单片机的双机串口通信优秀课程设计.doc

单片机课程设计汇报项目名称：单片机双机串口通信项目组组员：（1）姓名： 学号： （2）姓名： 学号： （3）姓名： 学号： 专业班级： 日 期： 12月10日 目 录第一章 绪论1.1 课题介绍-21.2 设计目标-21.3 设计任务-21.4 设计方法-3第二章 设计内容和所用器件-4第三章 方案论证和比较 3.1数据传输方案比较和选择 -53.2控制部分设计方案论证和选择-6第四章 硬件系统设计4.1 时钟电路-74.2 复位电路-74.3单片机串行通信功效-84.4采取MAX232芯片控制电平转换电路-104.5 利用集成LED数码管（一位）-114.6整体连接原理图 -11第五章 软件设计 5.1 程序设计思绪-125.2 双机串口通信程序设计-125.2.1 串口通信软件实现-125.2.2 程序步骤图-135.3 LED显示原理-14第六章 系统调试和存在问题6.1 软件调试-15第七章 总 结-16参考文件-17附录附录一 元件清单-18附录二：源程序-19第一章 绪论1.1 课题介绍单片机行业已经有了很久历史，伴随科学技术进步和社会发展，单片机行业愈加快速发展起来。不管在工业还是民也上全部有很好发展和应用，得到大家很好认可和高度评价。单片机通信接口是各台仪表之间或仪表和计算机之间进行信息交换和传输联络装置。关键有五种类型，串行通信接口、并行通信接口、USB接口、现场总线接口和以太网接口。串行通信按同时方法可分为异步通信和同时通信两种基础通信方法。它是在数字化基础上用微处理器装备起来，是计算机技术和电子仪器相结合产物。它含有数据存放、运算、逻辑判定能力，能依据被测参数改变自选量程，可自动校正，自动赔偿，自寻故障等，能够做部分需要人类智慧才能完成工作，既含有了一定智能，故称为智能仪器。大家习惯将这种内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口电子仪器称为智能仪器。本课程设计就是利用两片单片机实现串口通讯数据发送和接收，该系统可采取max232进行串口通讯数据传送。可用LED显示发送对应据。1.2 设计目标单片机课程设计作为独立数学步骤，是自动化及相关专业集中实践性步骤系列之一，是学习完单片机原理及应用课程后，并在进行相关课程设计基础上进行一次综合练习。在本课题设计过程中，我们经过查阅资料、接口设计、程序设计、安装调试等步骤，完成一个基于MCS-51系列单片机，包含多个资源应用，并含有综合功效小应用系统设计。让我们不仅将课堂上学到理论知识和实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件等方面知识深入加深认识，同时在软件编程、调试、相关仪器设备和相关软件使用技能等方面得到较全方面锻炼和提升。让我们增加了对单片机感性认识，加深对单片机理论方面了解，同时也加深单片机内部功效模块应用。使我们了解和掌握单片机应用系统软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路设计和分析能力。提升我们在单片机应用方面实践技能和科学作风；培育我们综合利用理论知识处理问题能力等。1.3 设计任务在此次课程设计中，关键完成以下方面设计任务：1、简明叙述单片机技术发展中国外现实状况及LED动态显示基础原理；2、掌握MCS-51系列某种产品（比如8051）最小电路设计方法；3、用串行口全双共数据传送法实现两机相互通信。发送端将0f循环发送到接收端，并在接收端显示；4、完成关键功效模块硬件电路设计及必需参数确定；5、用protel软件完成双机通信原理电路图绘制及仿真；1.4 设计方法 此次设计，对于两片89C51，采取RS232进行双机通信。发送方数据由串行口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，信号抵达接收方串行口接收端。接收方接收后，在数码管上显示接收信息。为提升抗干扰能力，还能够在输入输出端加光耦合进行光电隔离。软件部分，经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，向主机回复BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB16中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检验和，和主机发送来检验和进行比较，若检验和相同则发送00H给主机；不然发送FFH给主机，重新接收。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。串口通讯设计原理框图图1所表示。 第二章 设计内容和所用器件基础功效：两片单片机之间进行串行通信，发送端将0f循环发送到接收端，并在接收端显示。