單片機(jī)雙機(jī)串行通信設(shè)計(jì)

1、 *實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué)*XXXXX 大學(xué)大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2013 年秋季學(xué)期 通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練 課程設(shè)計(jì)題題 目：目： 51 單片機(jī)雙機(jī)串行通信設(shè)計(jì) 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 通信工程 x 班 姓姓 名：名： xx 學(xué)學(xué) 號：號： xx 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： xx 成成 績：績： 摘要摘要雙機(jī)通信的實(shí)質(zhì)就是解決兩單片機(jī)串行通信問題。針對于 89C51 單片機(jī)全雙工異步串行通信口，我們采用單片機(jī)直接交叉互連的串行通信方式。考慮到本設(shè)計(jì)應(yīng)用于短距離傳輸、兩單片機(jī)具有相同的數(shù)據(jù)格式及電平且為使設(shè)計(jì)簡單，我們最終決定本系統(tǒng)采用方式一單片機(jī)直接交叉連接的串行通信方式，上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由串行口 TXD 端輸

2、出，直接由下位機(jī)的串行口數(shù)據(jù)接收端 RXD 接收。本設(shè)計(jì)的硬件電路分為數(shù)碼管顯示模塊、單片機(jī)工作的基本復(fù)位電路以及晶振模塊。編程采用 C 語言加以實(shí)現(xiàn)。通信的結(jié)果使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，數(shù)碼管采用查表方式顯示，兩個單片機(jī)之間采用 RS-232 進(jìn)行雙向通信。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：51 單片機(jī) 串行通信 RS-232 接口標(biāo)準(zhǔn)目錄目錄前言.11 基本原理.21.1 串行通信概述 .21.2 串行通信的分類 .21.3 串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) .21.4 串行通信協(xié)議 .31.5 串行通信與并行通信區(qū)別 .41.6 MCS-51 串行接口的基本特點(diǎn).51.7 波特率選擇 .71.8 通信協(xié)議的使用 .71.9 51

3、 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和作用.71.10 雙機(jī)通信 .82 系統(tǒng)分析.92.1 匯編語言和 C 語言的特點(diǎn)及選擇 .92.2 并行通信與串行通信的比較 .92.3 串行通信程序設(shè)計(jì)的比較 .92.4 同步通信與異步通信的區(qū)別 .93 系統(tǒng)設(shè)計(jì).113.1 設(shè)計(jì)要求 .113.2 設(shè)計(jì)方案 .113.3 硬件設(shè)計(jì) .113.4 軟件設(shè)計(jì) .144 系統(tǒng)調(diào)試.20總結(jié).21參考文獻(xiàn).22致謝.231前言前言隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)也步如一個新的時代，越來越多的功能各異的單片機(jī)為我們的設(shè)計(jì)提供了許多新的方法與思路。 對于一些場合，比如：復(fù)雜的后臺運(yùn)算及通信與高實(shí)時性前臺控制系統(tǒng)、軟件資源消耗大的系統(tǒng)、

4、功能強(qiáng)大的低消耗系統(tǒng)、加密系統(tǒng)等等。如果合理使用多種不同類型的單片機(jī)組合設(shè)計(jì)，可以得到極高靈活性與性能價(jià)格比，因此，多種異型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)漸漸成為一種新的思路，單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個重要分支,由于單片機(jī)體積小,系統(tǒng)運(yùn)行可靠,數(shù)據(jù)采集方便靈活,成本低廉等優(yōu)點(diǎn),在通信中發(fā)揮著越來越重要的作用。但在一些相對復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,僅僅一個單片機(jī)資源是不夠的,往往需要兩個或多個單片機(jī)系統(tǒng)協(xié)同工作。這就對單片機(jī)通信提出了更高要求。單片機(jī)之間的通信可以分為兩大類：并行通信和串行通信。串行通信傳輸線少，長距離傳輸時成本低，且可以利用數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在通信中發(fā)揮著越來越重要的作用。所

