甲乙兩機(jī)串口通信雙向控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計

1、 目錄1. 題目設(shè)計要求：12. 系統(tǒng)的組成及工作原理22.1 系統(tǒng)組成22.2 工作原理22.3 雙機(jī)通訊的方案33. 器件的功能及作用43.1 硬件設(shè)計43.1.1 AT89C51說明43.1.2 RS23說明53.2 電氣特性53.3 DB-9連接器64. 系統(tǒng)硬件設(shè)計84.1 線路原理圖84.2 元器件清單95. 設(shè)計體會和收獲106. 參考文獻(xiàn)111. 題目設(shè)計要求：甲乙兩機(jī)串口雙向通信設(shè)計要求：利用51單片機(jī)，RS232芯片，LED燈，數(shù)碼管進(jìn)行雙機(jī)通信設(shè)計。甲機(jī)可按鍵控制乙機(jī)的LED顯示；乙機(jī)可按鍵控制甲機(jī)的數(shù)碼管顯示。完成以下設(shè)計環(huán)節(jié)： 1）使用Altium Desinger開

2、發(fā)工具，設(shè)計電路原理圖。 2）使用Uvision2開發(fā)平臺，采用C語言或匯編語言設(shè)計軟件程序。 3）使用PROTEUS仿真軟件，設(shè)計仿真原理圖并運(yùn)行軟件程序，完成系統(tǒng)仿真。 2. 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成 本次設(shè)計是用兩個單片機(jī)（稱為甲機(jī)和乙機(jī)）之間采用方式1雙向串行通信。 甲機(jī)的按鍵可通過串口控制甲機(jī)、乙機(jī)的2個LED燈，按一次甲機(jī)、乙機(jī)的LED1點(diǎn)亮，LED2滅，按兩次甲機(jī)、乙機(jī)LED1滅，LED2點(diǎn)亮，按三次甲機(jī)、乙機(jī)的LED1和LED2全亮。 乙機(jī)的按鍵課控制串口向甲機(jī)發(fā)送按下的次數(shù)，按下的次數(shù)通過串口顯示在甲機(jī)P0口的數(shù)碼管上，由此設(shè)計出總體框圖。LED顯示按鍵數(shù)碼管顯示

3、LED顯示按鍵STC89C51R1STC89C51R1圖2.1 總體框圖 2.2 工作原理雙機(jī)通信系統(tǒng)通過甲乙單片機(jī)的串行口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。甲單片機(jī)通過開關(guān)電路來啟動發(fā)送程序，甲機(jī)當(dāng)開關(guān)按下時向乙機(jī)發(fā)送一個數(shù)據(jù)，乙機(jī)上蜂嚀器發(fā)出聲音提示有數(shù)據(jù)發(fā)送過來，乙機(jī)通過接收中斷來接收和開關(guān)判斷是否接收甲機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并通過編寫好的數(shù)據(jù)代碼在8個發(fā)光二極管上顯示主機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。乙單片機(jī)通過開關(guān)電路來啟動發(fā)送程序，乙機(jī)給甲機(jī)發(fā)送一數(shù)據(jù)，甲機(jī)上蜂嚀器發(fā)出聲音提示有數(shù)據(jù)發(fā)送過來，甲機(jī)通過接收中斷來接收和開關(guān)判斷是否接收乙機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并通過編寫好的數(shù)據(jù)代碼在8個發(fā)光二極管上顯示乙機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

4、 2.3 雙機(jī)通訊的方案 設(shè)計方案： 該系統(tǒng)采用主從共兩片AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對下位機(jī)的控制，由于是近距離的雙機(jī)通信，我們采用單片機(jī)直接交叉連接的方式，上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由串行口TXD端輸出，直接由下位機(jī)的串行口數(shù)據(jù)接收端RXD接收。需要注意的是一定要保證主從機(jī)相同的數(shù)據(jù)傳輸速率，即要求設(shè)置相同的波特率。電路分為數(shù)碼管顯示模塊，指示模塊、以及單片機(jī)工作的基本復(fù)位、晶振模塊。 甲機(jī)由3個數(shù)碼管，4個獨(dú)立鍵盤開關(guān)，1個蜂嚀器組成。 乙機(jī)由8個發(fā)光二極管，一個蜂嚀器，1個數(shù)字溫度傳感器DS18B20組成。 單片機(jī)上最基本的兩個電路： 復(fù)位電路（圖2.2）和晶振電路（圖2.3）圖2.2 復(fù)位

5、電路圖圖2.3 晶振電路圖3. 器件的功能及作用3.1 硬件設(shè)計3.1.1 AT89C51說明 At89c51單片機(jī)內(nèi)部有1個功能很強(qiáng)大的全雙工串行口，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。串行口的內(nèi)部有數(shù)據(jù)接收緩沖器和數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器，數(shù)據(jù)接收緩沖器只能讀出不能寫入，數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，這兩個數(shù)據(jù)緩沖器都是用SBUF來表示，地址都是99H，CPU對特殊功能寄存器SBUF執(zhí)行寫操作就將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器，對SBUF執(zhí)行度操作就是讀出接收緩沖器中的內(nèi)容。特殊功能寄存器SCON參訪串行口的控制狀態(tài)信號，串行口用T1或者T2作為波特率發(fā)生器（發(fā)送和接收時鐘），特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD為串行