原理图：单片机单片机八段LED 显示Max232Max232晶振电路晶振电路图1 串口通讯设计原理框图 所用器件件附录1第三章 方案论证和比较3.1.数据传输方案比较和选择在串行通信中，数据是在两个站之间传送。根据数据传送方向，串行通信可采取三种方案。方案一：单工制式单工制式是指甲乙双方通信只能单向传送数据。单工制式图2 图2 单工制式方案二：半双工制式半双工制式是指通信双方全部含有发送器和接收器，双方既可发送也可接收，但接收和发送不能同时进行，即发送时就不能接收，接收时就不能发送。半双工制式图3图3 半双工制式方案三：全双工制式 全双工制式是指通信双方均设有发送器和接收器，而且将信道划分为发送信道和接收信道，两端数据许可同时收发，所以通信效率比前两种高。全双工制式以下图4：图4 全双工制式所以，本课设采取方案三全双工制式3.2.控制部分设计方案论证和选择对于主控系统电路选择有以下三种方案。方案一：采取专用芯片实现。用专用芯片进行设计并编程实现。这种设计方案计算效率高、速度快、而且成本也相对较低，是进行串口通信最好方案。不过因为对专用芯片掌握不够，还不足以实现设计，所以这个方案不可取。方案二：采取FPGA（现场可编程门阵列）作为系统控制器。FPGA将全部器件集成到一块芯片上，节省空间，稳定性高；直接面向用户，含有极大灵活性和通用性，硬件测试和实现快捷，开发效率高，工作可靠性好。适合于大规模实时系统控制关键，本设计对数据处理速度要求不是很高，FPGA高速处理优势得不到充足表现，因为其集成度高，使其成本偏高，同时因为芯片引脚较多，实物电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接工作。所以，不提议采取此方案。方案三：用单片机实现。因为单片机集成了运算器电路、控制电路、存放器、中止系统、定时器/计数器和输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。因为单片机是可编程芯片，而且它能够利用C语言编写，对于部分复杂计算功效，能够调用C语言库函数。使编写程序变得很简单。且经过本学期对课程学习，我们对单片机应用比较熟悉，利用灵活，所以该课题用单片机实现。第四章 硬件系统设计硬件系统是指组成微机系统实体和装置，通常由运算器、控制器、存放器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件芯片，在实际应用中，通常极难直接和被控对象进行电气连接，必需外加多种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能组成一个单片机应用系统。本设计选择以89C51单片机为主控单元。显示部分：采取8段LED数码管动态显示。 4.1 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要时钟信号，单片机本身就是一个复杂同时时序电路，为了确保同时工作方法实现，电路应在唯一时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚X1，输出端为引脚X2，在芯片外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就组成了一个稳定自激振荡器。 此电路采取12MHz石英晶体。时钟电路以下图5 图5 时钟电路4.2 复位电路复位是单片机初始化操作,进入系统正常初始化之外，当因为程序运行犯错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新开启。RST引脚是单片机复位信号输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应连续24个振荡周期（即2个机器周期）以上，若使用频率为12MHz晶振，则复位信号连续时间应超出4 s才能完成复位操作。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方法。上电自动复位是经过外部复位电路电容充电来实现。按键电平复位是经过使复位端经电阻和Vcc电源接通而实现。在本设计中采取了按键电平方法以下图6 图6 按键电平连接方法4.3 单片机串行通信功效 51单片机串行接口是一个全双工接口，它能够作为UART（通用异步接收和发送器）用，也能够作为同时移位寄存器用。51单片机串行接口结构以下：图7 51单片机串行接口结构（1）数据缓冲器（SBUF）接收或发送数据全部要先送到SBUF缓存。有两个，一个缓存，另一个接收，用同一直接地址99H,发送时用指令将数据送到SBUF即可开启发送；接收时用指令将SBUF中接收到数据取出。