5、以本系統(tǒng)采用串行通信來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間可靠的，有效的數(shù)據(jù)交換。21 1 基本原理基本原理1.1 串行通信概述1.1.1 串行通信的特點(diǎn) 在遠(yuǎn)程通信和計(jì)算機(jī)科學(xué)中，串行通信是指在計(jì)算機(jī)總線或其他數(shù)據(jù)通道上，每次傳輸一個位元數(shù)據(jù)，并連續(xù)進(jìn)行以上單次過程的通信方式。與之對應(yīng)的是并行通信，它在串行端口上通過一次同時傳輸若干位元數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行通信。一位接一位地順序傳送。這樣一個字節(jié)的數(shù)據(jù)要分 8 次由低位到高位按順序一位位地傳送。由此可見，串行通信的特點(diǎn)如下：1、節(jié)省傳輸線，這是顯而易見的。尤其是在遠(yuǎn)程通信時，此特點(diǎn)尤為重要。這也是串行通信的主要優(yōu)點(diǎn)；2、數(shù)據(jù)傳送效率低。與并行通信比，這也這是顯而易見的。

6、這也是串行通信的主要缺點(diǎn)。 串行通信被用于長距離通信以及大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在這些應(yīng)用場合里，電纜和同步化使并行通信實(shí)際應(yīng)用面臨困難。憑借著其改善的信號完整性和傳播速度，串行通信總線正在變得越來越普遍，甚至在短程距離的應(yīng)用中，其優(yōu)越性已經(jīng)開始超越并行總線不需要串行化元件等缺點(diǎn)。 1.2 串行通信的分類 1.2.1 異步通信 所謂異步通信，是指數(shù)據(jù)傳送以字符為單位，字符與字符間的傳送是完全異步的，位與位之間的傳送基本上是同步的.異步串行通信的特點(diǎn)可以概括為：以字符為單位傳送信息；相鄰兩字符間的間隔是任意長； 接收時鐘和發(fā)送時鐘只要相近就可以。 異步方式特點(diǎn)簡單的說就是：字符間異步，字符內(nèi)部各位同步

7、。 1.2.2 同步通信 所謂同步通信，是指數(shù)據(jù)傳送是以數(shù)據(jù)塊（一組字符）為單位，字符與字符之間、字符內(nèi)部的位與位之間都同步.同步串行通信的特點(diǎn)可以概括為：以數(shù)據(jù)塊為單位傳送信息；在一個數(shù)據(jù)塊（信息幀）內(nèi)，字符與字符間無間隔；接收時鐘與發(fā)送進(jìn)鐘嚴(yán)格同步。 1.3 串行通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1.3.1 數(shù)據(jù)傳輸率 (1)比特率和波特率：比特率是指每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，用 bps（bit/s)表示。波特率是指每秒傳輸?shù)姆枖?shù)，若每個符號所含的信息量為 1 比特，則波特率等于比特率。在計(jì)算機(jī)中，一個符號的含義為高低電平，它們分別代表邏輯“1”和邏輯“0” ，所以每個符號所含的信息量剛好為 1 比特，因此在計(jì)

8、算機(jī)通信中，常將比特率稱為波特率，即：1 波特（B）=1 比特（bit）=1 位/秒（1bps）例如:電傳打字機(jī)最快傳輸率為每秒 10 個字符/秒，3每個字符包含 11 個二進(jìn)制位,則數(shù)據(jù)傳輸率為:11 位/字符10 個字符/秒=110 位/秒=110 波特（Baud）計(jì)算機(jī)中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可達(dá)56Kbps. (2)位時間 Td:位時間是指傳送一個二進(jìn)制位所需時間，用 Td 表示。Td = 1/波特率 = 1/B (3)發(fā)送時鐘和接收時鐘 在串行通信中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的信號形式出

9、現(xiàn),不論是發(fā)送還是接收，都必須有時鐘信號對傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。在 TTL 標(biāo)準(zhǔn)表示的二進(jìn)制數(shù)中，傳輸線上高電平表示二進(jìn)制 1，低電平表示二進(jìn)制 0，且每一位持續(xù)時間是固定的，由發(fā)送時鐘和接收時鐘的頻率決定。 1)發(fā)送時鐘 發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入移位寄存器，然后在發(fā)送時鐘的控制下，將該并行數(shù)據(jù)逐位移位輸出。通常是在發(fā)送時鐘的下降沿將移位寄存器中的數(shù)據(jù)串行輸出，每個數(shù)據(jù)位的時間間隔由發(fā)送時鐘的周期來劃分。 2)接收時鐘 在接收串行數(shù)據(jù)時，接收時鐘的上升沿對接收數(shù)據(jù)采樣，進(jìn)行數(shù)據(jù)位檢測，并將其移入接收器的移位寄存器中，最后組成并行數(shù)據(jù)輸出。 1.3.2 波特率因子 接收時鐘和發(fā)送時鐘與波特

