<p><b>　　} </b></p><p>　　/**************************************************************************</p><p><b>　　主函數(shù)</b></p><p>　　*********************

39、*****************************************************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0 =0X00;</p><p>　　P2 =0XFF;</p><p>

40、　　SCON = 0x50;//SMO SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R，方式1，允許串行接收</p><p>　　TMOD = 0x20;//方式2，自動重裝</p><p>　　PCON = 0x00;</p><p>　　TH1 = 0xfd;//0xfd=253 波特率=32*12M/12/(256-253)</p>

41、<p>　　TL1 = 0xfd;</p><p><b>　　TI = 0;</b></p><p><b>　　RI = 0;</b></p><p><b>　　TR1 = 1;</b></p><p>　　IE = 0x90;</p&g

42、t;<p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(read_flag)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　read_flag=0;</p><p>

43、　　mDelay(200);</p><p>　　SendData(x);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/******************

44、********************************************************</p><p>　　函數(shù)功能：中斷接收，置位取數(shù)標志</p><p>　　**************************************************************************/</p><p>　　void

45、 S_INT() interrupt 4</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(RI)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　RI = 0;</b></p><p

46、>　　read_flag=1; //置位取數(shù)標志</p><p><b>　　x=SBUF;</b></p><p>　　if(x>=0&&x<=99)</p><p>　　Display(x); </p><p><b>　　else </

47、b></p><p>　　P0 = 0x00; //共陰</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//主機</b></p><p>　　#include <reg52

48、.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit Key = P1^7;</p><p>　　sbit Led = P1^6;</p><p>　　uchar code CODE

49、[]=</p><p><b>　　{</b></p><p>　　0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code table[]={0,1,2,3,4,5,6,7

50、,8,9 };</p><p>　　/**************************************************************************</p><p><b>　　函數(shù)功能：延時ms</b></p><p>　　*****************************************

51、*********************************/</p><p>　　void mDelay(uint DelayTime)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(;DelayTime>0;

52、DelayTime--)</p><p>　　for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************************************************************</p><p>　

53、　函數(shù)功能：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)</p><p>　　**************************************************************************/</p><p>　　void SendData(uchar Data)</p><p><b>　　{</b></p><p

54、>　　SBUF = Data;</p><p>　　while(TI == 0);TI = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************************************************************</p><

55、p><b>　　函數(shù)</b></p><p>　　**************************************************************************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p>&l

56、t;p>　　uchar Data = 0,i=0;</p><p><b>　　Led = 0;</b></p><p>　　P0 = 0x00;</p><p>　　SCON = 0x50;//REN=1,允許串行接收</p><p>　　TMOD = 0x20;</p><p>　

57、　PCON = 0x00;</p><p>　　TH1 = 0xfd;</p><p>　　TL1 = 0xfd;</p><p>　　IE = 0x90;</p><p><b>　　TI = 0;</b></p><p><b>　　RI = 0;</b>

58、</p><p><b>　　TR1 = 1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(Key==0) </p><p>　　mDelay(500);</p

59、><p>　　while(Key==1);</p><p><b>　　if(i<=16)</b></p><p>　　{ Data=table[i];</p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　SendData(Data);</p>

60、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**************************************************************************<

61、/p><p>　　函數(shù)功能：中斷接收數(shù)據(jù)，指示燈閃爍</p><p>　　**************************************************************************/</p><p>　　void S_INT() interrupt 4</p><p><b>　　{</b

62、></p><p><b>　　if(RI)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　RI = 0;</b></p><p><b>　　Led=1;</b></p><p>　　mDel

63、ay(150);</p><p><b>　　Led=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第五章 總結</b></p><p><b>

64、　　5.1 電路改進</b></p><p>　　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)碼管驅動電路。假如不驅動的話,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,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。</p><p>　　在實際情況允許時，增加必要的電平轉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

65、。</p><p><b>　　5.2 心得體會</b></p><p>　　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。</p><p>　　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的意義是——從這樣一個最基本,簡單的實驗中，從這

66、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。</p><p>　　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

67、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

68、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。</p><p>　　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試硬件以及更加深入的總結題目的意義。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！<

69、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 《單片機原理及接口技術》 高等教育出版社 李全利 遲榮強 2006年</p><p>　　[2] 《電子技術基礎 模擬部分》 高等教育出版社 康華光 2004年</p><p><b>　　第六章 附錄 </b