（2）串行控制寄存器（SCON）SCON用于串行通信方法选择，收发控制及状态指示，各位含义以下：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1:串行接口工作方法选择位，串行接口工作方法可有以下四种工作方法：SM0SM1工作方法功效波特率0008位同时移位寄存器（用于I/O扩展）fORC/1201110位异步串行通信（UART）可变（T1溢出率*2SMOD/32）10211位异步串行通信（UART）fORC/64或fORC/3211311位异步串行通信（UART）可变（T1溢出率*2SMOD/32）定时器TI溢出率=(fosc/12)*(1/（2k-初值）) 式中T1计数率= fORC/12，（2k-初值）为生溢产出所需机器周期数，K为定时器位数，和定时器设定工作方法相关：方法0时 K=13；方法1时 K=16；方法2时 K=8。SM2：多机通信控制位。关键用于方法2,3.当SM2=1时能够利用收到RB8来控制是否激活RI（RB8=1时收到数据进入数据缓存器，并激活RI在中止服务中将数据读走；RB8=0时受到信息丢弃）；当SM2=0时均能够将数据送入缓存器，并激活RI。REN：接收许可控制位。软件置1许可接收；软件置0严禁接收。TB8：方法2或3时，TB8为要发送第9位数据，依据需要由软件置1或清0，能够用作数据奇偶效验位，或在多机通信中作地址帧/数据帧标志位。RB8：在方法2或3时，RB8位接收到第9位数据，实际为主机发送第9位数据TB8，使从机依据这一位来判定主机发送时呼叫地址还是要传送数据。TI：发送中止标志。发送完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中止。必需要软件清零后才能继续发送。RI：接收中止标志。接收完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中止。必需要软件清零后才能继续接收。（3）输入移位寄存器接收数据先串行进入输入移位寄存器，8位数据全移入后，再并行送入接收SBUF中。（4）波特率发生器波特率发生器用来控制串行通信数据传输速率，51系列单片机用定时器T1作为波特率发生器，T1设置在定时方法。波特率是用来表示串行通信数据传输快慢程度物理量，定义为每秒钟调制信号改变次数。（5）电源控制寄存器PCON其最高位为SMOD即波特率倍增位，当SMOD=1时波特率提升一倍，复位时，SMOD=0。4.4 采取MAX232芯片控制电平转换电路 用89C51串行接口通信，假如两台89C51单片机之间距离很近（不超出1.5m），能够采取直接将两台89C51单片机串行接口直接相连，利用其本身TTL电平（0-5V）直接传输数据信息。假如传输距离较远（超出1.5m），因为传输线阻抗和分布电容，会产生电平损耗和波形畸变，以至于检测不出数据或数据犯错。此时可利用 RS232标准总线接口，将单片机输出TTL电平转换为RS232标准电平（逻辑1为-15-5V；逻辑0为+5-+15V）。用RS232可将传输距离提升到15m，假如想远距离传输，能够采取RS422或RS485。电平转换芯片MAX232是美信企业（MAXIM）生产，专用于进行将TTL电平转换为RS232电平芯片，MAX232内部有泵电源，能将+5V电源电压在芯片内提升到RS232电平所需+10V或-10V电平。引脚介绍：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容组成。功效是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平需要。 第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚组成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v） 图7 MAX232芯片4.5 利用集成LED数码管（一位）P1.7P1.0口分别接DP G F E D C B A4.6 整体连接原理图图8 整体连接原理图第五章 软件设计5.1程序设计思绪经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，向主机回复BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB16中16个数据依次发送给从机，并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据检验和，和主机发送来检验和进行比较，若检验和相同则发送00H给主机；不然发送FFH给主机，重新接收。从机收到16个正确数据后送到一个数码管依次显示。5.2双机串口通信程序设计1.串行通信软件实现（1）串行口工作于方法1；用定时器1产生9600bit/s波特率，工作于方法2，即TMOD=0x20。