10、率有如下關(guān)系：F=nB 這里 F 是發(fā)送時鐘或接收時鐘的頻率;B 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?；n 稱為波特率因子。設(shè)發(fā)送或接收時鐘的周期為 Tc，頻率為 F的位傳輸時間為 Td，則：Tc=1/F,Td =1/B 得到：Tc=T/n 在實(shí)際串行通信中，波特率因子可以設(shè)定。在異步傳送時，n = 1，16，64 實(shí)際常采 n=16，即發(fā)送或接收時鐘的頻率要比數(shù)據(jù)傳送的波特率高 n 倍。在同步通信中波特率因子必等于 1。 1.4 串行通信協(xié)議 包括 RS-232-C、RS-422、RS485、USB 等。 RS-232-C、RS-422 與 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)

11、議。USB 是近幾年發(fā)展起來的新型接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。 1.4.1 RS-232-C 串口 RS-232-C 也稱標(biāo)準(zhǔn)串口，是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)4制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)” 。傳統(tǒng)的 RS-232-C 接口標(biāo)準(zhǔn)有 22 根線，采用標(biāo)準(zhǔn) 25 芯 D 型插頭座。自 IBM PC/AT 開始使用簡化了的 9 芯 D 型插座。至今 25 芯插頭座現(xiàn)代應(yīng)用中已經(jīng)很少采用。電腦一般

12、有兩個串口：COM1 和 COM2，9 針 D 形接口通常在計(jì)算機(jī)后面能看到?，F(xiàn)在有很多手機(jī)數(shù)據(jù)線或者物流接收器都采用 COM 口與計(jì)算機(jī)相連。 1.4.2 RS-422 為改進(jìn) RS-232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mb/s，傳輸距離延長到 4000 英尺（速率低于 100kb/s 時） ，并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個接收器。RS- 422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為 TIA/EIA-422-A 標(biāo)準(zhǔn)。 1.4.3 RS-485 為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA 又于 1983 年在 RS-422 基

13、礎(chǔ)上制定了 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA-485-A 標(biāo)準(zhǔn)。 1.4.4 RJ-45 接口 是以太網(wǎng)最為常用的接口，RJ45 是一個常用名稱，指的是由 IEC(60)603-7 標(biāo)準(zhǔn)化，使用由國際性的接插件標(biāo)準(zhǔn)定義的 8 個位置（8 針）的模塊化插孔或者插頭。 1.4.5 Universal Serial Bus（通用串行總線） 簡稱 USB，是目前電腦上應(yīng)用較廣泛的接口規(guī)范，由Intel、Microsoft、Compaq、IBM、NEC、Northern

14、 Telcom 等幾家大廠商發(fā)起的新型外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。USB 接口是電腦主板上的一種四針接口，其中中間兩個針傳輸數(shù)據(jù)，兩邊兩個針給外設(shè)供電。USB 接口速度快、連接簡單、不需要外接電源，傳輸速度 12Mbps，新的 USB 2.0可達(dá) 480Mbps；電纜最大長度 5 米，USB 電纜有 4 條線：2 條信號線，2 條電源線，可提供 5伏特電源，USB 電纜還分屏蔽和非屏蔽兩種，屏蔽電纜傳輸速度可達(dá) 12Mbps，價(jià)格較貴，非屏蔽電纜速度為 1.5Mbps，但價(jià)格便宜；USB 通過串聯(lián)方式最多可串接 127 個設(shè)備；支持熱插拔。最新的規(guī)格是 USB 3.0。 1.5 串行通信與并行通信區(qū)別計(jì)算機(jī)

15、與外界的信息交換稱為通信。在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式： 并行通信和串行通信。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和微機(jī)分級 分布式應(yīng)用 系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要。通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息傳輸，既包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳輸，也包括計(jì)算機(jī)與 外部設(shè)備，如終端、打印機(jī)和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。 串行通信是指 使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計(jì)算機(jī)與5計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。 在計(jì)算機(jī)和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是靠電纜或信道上的 電流或電壓變化實(shí)現(xiàn)的。如果一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時被傳輸，這種

16、傳輸方式稱為并行通信。終點(diǎn)源010010018 位數(shù)據(jù)線（a）并行通信0100 1 00 1源（b）串行通信終點(diǎn)圖 1 串行通信與并行通信的區(qū)別1.6 MCS-51 串行接口的基本特點(diǎn) MCS-51 單片機(jī)的串行端口有 4 種基本工作方式，通過編程設(shè)置，可以使其工作在任一方式，以滿足不同場合的需要。其中，方式 0 主要用于外接移位寄存器，以擴(kuò)展單片機(jī)的IO 電路；工作方式 1 多用于雙機(jī)之間或與外設(shè)電路的通信；方式 2、3 除有方式 1 的功能外，還可以作多機(jī)通信，以構(gòu)成分布式多微機(jī)系統(tǒng)。 串行端口有兩個控制寄存器 SCON、PCON，用于設(shè)置工作方式、發(fā)送或接收的狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送波特率

