毕业设计(论文)基于单片机的双机通信.doc
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1、基于单片机的双机通信摘 要 双机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,实现两个单片机之间的有序通信。本文详细介绍了关于基于单片机AT89C51实现的双机之间的通信的设计。软件部分采用C语言编程实现接收部分和发射部分的功能,用Protues进行仿真。软件设计完成后,将程序烧入单片机。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。在通信过程中,使用通信协议进行通信。关 键 词 51单片机;串行通信;接口Two-machine communication based on single chip Abstract Dual machine communica
2、tion is an important application of single chip. This course is designed to using single chip computer to complete a system, realize the orderly communication between two single-chip microcomputer. This paper introduces the realization based on single-chip microcomputer AT89C51 about the dual machin
3、e for communication between the design. Software part adopts the C programming language realization receiving part and emission, part of the Protues function, through simulation. The software design is completed, the procedure spread microcontroller. Communication results and practical to display, d
4、igital digital tube pipe, adopting look-up table display. In communication process, USES communication protocol to communicate.Key words 51 SCM; serial communication; Interface 目 录基于单片机的双机通信ITwo-machine communication based on single chipII绪 论21.课题背景31.1 双机通信简介 31.1.1 双机通信接口的基本特点 31.2 双机通信原理 41.3 系统网
5、络协议 42.设计方案63.单片机与通信芯片介绍73.1 单片机技术介绍 73.2 MAZ232芯片103.3 44键盘介绍113.3.1 44矩阵键盘工作原理113.3.2数码动态扫描显示电路123.4数码管工作原理134.设计步骤144.1 Keil和Proteus介绍和联调144.1.1 Proteus的介绍144.1.2 Keil的介绍154.2 软件设计164.3 硬件设计16结 论17致 谢18参考文献19附 录I20附录II27附录III28绪 论 单片机作为微型计算机的一个分支,具有功能强、体积小、应用灵活等诸多优点,在工业控制、仪器仪表、通信、家用电器和国防科技等各个领域得到
6、广泛的应用。随着集成电路技术的不断发展,单片机的性能也在不断的提高,其应用的范围必将越来越宽广。然而,随着单片机在工业自动化控制、智能仪器仪表中的广泛应用,单机已经逐渐不能满足需要,双机协同工作已经成为一个重要的发展趋势,双机应用的关键就在于双机之间的互相通讯、互传数据信息。单片机和计算机的共同发展下,单片机的应用从独立的单片机向网络发展,由计算机和单片机构成的双机网络系统也是单片机技术发展的一个方向。单片机双机通信是指由两台单片机组成的网络结构,可以通过串行通信方式实现对某一过程的最终控制。随着计算机技术的发展,双机通讯技术也在不断的发展,现在发展比较成熟的还有光纤通信等。由于计算机的飞速发
7、展和控制系统的复杂化,双机机通信已经越来越成为人们热门的话题之一单片机双机机通信是指由两台单片机组成的网络结构, 可以通过串行通信方式共同实现对某一过程的最终控制。目前,单片机多机通信的形式较多,但通常可分为星型、环型、串行总线型和主从式多机型四种。随着单片机和计算机技术的不断发展,单片机的应用也从独立的单机向网络发展。由计算机和单片机构成的多机网络系统已成为单片机技术发展的一个方向。二者的结合,充分发挥单片机在实时数据采集和数据管理上的优点。单片机在计算机的网络通讯与数据传输、工业自动化过程的实时控制和数据处理等都有广泛地应用,已渗透到我们生活的各个领域。许多应用都涉及到单片机双机通信。然而
8、单片机对网络数据的处理方式不同于通用计算机系统尤其是有的单片机只提供2位的数据收发接口,这在一定程度上阻碍了单片机在网络方面的应用。因此,采用单片机技术与计算机网络技术相结合的办法,对单片机双机通信系统进行研究在设计单片机网络的通信协议的基础上,系统网络拓扑结构采用总线型网络接El电路采用端El转发的形式,实现了2位单片机双机通信。1.课题背景1.1 双机通信简介MCS-51系列单片机上有一个通用异步接收发送器UART,通过引脚RXDP3O和TXDP31可与外音B电路进行全双工的串行异步通信,发送数据时由TXD端送出,接收时数据由RXD端输入。本文将具体介绍单片机串口的特点和编程方法,并且在最
9、后给出一个实用的单片机与计算机通过串口通信的程序。1.1.1 双机通信接口的基本特点MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式,以满足不同场合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的IO电路;工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信;方式2、3除有方式1的功能外,还可以作多机通信,以构成分布式多微机系统。 串行端口有两个控制寄存器SCON、PCON,用于设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送波特率每秒传送的位数以及作为中断标志等。串行端口有一个数据寄存器SBUF在特殊功能寄存器中的字节地址为99H,该寄存器为发送和接收所共
10、用。串行端口的波特率可以用程序来控制。在不同工作方式中,由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定,使用十分方便灵活。1、串口控制寄存器(1) 方式1输入:在(REN)=1时,串行口采样RXD引脚,当采样到1至O的跳变时,确认是串行发送来的一帧数据的开始位0,从而开始接收一帧数据。只有当8位数据接收完,并检测到高电平停止位后,只有满足(R1)=0;(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时,停止位才进入RB8,8位数据才能进入接收寄存器,并由硬件置位中断标志RI;否则信息丢失。所以在方式1接收时,应先用软件清零RI和SM2标志。(2)方式2 方式2为固定波特率的11位UART方式。它
11、比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。 输出:发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位,附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位,用软件置位或复位。它可作为多机通讯中地址数据信息的标志位,也可以作为数据的奇偶校验位。当CPU执行一条数据写入SUBF的指令且TI=0时,就启动发送器发送。发送一帧信息后,置位中断标志TI。输入:在(REN)=1时,串行口采样RXD引脚,当采样到1至O的跳变时,确认是串行发送来的一帧数据的开始位0,从而开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后,当满足(RI):0;(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时,第9位数据才进入RB8,8位数据才能进入接收寄