（2）功效:将本机ROM中数码表TAB16中16个数发送到从机,并保留在从机内部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:主机首先发送连络信号(AAH),从机接收到以后返回一个连络信号(BBH)表示从机已准备好接收。（4）通信过程使用校验和校验。从机接收到16个数据后，进行校验和检验，若数据没有错误，则返回00H，不然返回FFH。（5）主机发送一个数据后，等候从机返回数据；若为00H，则继续发送下一个数据，若为FFH，则重新发送数据。2.程序步骤图（1）发送端程序步骤图图7 发送端程序步骤图主程序开始从机是否回复BBH？程序初始化主机发送AAHN主机发送数据，检验和输出完成？N清除标志位(2)接收方程序步骤图主程序开始检验和相等？程序初始化接收数据，计算检验和N发送00H至主机接收完成？N清除标志位发送FFH，重新接收显示图8 接收方程序步骤图5.3 LED显示原理LED多数情况用于显示数字，对于十六进制，要将0F数字用7段显示，必需将数字转换为LED对应七段码信息，比如，要显示“0”，就是让a、b、c、d、e和f段发光，显示“1”，让b和c段发光，等等如表所表示。然后依据LED是共阴极还是共阳极接法确定LED各输入端应接逻辑1还是逻辑0，我选择是共阴接法，要显示“0” 时，a、b、c、d、e和f段就要输入逻辑1，即其段码为3F，经过从机P1口将编码输出给LED第六章 系统调试和存在问题系统硬件、软件独调和系统调试是系统最终步骤也是系统尤其关键步骤，因为设计和开发出系统是否成功，功效是否完善只有在这里才能显现出来。所以为了确保设计系统能够正常工作，必需对软件和硬件部分每一个部分进行调试和分析。因为此次课程设计未进行硬件连接，所以略去硬件测试步骤6.1 软件调试本设计软件采取是keil和Proteus软件实现仿真和电路图设计和，Proteus软件和Keil软件联合使用，实现设计要求。在Keil软件中创建新文件，输入所编写c语言程序并保留，在编译源程序无误后，会产出对应”.HEX”文件；将所生成”.HEX”文件加载到已绘制好Proteus原理图中，使Proteus和Keil真正连接起来，实现联合调试。调试结果图所表示：能够看到，接收端已将接收到数据完整显示了出来。 图9.仿真图1、软件测试首先是检验电路逻辑线路是否正确，假如正确再检验原理图线路连接是否正确，电路布局安排是否合理等等。2、程序中有部分地方将“=”和“=”混淆，造成结果不正确，处理措施，仔细查找，将混淆出更正。在软件调试过程中，对出现错误进行了认真分析和修改，数次调试成功后，能够很好达成既定设计效果。总 结最初选择串行通信这个试验时，因为从未接触过这类设计，感到新鲜同时不乏焦虑。我认为做单片机课程设计是十分有意义，而且是十分必需。在已度过大课时间里，我们大多数接触是专业课。我们在课堂上掌握仅仅是专业课理论知识，怎样去锻炼我们实践能力？怎样把我们所学专业基础课理论知识利用到实践中去呢？我想做类似课程设计就为我们提供了良好实践平台现在最终将它完成了，感到受益颇多。第一，这是一份考验我们自觉性、动手能力和协作意识任务。在长达30天时间里，我们不停发觉本身不足也不停自我完善。这次单片机课程设计不仅巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上没有学到过知识，掌握了一个系统研究方法，能够进行部分简单编程。经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。同时在设计过程中发觉了自己不足之处，比如对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠，学习了单片机C语言。第二，未知并不可怕，可怕是因未知而止步。我们在课堂上所学知识是很有限，这次课程设计就是个很好表现。在做此次课程设计过程中，我感慨最深当属查阅大量设计资料了，不管是书本上还是网上全部浏览了不少相关程序，从中也借鉴了她人思想，开阔了自己思绪。做单片机课程设计，对设计者对软硬件了解和掌握要求全部比较高。在设计程序之前，设计者必学对所用单片机内部结构有一个系统了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清楚思绪和一个完整软件步骤图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不停改善是程序设计必经之路；要养成注释程序好习惯，一个程序完美是否不仅仅是实现功效，而应该让人一看就能明白你思绪，这么也为资料保留和交流提供了方便；在设计课程过程中碰到问题是很正常，但我们应该将每次碰到问题统计下来，并分析清楚，以免下次再碰到一样问题。第三，团结就是力量一点全部不假，三个臭皮匠顶一个诸葛亮。在团组合作时我们更便于相互取长补短，相互讨论，效果很好。