17、每秒傳送的位數(shù)以及作為中斷標(biāo)志等。串行端口有一個數(shù)據(jù)寄存器 SBUF 在特殊功能寄存器中的字節(jié)地址為 99H，該寄存器為發(fā)送和接收所共用。串行端口的波特率可以用程序來控制。在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器 T1 的定時溢出時間確定，使用十分方便靈活。串口控制寄存器輸入：在(REN)=1 時，串行口采樣 RXD 引腳，當(dāng)采樣到 1 至 O 的跳變時，確認(rèn)是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的開始位 0，從而開始接收一幀數(shù)據(jù)。只有當(dāng) 8 位數(shù)據(jù)接收完，并檢測到高電平停止位后，只有滿足(R1)=0；(SM2)=0 或接收到的第 9 位數(shù)據(jù)為 1 時，停止位才進(jìn)入 RB8，8 位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄

18、存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志 RI；否則信息丟失。所以在6方式 1 接收時，應(yīng)先用軟件清零 RI 和 SM2 標(biāo)志。1. 工作方式 2 方式 2 為固定波特率的 11 位 UART 方式。它比方式 1 增加了一位可程控為 1 或 0 的第9 位數(shù)據(jù)。輸出：發(fā)送的串行數(shù)據(jù)由 TXD 端輸出一幀信息為 11 位，附加的第 9 位來自 SCON 寄存器的 TB8 位，用軟件置位或復(fù)位。它可作為多機(jī)通訊中地址數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，也可以作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。當(dāng) CPU 執(zhí)行一條數(shù)據(jù)寫入 SUBF 的指令且 TI=0 時，就啟動發(fā)送器發(fā)送。發(fā)送一幀信息后，置位中斷標(biāo)志 TI。輸入：在(REN)=1 時，串行口

19、采樣 RXD 引腳，當(dāng)采樣到 1 至 O 的跳變時，確認(rèn)是串行發(fā)送來的一幀數(shù)據(jù)的開始位 0，從而開始接收一幀數(shù)據(jù)。在接收到附加的第 9 位數(shù)據(jù)后，當(dāng)滿足(RI)：0；(SM2)=0 或接收到的第 9 位數(shù)據(jù)為 1 時，第 9 位數(shù)據(jù)才進(jìn)入 RB8，8 位數(shù)據(jù)才能進(jìn)入接收寄存器，并由硬件置位中斷標(biāo)志 Ri；否則信息丟失。且不置位 RI。2. 工作方式 3方式 3 為波特率可變的 11 位 UART 方式。除波特率外，其余與方式 2 相同。波特率的選擇 如前所述，在串行通訊中，收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳送率(波特率)要有一定的約定。在 MCS-51串行口的四種工作方式中，方式 0 和 2 的波特率是固定的，

20、而方式 1 和 3 的波特率是可變的，由定時器 T1 的溢出率控制。1方式 1方式 1 的波特率固定為主振頻率的 1/12。2方式 2方式 2 的波特率由 PCON 中的選擇位 SMOD 來決定，可表示為：波特率=2sMoDfosc64也就是當(dāng) SMOD=1 時，波特率為 132fosc，當(dāng) SMOD=0 時，波特率為 164fosc。3方式 1 和方式 3定時器 T1 作為波特率發(fā)生器，其公式如下：波特率=2SMOD32定時器 T1 溢出率T1 溢出率=T1 計(jì)數(shù)率產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù)式中 T1 計(jì)數(shù)率取決于它工作在定時器狀態(tài)還是計(jì)數(shù)器狀態(tài)。當(dāng)工作于定時器狀態(tài)時，T1 計(jì)數(shù)率為 Fosc/2