12、存器,并由硬件置位中断标志Ri;否则信息丢失。且不置位RI。(3)工作方式3方式3为波特率可变的11位UART方式。除波特率外,其余与方式2相同。波特率的选择如前所述,在串行通讯中,收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在MCS-51串行口的四种工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可变的,由定时器T1的溢出率控制。1方式O:方式0的波特率固定为主振频率 的1/12。2方式2:方式2的波特率由PCON中的选择位SMOD来决定,可表示为:波特率=2sMoDfosc64也就是当SMOD=1时,波特率为132fosc,当SMOD=0时,波特率为164fosc。 3方式
13、1和方式3定时器T1作为波特率发生器,其公式如下:波特率=2SMOD32定时器T1溢出率T1溢出率=T1计数率产生溢出所需的周期数 式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态。当工作于定时器状态时,T1计数率为Fosc/2:当工作于计数器状态时,T1计数率为外部输入频率,此频率应小于Fosc/24。产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。定时器T1工作于方式O:溢出所需周期数=8192-定时器T1工作于方式1:溢出所需周期数=65536-X定时器T1工作于方式2:溢出所需周期数=256-X因为方式2为自动重装入初值的8位定时器计数器模式,所以用它来做波特率发生器最恰
14、当。这种方式下,T1的溢出率次秒计算式可以表示为:T1溢出率=Fsoc12256-X1.2 双机通信原理双机通讯对单片机而言意义重大,不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端,而且也能实现计算机对单片机的控制。由于其所需电缆线少,接线简单,所以在较远距离传输中,得到了广泛的运用。1.3 系统网络协议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: 0xA1:单片机读取P0端口数据,并将读取数据返回PC机; 0xA2:单片机从PC机接收一段控制数据; 0xA
15、3: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0xA1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0xA2时,单片机等待从PC机接收一段控制数据;当PC接收到0xA3时,就表明单片机操作已经成功。2.设计方案 本次设计,对于两片89C51,采用RS232进行双机通信。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RS232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。接受方接收后,在数码管上显示接收的信息。为提
16、高抗干扰能力,还可以在输入输出端加光耦合进行光电隔离。软件部分,通过通信协议进行发送接收,主机先送AAH给从机,当从机接收到AAH后,向主机回答BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB16中的10个数据送给从机,并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据的检验和,与主机发送来的检验和进行比较,若检验和相同则发送00H给主机;否则发送FFH给主机,重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。3.单片机与通信芯片介绍3.1 单片机技术介绍1974年12月,美国著名的仙童公司推出了世界上第一台单片机F8。该机由两快集成电路芯片组成,结构新颖,并具有与众不同的指令系统,深受民用电器和仪
17、器仪表领域的欢迎和重视。从此单片机开始迅速发展,应用范围也在不断扩大,现已成为微型计算机的重要分支。单片机的发展大致经历了外围集成、总线完善、功能集成、全方位发展等技术发展阶段,至今走过了四代的历程。第一代:单片机探索阶段。主要有通用CPU 68XX系列和专用CPUMCS-48系列。第二代:单片机完善阶段。表现在:1.面对对象,突出控制功能,专用CPU满足嵌入功能;2.寻址范围16位或8位;3.规范的总线结构,有8位数据线,16位地址线及多功能异步串行口(UART);4.特殊功能寄存器(SFR)的集中管理模式;5.海量位地址空间,提供位寻址及位操作功能;6.指令系统突出功能。第三代:微控制器形
18、成阶段。这一阶段已经形成系列产品:以8051系列为代表,如8031、8032、8051和8052等。第四代:微控制器百花齐放。表现在:1.电气商、半导体商广泛加入;2.满足最低层电子技术的应用(玩具、小家电);3.大力发展专用型单片机;4.致力于提高单片机的综合品质。由于单片机在整个设计中占据着重要的地方,首先介绍一下单片机的相关知识。单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要。MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品,我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据
19、存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在分别加以说明:中央处理器:中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM):8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。 图3
20、.1 8051 内部结构程序存储器(ROM):8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。定时/计数器:8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口:8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。全双工串行口:8051内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。中断系统:8051具备较完善的中断功能,有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断,可满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。时
21、钟电路:8051内置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的脉冲时序,但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型,一种是程序存储器和数据存储器分开的形式,即哈佛(Harvard)结构,另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构,即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式,而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。 图3.2 MCS-51结构框图MCS-51的引脚说明:MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构,图2.3是
22、它们的引脚配置,40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:图3.3 51单片机引脚图Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。初始化后,程序计数器PC指向0000H,P0-P3输出口全部为高电平,堆栈指针写入07H,其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后,系统即从0000H地址开始执行程序。然而,初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态,8051的初始态。80
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