经过此次课设，我不仅学到了相关单片机技术方面很多专业知识，同时也让我感觉到团体合作关键性。其实怎样有效和快速找到资料也是课设给我启发，利用好图书馆和网络，使资源得到最好利用。和她人交流思想是取得成功关键，在交流中，不仅强化了自己原有知识体系，也扩展了自己思维。课设是一个经过思索、发问、自己解惑并动手、提升过程。我会在以后学习中不停学习，积累经验，完善自己。参考文件1谭浩强. C语言程序设计清华大学出版社1999.12 22杨恢先 黄辉先著.单片机原理和应用.人民邮电出版,.73朱定华著.单片机原理和接口技术.电子工业出版社,.4 4王威著.HCS12微控制器原理及应用.北京航空航天大学出版社,.10 5龚运新著.单片机C语言开发技术.北京清华大学出版社,.10 6胡洪波著.单片机原理和应用试验教程.湘潭大学出版社，.77汪道辉著.单片机系统设计和实践.电子工业出版社，.5附 录附录一 元件清单：元件名称型号数量单片机AT89C512电平转换芯片Max2322数码管八段LED1电阻RES4晶振CRYSTAL2电容CAP12附录二：源程序1. 主机发送程序#include /头文件#define uchar unsigned char /定义数据类型void init(); /定义子程序void send();ucharTAB16 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /定义数码表uchar i,sum; /定义变量int j;main() /主程序 init(); send(); void init(void) /程序初始化 EA=1; /开CPU中止 ES=1; /许可串行口中止 TMOD=0x20; /设定时器T1为方法2 TH1=0xfd; /赋初值 TL1=0xfd; PCON=0x00; /令SMOD=0波特率不倍增 SCON=0x50; /串行口为方法1 TR1=1; /开启T1 void send(void) /发送子程序do SBUF=0xaa; /主机送AAH给从机 while(!TI); /等候一帧发送结束 TI=0; /发送完后清零 while(!RI); /等候一帧接收结束 RI=0; /接收完后清零 while(SBUF0xbb)!=0); /等候从机回复，返回BBH后继续do sum=0; /清校验和 for(i=0;i=15;i+) SBUF=TABi; /主机发送数据 sum+=TABi; /求检验和 while(!TI); TI=0; SBUF=sum; /发送校验和 while(!TI); TI=0; while(!RI); RI=0; while(SBUF!=0); /等候2. 从机接收程序#include /头文件#define uchar unsigned char /定义数据类型#define uint unsigned intvoid delay(int ); /定义子程序void receive(void) ;void init(void);uchar i,sum;int j;ucharTAB16 = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71; /定义数码表void main() /主程序 init(); receive();void init(void) /程序初始化 EA=1; ES=1; TMOD=0x20; TH1=0xfd; TL1=0xfd; PCON=0x00; SCON=0x50; TR1=1; void delay(int x) /延时子程序int i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=1;j=150;j+ );void receive(void) uchar TABS16; do while(!RI);RI=0; while(SBUF0xaa)!=0); /等候主机发送AAHSBUF=0xbb; /从机收到BBH后向主机回复BBH while(!TI);TI=0;while(1) sum=0;for(i=0;i=15;i+) while(!RI);RI=0;TABSi=SBUF; /接收数据保留sum+=TABSi; /求接收校验和 while(!RI);RI=0; if(SBUFsum)=0) /判定发送和接收校验和是否相等 SBUF=0x00; /校验和相等发送00H给主机 while(!TI); TI=0; break; /跳出接收循环 else SBUF=0xff; /校验和不等，发送FFH给主机 while(!TI); TI=0; /发送成功，清零，进入下一次接收循环 while(1) /显示输出 for(i=0;i=15;i+) P1=TABSi; delay(500);