21、：當(dāng)工作于計(jì)數(shù)器狀態(tài)時，T1 計(jì)數(shù)率為外部輸入頻率，此頻率應(yīng)小于Fosc/24。產(chǎn)生溢出所需周期與定時器 T1 的工作方式、T1 的預(yù)置值有關(guān)。定時器 T1 工作于方式 O：溢出所需周期數(shù)=8192-X定時器 T1 工作于方式 1：溢出所需周期數(shù)=65536-X7定時器 T1 工作于方式 2：溢出所需周期數(shù)=256-X因?yàn)榉绞?2 為自動重裝入初值的 8 位定時器計(jì)數(shù)器模式，所以用它來做波特率發(fā)生器最恰當(dāng)。這種方式下，T1 的溢出率次秒計(jì)算式可以表示為：T1 溢出率=Fsoc12256-X1.7 波特率選擇波特率（Boud Rate）就是在串口通信中每秒能夠發(fā)送的位數(shù)（bits/second）

22、。MCS-51串行端口在四種工作模式下有不同的波特率計(jì)算方法。其中，模式 0 和模式 2 波特率計(jì)算很簡單；模式 1 和模式 3 的波特率選擇相同，故在此僅以工作模式 1 為例來說明串口通信波特率的選擇。 在串行端口工作于模式 1，其波特率將由計(jì)時/計(jì)數(shù)器 1 來產(chǎn)生，通常設(shè)置定時器工作于模式 2（自動再加模式）。在此模式下波特率計(jì)算公式為： 波特率=（1+SMOD）*晶振頻率/（384*（256-TH1） 其中，SMOD寄存器 PCON 的第 7 位，稱為波特率倍增位； TH1定時器的重載值。 在選擇波特率的時候需要考慮兩點(diǎn)：首先，系統(tǒng)需要的通信速率。這要根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)作特點(diǎn)，確定通信的頻率范

23、圍。然后考慮通信時鐘誤差。使用同一晶振頻率在選擇不同的通信速率時通信時鐘誤差會有很大差別。為了通信的穩(wěn)定，我們應(yīng)該盡量選擇時鐘誤差最小的頻率進(jìn)行通信。 1.8 通信協(xié)議的使用通信協(xié)議是通信設(shè)備在通信前的約定。單片機(jī)、計(jì)算機(jī)有了協(xié)議這種約定，通信雙方才能明白對方的意圖，以進(jìn)行下一步動作。假定我們需要在 PC 機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通信，在雙方程式設(shè)計(jì)過程中，有如下約定： 0 xA1：單片機(jī)讀取 P0 端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回 PC 機(jī)； 0 xA2：單片機(jī)從 PC 機(jī)接收一段控制數(shù)據(jù)； 0 xA3：單片機(jī)操作成功信息。在系統(tǒng)工作過程中，單片機(jī)接收到 PC 機(jī)數(shù)據(jù)信息后，便查找協(xié)議，完成相應(yīng)的操作。

24、當(dāng)單片機(jī)接收到 0 xA1 時，讀取 P0 端口數(shù)據(jù)，并將讀取數(shù)據(jù)返回 PC 機(jī)；當(dāng)單片機(jī)接收到0 xA2 時，單片機(jī)等待從 PC 機(jī)接收一段控制數(shù)據(jù)；當(dāng) PC 接收到 0 xA3 時，就表明單片機(jī)操作已經(jīng)成功。81.9 51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和作用51 單片機(jī)的串行接口是一個全雙工的接口，它可以作為 UART（通用異步接受和發(fā)送器）用，也可以作為同步移位寄存器用。51 單片機(jī)串行接口的結(jié)構(gòu)如下：數(shù)據(jù)緩沖器（ SBUF）接受或發(fā)送的數(shù)據(jù)都要先送到 SBUF 緩存。有兩個，一個緩存，另一個接受，用同一個直接地址 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

25、到的數(shù)據(jù)取出。串行控制寄存器（ PCON）SCON 用于串行通信法師的選擇，首發(fā)控制及狀態(tài)指示。利用 AT89C51 芯片、復(fù)位電路、時鐘電路、LED 數(shù)碼管等，使 A 機(jī)控制 B 機(jī)的兩個 LED閃爍，B 機(jī)控制 A 機(jī)的數(shù)碼管加一顯示。使用 DS18B20 溫度傳感器,由 B 機(jī)測量溫度后由 A機(jī)顯示. 把 P1 口的高 7 位與數(shù)碼管相連，綠燈表示通行方向。P2 口與 LED 顯示器相連，用來輸出顯示的數(shù)字。圖 2 系統(tǒng)和原理框圖1.10 雙機(jī)通信兩臺機(jī)器的通信方式可分為單工通信、半雙工通信、雙工通信，他們的通信原理及通信方式為：單工通信：是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。單工通信信道?/p>

