甲乙两机串口通信双向控制系统硬件系统设计

1、 目录1. 题目设计要求：12. 系统的组成及工作原理22.1 系统组成22.2 工作原理22.3 双机通讯的方案33. 器件的功能及作用43.1 硬件设计43.1.1 AT89C51说明43.1.2 RS23说明53.2 电气特性53.3 DB-9连接器64. 系统硬件设计84.1 线路原理图84.2 元器件清单95. 设计体会和收获106. 参考文献111. 题目设计要求：甲乙两机串口双向通信设计要求：利用51单片机，RS232芯片，LED灯，数码管进行双机通信设计。甲机可按键控制乙机的LED显示；乙机可按键控制甲机的数码管显示。完成以下设计环节： 1）使用Altium Desinger开

2、发工具，设计电路原理图。 2）使用Uvision2开发平台，采用C语言或汇编语言设计软件程序。 3）使用PROTEUS仿真软件，设计仿真原理图并运行软件程序，完成系统仿真。 2. 系统的组成及工作原理2.1 系统组成 本次设计是用两个单片机（称为甲机和乙机）之间采用方式1双向串行通信。 甲机的按键可通过串口控制甲机、乙机的2个LED灯，按一次甲机、乙机的LED1点亮，LED2灭，按两次甲机、乙机LED1灭，LED2点亮，按三次甲机、乙机的LED1和LED2全亮。 乙机的按键课控制串口向甲机发送按下的次数，按下的次数通过串口显示在甲机P0口的数码管上，由此设计出总体框图。LED显示按键数码管显示

3、LED显示按键STC89C51R1STC89C51R1图2.1 总体框图 2.2 工作原理双机通信系统通过甲乙单片机的串行口来实现数据的收发。甲单片机通过开关电路来启动发送程序，甲机当开关按下时向乙机发送一个数据，乙机上蜂咛器发出声音提示有数据发送过来，乙机通过接收中断来接收和开关判断是否接收甲机发送过来的数据，并通过编写好的数据代码在8个发光二极管上显示主机发送过来的数据。乙单片机通过开关电路来启动发送程序，乙机给甲机发送一数据，甲机上蜂咛器发出声音提示有数据发送过来，甲机通过接收中断来接收和开关判断是否接收乙机发送过来的数据，并通过编写好的数据代码在8个发光二极管上显示乙机发送过来的数据。

4、 2.3 双机通讯的方案 设计方案： 该系统采用主从共两片AT89C51单片机来实现上位机对下位机的控制，由于是近距离的双机通信，我们采用单片机直接交叉连接的方式，上位机发送的数据由串行口TXD端输出，直接由下位机的串行口数据接收端RXD接收。需要注意的是一定要保证主从机相同的数据传输速率，即要求设置相同的波特率。电路分为数码管显示模块，指示模块、以及单片机工作的基本复位、晶振模块。 甲机由3个数码管，4个独立键盘开关，1个蜂咛器组成。 乙机由8个发光二极管，一个蜂咛器，1个数字温度传感器DS18B20组成。 单片机上最基本的两个电路： 复位电路（图2.2）和晶振电路（图2.3）图2.2 复位

5、电路图图2.3 晶振电路图3. 器件的功能及作用3.1 硬件设计3.1.1 AT89C51说明 At89c51单片机内部有1个功能很强大的全双工串行口，可以同时发送和接收数据。串行口的内部有数据接收缓冲器和数据发送缓冲器，数据接收缓冲器只能读出不能写入，数据发送缓冲器只能写入不能读出，这两个数据缓冲器都是用SBUF来表示，地址都是99H，CPU对特殊功能寄存器SBUF执行写操作就将数据写入发送缓冲器，对SBUF执行度操作就是读出接收缓冲器中的内容。特殊功能寄存器SCON参访串行口的控制状态信号，串行口用T1或者T2作为波特率发生器（发送和接收时钟），特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD为串行

6、口波特率的倍率控制位。SCON：串行口控制寄存器寄存器地址98H，位寻址9FH98H。表3.1 寄存器表位地址9F9E9D9C9B9A9998位符号SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1：串行口工作方式选择位SM2：多机通信控制位REN：允许/禁止串行口接收的控制位TB8：在方式2和方式3中，是被发送的第9位数据，可根据需要由软件置1或清零，也可以作为奇偶校验位，在方式1中是停止位。RB8：在方式2和方式3中，是被接收的第9位数据（来自第TB8位）；在方式中，RB8收到的是停止位，在方式0中不用。TI串行口发送中断请求标志位: 当发送完一帧串行数据后，由硬件置1；在转 向中

