双机通信系统单片机课程设计(优选.)

1、设计概况 21 总体设计 31.1 设计要求 31.2 设计方案 32 双机通信硬件设计 42.1 AT89C51 简介 42.2 AT89C51 串行口的工作方式 52.3 晶振电路设计 82.4 复位电路设计 82.5 接口电路的设计 92.6 输入输出电路设计 113 双机通信软件设计 133.1 串行通信软件实现 133.2 串行通信程序流程 133.3 程序清单 164 软件仿真 205 硬件连接 216 设计总结 23参考文献 24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

2、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 亮火。1.2 设计方案本次设计，对于两片 A

3、T89C51,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各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路拨码开关电路接收机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

4、要计算“校验和”， 假定数据长度为16个字节，起始地址为40H, 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字节存储器的单片机，它具有12

5、8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， 一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件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，串行通信口及中断系统继续工作。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。P1.01FL 1J'S?P1.2336PL3-437P1.45A36PLB635PL 67T54PL7833RST/Vn9ft32

6、P久“临1U31P3,1/IXD1130P3. 2/INTQ12y29P3. 3/INT113c28F3. 4/T01427P3.5/T1155P3.6/V!R1625P3打丽1724XT 肚 218123KTAL119222021P0.0P0. 1P0. 2P0. 3P0.4FD. 5P0. 6P0. 7丽ALE/PROGPSOP2.7P2.5F乙4F2_3F2.2:F2.1P2.0图2 AT89C51单片机引脚封装AT89C5仲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?

7、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/PROG（30号引脚）：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引?EA/VPP（31号引脚）：内外存储器选择引脚/片内EPROMS程电压输入引脚? PSEN （29号引脚）：外部程序存储器选通信号输出引脚（3）I/O引脚 P0.0 P0.7 （3932号引脚）：一般I/O 口引脚/低位地址总线引脚 P1.0 P1.7（1 8号引脚）：一般 I/O 口引脚 P2.0 P2.7（21 28号引脚）：一般I/O 口引脚/高位地址总线引脚 P3.0 P3.7（10

8、17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）：INT0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）：WR片外数据存储器“写”选通控制输出P3.7 （17号引脚）：RD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， 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

9、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（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SBUFAT89C51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 行发送寄存器的访冋，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 99耳串行口数据传送使用的是内部数据传送指令“ MOgSBUF或“ MOSBUF,A .当执行写操作时，访问串行发送寄存器；当 执行读操作时，访问串行接收寄存器。(2) 串行口控制寄存器 SCONAT89

10、C51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勺编程确定的。SCON1 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)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1串行口工作方式选择位，工作方式选择如表2所示。其中fosc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SM2=侧 只有收到第9位数据为1时，RI被激活(Rl=1,申

11、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=QRB8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， CPU可以发送下一帧数据。在任何方式下， TI必须由软件清

12、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f osc/1210211位UARTfosc/16 或 fosc/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)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI0100

13、0000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”,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SMO中的 REN为1（SMO为特殊功能寄存器PCON勺最高位）， 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=1时，接收数

14、据有效，此时可利 用读接收寄存器指令“ MOV A,SBU”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=（2sm°d /32） （T1溢出率）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勺TR=1,以启动定时器）。这时溢出率取决 于TH1中的计数值。TH1 溢出率fOsc/ 12 256 TH 1在单片机的应用中，常用的晶振频率

15、 f°sc为：12MHz和11.0592MHz在本设计中晶振频率采用fosc=11,。0592MHz即波特率为SMOD波特率=右12256 (TH1)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12MHzP3. 7/RDXTAL2XTA

16、L1GND2.4复位电路设计AT89C5仲片机的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。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勺有效位为0,其余的特殊功能寄存器的状态均为 0

17、0Ho2.5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 RS- 232C接口连接器

18、 有9针串口( DB-9)和25针串口( DB-25)。最常用的的是 DB-9,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。DB-9DB-9GKD屏蔽线O *社1TXDE：也蛙RID红色竦4O?右TRXDil色找丁知篮邑登T2 °LLj01<<9Elu图6 DB 9三线制接法RS 232C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 MAX23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

19、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 DB 9常用信号引脚说明DB-9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P1 XVu 二Rb 5PIX彌图8 P

20、1 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：F1.01234n5_,H7,巳&亠11pi.iPZ.2PL3P1.4P1.&pi.aPT.?P0_63S1ST亦PX1H1DP3.z/iirrofy.MoF3.5I1P3.a/1B Pl 7/to jnx:muGHT-PO+T05 WGPL5P2.6也4P2-3P2-2P2.134Q32