26、單向信道，發(fā)送端和接收端的身份是固定的，發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息，數(shù)據(jù)信號僅從一端傳送到另一端，即信息流是單方向的。通信雙方采用單工通信屬于點(diǎn)到點(diǎn)的通信。根據(jù)收發(fā)頻率的異同，單工通信可分為同頻通信和異頻通信。半雙工通信： 這種通信方式可以實(shí)現(xiàn)雙向的通信，但不能在兩個方向上同時進(jìn)行，必須輪流交替地進(jìn)行。也就是說，通信信道的每一段都可以是發(fā)送端，也可以是接端。但同一時刻里，信息只能有一個傳輸方向。如日常生活中的例子有步話機(jī)通信等。雙工通信：雙工通信是指在同一時刻信息可以進(jìn)行雙向傳輸，和打電話一樣，說的同時也能聽，邊說邊聽。這種發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別在兩個不同的

27、頻率上能同時進(jìn)行工作的外圍電路AT89C51MAX232RS232232RS232MAX232AT89C51外圍電路9雙工機(jī)也稱為異頻雙工機(jī)。雙工機(jī) 的特點(diǎn)是使用方便，但線路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，價(jià)格也較高 。2 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析2.1 匯編語言和 C 語言的特點(diǎn)及選擇本設(shè)計(jì)是硬件電路和軟件編程相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的編程語言是一個重要的環(huán)節(jié)。在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時，常用的是匯編語言和 C 語言。主機(jī)硬件，程序可讀性和可移植性比較差。而 C 語言雖然執(zhí)行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活，運(yùn)算方便，表達(dá)類型多樣化，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富，具有結(jié)構(gòu)化的控制語句，程序設(shè)計(jì)自由度大，有很好的可

28、重用性，可移植性等特點(diǎn)。所以我們采用 C 語言編寫了程序。2.2 并行通信與串行通信的比較計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信，常用的通信方式有兩種：并行通信和串行通信。51單片機(jī)用 4 個接口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出就是并行通信，并行通信得特點(diǎn)是傳輸信號的速度快，但所用的信號線比較多，成本高，傳輸?shù)木嚯x較近。串行通信的特點(diǎn)是只用兩條信號線即可完成通信，成本低，傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)。2.3 串行通信程序設(shè)計(jì)的比較串行通信程序設(shè)計(jì)主要有微機(jī)發(fā)送接收程序和單片機(jī)發(fā)送接收程序。微機(jī)發(fā)送接收程序復(fù)雜難懂，操作不便。單片機(jī)發(fā)送接收程序簡單易懂，操作方便。故而，此系統(tǒng)采用后者。2.4 同步通信與異步通信的區(qū)別“異

29、步通信”是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時，所發(fā)送的字符之間的時間間隔可以是任意的。當(dāng)然，接收端必須時刻做好接收的準(zhǔn)備（如果接收端主機(jī)的電源都沒有加上，那么發(fā)送端發(fā)送字符就沒有意義，因?yàn)榻邮斩烁緹o法接收）。發(fā)送端可以在任意時刻開始發(fā)送字符，因此必須在每一個字符的開始和結(jié)束的地方加上標(biāo)志，即加上開始位和停止位，以便使接收端能夠正確地將每一個字符接收下來。異步通信的好處是通信設(shè)備簡單、便宜，但傳輸效率較低。 異步通信也可以是以幀作為發(fā)送的單位。接收端必須隨時做好接收幀的準(zhǔn)備。這是，幀10的首部必須設(shè)有一些特殊的比特組合，使得接收端能夠找出一幀的開始。這也稱為幀定界。幀定界還包含確定幀的

30、結(jié)束位置。這有兩種方法。一種是在幀的尾部設(shè)有某種特殊的比特組合來標(biāo)志幀的結(jié)束?；蛘咴趲撞恐性O(shè)有幀長度的字段。需要注意的是，在異步發(fā)送幀時，并不是說發(fā)送端對幀中的每一個字符都必須加上開始位和停止位后再發(fā)送出去，而是說，發(fā)送端可以在任意時間發(fā)送一個幀，而幀與幀之間的時間間隔也可以是任意的。在一幀中的所有比特是連續(xù)發(fā)送的。發(fā)送端不需要在發(fā)送一幀之前和接收端進(jìn)行協(xié)調(diào)。 每個字符開始發(fā)送的時間可以是任意的 t0 0 1 1 0 1 1 0 起始位結(jié)束位 t 每個幀開始發(fā)送的時間可以是任意的以字符為單位發(fā)送以幀為單位發(fā)送幀開始幀結(jié)束 “同步通信”的通信雙方必須先建立同步，即雙方的時鐘要調(diào)整到同一個頻率。