7、断服务程序后，用软件清0。RI串行口接收中断请求标志位: 当接收完一帧串行数据后，由硬件置1；在转 向中断服务程序后，用软件清0。SM0、SM1：串行口工作方式选择位，其组合含义如下所示：表3.2 串行口表SM0SM1方式功能说明000移位寄存器方式（用于I/O口扩展）0118位UART，波特率可变（T1溢出率/n)1029位UART，波特率为(f/64或f/32)1139位UART，波特率为（T1溢出率/n) PCON的D7位作为串行波特率系数SMOD控制位，PCON不可位寻址，其地址为87H，当SMOD=1时，波特率加倍。SMOD在PCON中的位置如下所示：PCON D7 D6 D5 D4

8、 D3 D2 D1 D0SMOD3.1.2 RS23说明RS232近程通讯总线适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信，由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。如图3.1所示：图3.1 DB9图3.2 电气特性EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V逻辑0(SPACE)=+315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V-15V

9、 RS232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。 最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺。3.3 DB-9连接器使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接

10、DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。 用RS-232总线连接系统有近程通讯方式和远程通讯方式两种，近程通讯是指传输距离小于15米的通讯，可以用RS-232 电缆直接连接。15米以上的长距离通讯，需要采用调制调解器。 当计算机与终端之间利用RS-232作近程连接时，有几根线实现交换连接。本次实验不需要检测数据等信号状态的 RS-232是异步通讯中最广泛的标准总线，适用于数据中端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的接口。在微

11、机通讯中，通常使用 的RS-232接口信号是九根引脚。如表3.3：各引脚功能如下：引脚号符号方向功能1DCD输入载波检测2RXD输入接收数据3TXD输出发送数据4DTR输出数据终端就绪5GND信号地6DSR输入数据装置就绪7RTS输出请求发送8CTS输入清除发送9RI输入振铃指示表3.3 DB9管脚说明表 用RS-232总线连接系统有近程通讯方式和远程通讯方式两种，近程通讯是指传输距离小于15米的通讯，可以用RS-232 电缆直接连接。15米以上的长距离通讯，需要采用调制调解器。 计算机和终端用RS-232连接的交叉图4如下，图中“发送数据”与“接收数据”是交叉相连的，是得两台设备都能正常的发

12、送和接收。 图3.2 通讯连接数据发送与接收线： 发送数据(TxD)通过TxD终端将串行数据发送到MODEM。 接收数据(RxD)通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据。4. 系统硬件设计4.1 线路原理图第一步将两组按键和LED灯分别连接到单片机U1、U2的P1口，第二步将单片机U1的P0口分别连接到数码显示管上进行显示，第三步将单片机U1的P0口连接到排阻上，第四步分别将单片机U1、U2的P3口连接到各自的线驱动器/接收器上，第五步将两个线驱动器/接收器分别连接到各自的DB-9接口上，最后再将单片机U1、U2通过DB-9连接器进行连接，来实现双机通讯。图4.1 线路原理图4.2 元

13、器件清单1、两个C51单片机U1、U22、排阻3、数码显示管4、4个LED5、电容和极化电容6、220欧电阻7、两个线驱动器/接收器8、两个DB-9接口9、+5V电源10、两个按键5. 设计体会和收获最初选择双机串行通信这个实验时，由于从未接触过这类设计，感到新鲜的同时不乏挑战性。现在终于将它完成了，感到受益颇多。第一，这是一份考验我们自觉性、动手能力与协作意识的任务。第二，未知并不可怕，可怕的是因未知而止步。我们在课堂上所学的知识是非常有限的，这次的课程设计就是个很好的体现。很多函数的运用我们还没掌握，一些简单的循环语句都可能出错。实践后才能真的知道我们真正掌握了多少。第三，团结就是力量一点都不假。在团组合作时我们更便于互相取长补短，相互讨论，效果很好。通过本次课设实验我们对自身进行了查缺补漏，是自己对单片机这门课程有了更深的了解