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，位尋址9FH98H。表3.1 寄存器表位地址9F9E9D9C9B9A9998位符號SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1：串行口工作方式選擇位SM2：多機(jī)通信控制位REN：允許/禁止串行口接收的控制位TB8：在方式2和方式3中，是被發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，可根據(jù)需要由軟件置1或清零，也可以作為奇偶校驗位，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位數(shù)據(jù)（來自第TB8位）；在方式中，RB8收到的是停止位，在方式0中不用。TI串行口發(fā)送中斷請求標(biāo)志位: 當(dāng)發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置1；在轉(zhuǎn) 向中

7、斷服務(wù)程序后，用軟件清0。RI串行口接收中斷請求標(biāo)志位: 當(dāng)接收完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置1；在轉(zhuǎn) 向中斷服務(wù)程序后，用軟件清0。SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其組合含義如下所示：表3.2 串行口表SM0SM1方式功能說明000移位寄存器方式（用于I/O口擴(kuò)展）0118位UART，波特率可變（T1溢出率/n)1029位UART，波特率為(f/64或f/32)1139位UART，波特率為（T1溢出率/n) PCON的D7位作為串行波特率系數(shù)SMOD控制位，PCON不可位尋址，其地址為87H，當(dāng)SMOD=1時，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說明RS232近程通訊總線適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信，由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。如圖3.1所示：圖3.1 DB9圖3.2 電氣特性EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V-15V邏輯0(SPACE)=+315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）+3V+15V信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15V

9、 RS232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。 最大直接傳輸距離說明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺。3.3 DB-9連接器使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個信號。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接

10、DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。最大直接傳輸距離說明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。 用RS-232總線連接系統(tǒng)有近程通訊方式和遠(yuǎn)程通訊方式兩種，近程通訊是指傳輸距離小于15米的通訊，可以用RS-232 電纜直接連接。15米以上的長距離通訊，需要采用調(diào)制調(diào)解器。 當(dāng)計算機(jī)與終端之間利用RS-232作近程連接時，有幾根線實(shí)現(xiàn)交換連接。本次實(shí)驗不需要檢測數(shù)據(jù)等信號狀態(tài)的 RS-232是異步通訊中最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，適用于數(shù)據(jù)中端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間的接口。在微

11、機(jī)通訊中，通常使用 的RS-232接口信號是九根引腳。如表3.3：各引腳功能如下：引腳號符號方向功能1DCD輸入載波檢測2RXD輸入接收數(shù)據(jù)3TXD輸出發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端就緒5GND信號地6DSR輸入數(shù)據(jù)裝置就緒7RTS輸出請求發(fā)送8CTS輸入清除發(fā)送9RI輸入振鈴指示表3.3 DB9管腳說明表 用RS-232總線連接系統(tǒng)有近程通訊方式和遠(yuǎn)程通訊方式兩種，近程通訊是指傳輸距離小于15米的通訊，可以用RS-232 電纜直接連接。15米以上的長距離通訊，需要采用調(diào)制調(diào)解器。 計算機(jī)和終端用RS-232連接的交叉圖4如下，圖中“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”是交叉相連的，是得兩臺設(shè)備都能正常的發(fā)

12、送和接收。 圖3.2 通訊連接數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線： 發(fā)送數(shù)據(jù)(TxD)通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM。 接收數(shù)據(jù)(RxD)通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。4. 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 線路原理圖第一步將兩組按鍵和LED燈分別連接到單片機(jī)U1、U2的P1口，第二步將單片機(jī)U1的P0口分別連接到數(shù)碼顯示管上進(jìn)行顯示，第三步將單片機(jī)U1的P0口連接到排阻上，第四步分別將單片機(jī)U1、U2的P3口連接到各自的線驅(qū)動器/接收器上，第五步將兩個線驅(qū)動器/接收器分別連接到各自的DB-9接口上，最后再將單片機(jī)U1、U2通過DB-9連接器進(jìn)行連接，來實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊。圖4.1 線路原理圖4.2 元

13、器件清單1、兩個C51單片機(jī)U1、U22、排阻3、數(shù)碼顯示管4、4個LED5、電容和極化電容6、220歐電阻7、兩個線驅(qū)動器/接收器8、兩個DB-9接口9、+5V電源10、兩個按鍵5. 設(shè)計體會和收獲最初選擇雙機(jī)串行通信這個實(shí)驗時，由于從未接觸過這類設(shè)計，感到新鮮的同時不乏挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)在終于將它完成了，感到受益頗多。第一，這是一份考驗我們自覺性、動手能力與協(xié)作意識的任務(wù)。第二，未知并不可怕，可怕的是因未知而止步。我們在課堂上所學(xué)的知識是非常有限的，這次的課程設(shè)計就是個很好的體現(xiàn)。很多函數(shù)的運(yùn)用我們還沒掌握，一些簡單的循環(huán)語句都可能出錯。實(shí)踐后才能真的知道我們真正掌握了多少。第三，團(tuán)結(jié)就是力量一點(diǎn)都不假。在團(tuán)組合作時我們更便于互相取長補(bǔ)短，相互討論，效果很好。通過本次課設(shè)實(shí)驗我們對自身進(jìn)行了查缺補(bǔ)漏，是自己對單片機(jī)這門課程有了更深的