21、3L21图9发送机输入电路i J245i阳6BTA+5V3039373635343332313029£827£&2S24232221Vkjn.oPO.Cpi. iPQ. 1FL2Fl 2Fl. 3FO 3AFl. 4P0 4ri.sF0. 5TFl. 6HL &Fl. 7FO 7EV/Vw8RST/VbP3.O/RXDale/Fr5g9P3.1/TIDPEEKT3 E/I1TT0T2. TCf3 3/INTIF2.6P3 4/T012. S5P3. E/TlF2.4F3 6/1RF2.3P3 7/KBP2. 21KTAL2P2. 1XlLlF2_DCUD09

22、10111*15161718图10接收机输出电路.K13 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, 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

23、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

24、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：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

25、机计算的校验和发送至接收机，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: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 0000HAJMP MAINORG O1OOHMAIN: MOV SP,#6OHMOV SCON,#40HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0FDHMOV TL1,#0FDHSETB TR1MOV P1,#0FFHMOV 30H,#0FFHK0

26、: MOV A,P1CJNE A,30H,KISJMP K0KI: MOV 30H,AMOV SBUF,ASJMP K0WAIT: JBC T1,K0SJMP WAITEND（2）接收机程序ORG 0000HAJMP MAINORG O1OOHMAIN: MOV SP,#6OHMOV SCON,#50HMOV TMOD,#20HMOV TH1,#0FDHMOV TL1,#0FDHSETB TR1MOV P1,#0FFHK0: JB RI,KKSJMP K0KK: MOV A,SBUFMOV P1,ACLR RISJMP K0END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

27、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 EAMOV TMOD,#20H MOV TH1,#0F4HMOV TL1,#0F4H MOV PCON,#00HSETB TR1MOV SCON,#50HALOOP：1 MOV SBUF,#0E1H JNB TI， $CLB TI;JNB RI,$;CLR RI;MOV A,SBUF;XRL A,#0E2 ;JNZ ALOOP1;ALOOP2: MOV P1，#0FFHMOV 30H,#0FFH ; MOV R7 ， #10H MOV R6,#00H ;ALOOP：3 MO

28、V A,P1CJNE A,30H,ALOOP4 SJMP ALOOP3ALOOP：4 MOV 30H,A；定时器 1 置为方式 2 ；装在定时器初值，波特率为 2400设定串行口方式 1，且准备接受应答信号 发送联络信号 等待一帧发送完毕 允许在发送 等待接收机的应答信号 允许在接收 接收机应答后，读至 A 判断接收机是否准备完毕 接收机未准备好，继续联络设定拨码开关初值 设定数据块长度 清校验和单元 读入拨码开关存入拨码开关新值发送一个数据字节MOV SBUF,A ; MOV A,R6ADD A,P1 ;MOV R6 ， AINC R0JNB T1， $CLB T1DJNZ R7 ， ALO

29、OP3MOV SBUF,R6 ;JNB TI， $CLR TIJNB RI,$ ;CLR RIMOV A,SBUF;JNZ ALOOP2;SJMP ALOOP3;END （2）接收程序清单 BSTART: CLR EAMOV TMOA,#20HMOV TH1,#0F4HMOV TL1,#0F4HMOV PCON,#00HSETB TR1MOV SCON,#5OH BLOOP1: JNB RI,$CLR RIMOV A,SBUF;XRL A,#0E2H;JNZ BLOOP1;MOV SBUF,#0E2HJNB T1,$CLR TI BLOOP2: MOV R0,#40HMOV R7,#10H;M

30、OV R6,#00H;BLOOP3: JNB RI,$求校验和保存校验和整个数据块是否发送完毕发送校验和等待接收机应答信号接收机应答，读至 A 接收机应答错误，转至重新发送 进入下一循环传送设定串行口工作方式 1，且准备接收 等待 1 号机的联络信号收到 1 号机的信号 判断是否为 1 号机联络信号不是 1 号机联络信号，再等待 是 1 号机联络信号，发应答信号设定数据块地址指针初值 设定数据块长度初值 清校验和单元CLR RIMOV A,SBUF接收数据转储求校验和判断数据块是否接收完毕 完毕，接收 1 号机发来的校验和比较校验和校验和相等，跳至发正确标志 校验和不相等，发错误标志 转重新接

31、收MOV R0,AINC ROADD A,R6 ;MOV R6,ADJNZ R7,BLOOP3JNB RI,$ ;CLR RI MOV A,SBUFXRL A,R6 ;JZ END1MOV SBUF,#0FFH JNB TI,#;CLR TI;SJMP BLOOP2END1: MOV SBUF,#00HRET4软件仿真Proteus 7 Professio nal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MPLABf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。单片机双机通信系统wp弓增 pwsa:bs;2 ml-uE E ErllWE