31、收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。但這時還有兩種不同的同步方式。一種是使用全網(wǎng)同步，用一個非常精確的主時鐘對全網(wǎng)所有結(jié)點(diǎn)上的時鐘進(jìn)行同步。另一種是使用準(zhǔn)同步，各結(jié)點(diǎn)的時鐘之間允許有微小的誤差，然后采用其他措施實(shí)現(xiàn)同步傳輸。113 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)要求在本設(shè)計(jì)中，要求完成 51 單片機(jī)與串口的線路連接、并用 C 語言編寫程序?qū)崿F(xiàn) PC 機(jī)與51 單片機(jī)通過串口實(shí)現(xiàn)異步通信，并能根據(jù)設(shè)置調(diào)整異步傳行通信參數(shù)。3.2 設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)，對于兩片 89C51，采用 RS-232 進(jìn)行雙機(jī)通信。發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口 TXD段輸出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為

32、 RS-232 點(diǎn)評輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也是用 MAX232 芯片驚醒電平轉(zhuǎn)換后，信號到達(dá)接收方串行口的接收端。接收方接收后，在數(shù)碼管上顯示接收的信息。軟件部分，通過通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，主機(jī)先送 AAH 給從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到 AAH 后，向主機(jī)回答 BBH，主機(jī)收到 BBH 后就把數(shù)碼表中的 16 個數(shù)據(jù)送給從機(jī)，并發(fā)送檢驗(yàn)和。從機(jī)收到 16 個數(shù)據(jù)并計(jì)算接收到數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和，與主機(jī)發(fā)送來的檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若檢驗(yàn)和相同則發(fā)送 00H 給主機(jī)；否則發(fā)送 FFH 給主機(jī)，重新接受。從機(jī)收到 16 個正確數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管顯示。3.3 硬件設(shè)計(jì)AT89C51 是一種帶 4K

33、字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。A、B 兩臺 51 單片機(jī)機(jī)通過串行接口相連，B 機(jī)

34、的七段數(shù)碼管顯示其接收到（A 機(jī)發(fā)出）的數(shù)字；而 A 機(jī)的七段數(shù)碼管則顯示其接收到（B 機(jī)發(fā)出）的數(shù)字。電路原理圖如下所示。12BAABX1CRYSTALC122pFC222pFR110kC310nfX2CRYSTALC422pFC522pFR210kC610nfXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/

35、TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1

36、.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89C5123456781RP1RESPACK-723456781RP2RESPACK-7U3NOTU4NOT圖 3 電路原理圖在桌面上雙擊圖標(biāo)打開 ISIS 7 Professional 窗口。在器件選擇按鈕中單擊“P”按鈕，或執(zhí)行菜單命令“庫”“拾取元件符號”，添加如下

37、表所示的元件。表 2 元件選擇表51 單片機(jī) AT89C51 二片晶體 CRYSTAL 11.0592MHz 二只瓷片電容 CAP 22pF 四只電解電容 CAP-ELEC 10uF 二只電阻 RES 10K 二只上拉電阻網(wǎng)絡(luò) RESPACK-7 二只七段數(shù)碼管 7SEG-COM-CAT-GRN 二只管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原13碼輸

38、入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫 XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P

39、3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U3AT89C51 圖 3 AT89C51 管腳圖入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時，P1 口作為第八位地址接收。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地

40、位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/

41、PSEN 信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時14鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。有

42、余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在工具欄中單擊虛擬儀器按紐，再在對象選擇器中選擇虛擬終端VIRTUAL TERMINAL，放置兩個虛擬終端。在 ISIS 原理圖編輯窗口中放置元件，再單擊工具箱中元件終端圖標(biāo)，在對象選擇器中單擊 POWER 和 GROUND 放置電源和地。放置好元件后，布好線。左鍵雙擊各元件，設(shè)置相應(yīng)元件參數(shù)，完成電路圖的設(shè)計(jì)。3.4 軟件設(shè)計(jì)A、B 兩機(jī)進(jìn)行異步串行通信，當(dāng) B 機(jī)接收到 A 機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)后，一方面通過其數(shù)碼管顯示，另外加上偏移量后發(fā)出。當(dāng) A 機(jī)收到 B 機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)后，一方

43、面通過其數(shù)碼管顯示，另外經(jīng)延時后再發(fā)出下一個數(shù)據(jù)。A、B 兩機(jī)的流程圖如下所示。（1）發(fā)送端程序流程圖15主程序開始從機(jī)應(yīng)答程序初始化主機(jī)發(fā)送信號 K1 按下主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)輸出完成？清除標(biāo)志位未應(yīng)答未完成（2）接收方程序流程圖16主程序開始接收完成?程序初始化K2 按下，接收數(shù)據(jù)未完成發(fā)送信號接收完成？未完成清除標(biāo)志位顯示重新接收A、B 兩臺 51 單片機(jī)的異步串行接收采用查詢方式，它們詳細(xì)的 C51 程序如下所示。/A 機(jī)程序#include /包含單片機(jī)寄存器的頭文件unsigned char code ddata= 0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0

44、 x73,0 x3e,0 x31,0 x6e,0 x76,0 x38,0 xff,0 x00 ; /A,B,C,D,E,F,P,U,R,Y,H,L,全亮，全滅的段碼/*函數(shù)功能：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/17void Send(unsigned char dat) SBUF=dat; while(TI=0) ;/等待 TI=0;/*函數(shù)功能：接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/ unsigned char Receive(void) unsigned char dat; while(RI=0) ; /等待，直至接收完畢（RI=1）RI=0; /為了接收下一幀數(shù)據(jù)，需將 RI 清 0 dat=SBUF; /將接收緩沖

45、器中的數(shù)據(jù)存于 datreturn dat;/*函數(shù)功能：延時約 150ms*/ void delay(void) unsigned char m,n;for(m=0;m200;m+)for(n=0;n250;n+) ; /*函數(shù)功能：主函數(shù)*/void main(void) unsigned char i; TMOD=0 x20; /TMOD=0010 0000B，定時器 T1 工作于方式 2 SCON=0 x50; /SCON=0101 0000B，串口工作方式 1，允許接收 PCON=0 x00; TH1=0 xfd; /定時器 TH1 賦初值，波特率 9600 TL1=0 xfd; /

46、定時器 TL1 賦初值 TR1=1; /啟動定時器 T1 P2=0 x01; /置 P2.0 口為高電平18 while(1) for(i=0;i8;i+) Send(i); /發(fā)送數(shù)據(jù) iP0=ddataReceive(); /將接收到的數(shù)據(jù)送 P0 口顯示 delay(); /600ms 后發(fā)送下一個數(shù)據(jù) delay(); delay(); delay(); /B 機(jī)程序#include /包含單片機(jī)寄存器的頭文件unsigned char code ddata= 0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0 x73,0 x3e,0 x31,0 x6e,0 x

47、76,0 x38,0 xff,0 x00 ;/A,B,C,D,E,F,P,U,R,Y,H,L,全亮，全滅的段碼/*函數(shù)功能：發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/void Send(unsigned char dat) SBUF=dat; while(TI=0) ;/等待 TI=0;/*函數(shù)功能：接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)*/ unsigned char Receive(void)19 unsigned char dat; while(RI=0) ; /等待，直至接收完畢（RI=1）RI=0; /為了接收下一幀數(shù)據(jù)，需將 RI 清 0 dat=SBUF; /將接收緩沖器中的數(shù)據(jù)存于 datreturn dat;/*函數(shù)功

48、能：主函數(shù)*/void main(void) unsigned char dat; TMOD=0 x20; /定時器 T1 工作于方式 2 SCON=0 x50; /SCON=0101 0000B，串口工作方式 1,允許接收（REN=1） PCON=0 x00; TH1=0 xfd; /定時器 TH1 賦初值，波特率 9600 TL1=0 xfd; /定時器 TL1 賦初值 TR1=1; /啟動定時器 T1 P2=0X01; /置 P2.0 口為高電平 while(1) dat=Receive();P0=ddatadat; /將接收到的數(shù)據(jù)送 P0 口顯示Send(dat+8); /偏移量為+8 打開 Keil 程序（本人使用的是 Keil8.06 中文版），執(zhí)行菜單命令“工程”“新建工程”創(chuàng)建“l(fā)esson1”項(xiàng)目，并選擇單片機(jī)型號為 AT89C51。執(zhí)行菜單命令“文件”“新建”創(chuàng)建文件，輸入 A 機(jī)的 C 語言源程序，保存為“l(fā)esson1.C”。在 Project Workspace 窗口中右擊源代碼組 1，選擇“添加文件到組源代碼組 l”將源程序“l(fā)esson1.C”添加到項(xiàng)目中。20在