双机串行通信设计 精品.doc

所属课程名称 单片机原理与接口技术 题 目 双机串行通信 二 总体设计2.1 设计目的 通过本次课题设计，应用单片机原理及其接口技术等所学相关知识及查阅资料，完成简易双机串行通信设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。2.2 设计任务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，完成后在接收端的led 灯亮。2.3 设计方法本次设计，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。接受方接收后，灯亮。为提高抗干扰能力，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。三 硬件系统设计3.1基本功能：利用89c51完成两片单片机之间进行串行通信。3.2可选器件：51系列单片机、电容、LED灯本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和C语言。C语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁，使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句。本着学习和创新的精神，我们采用汇编语言编写了程序。3.1 51单片机串行通信功能图1.AT89C51计算机与外界的信息交换称为通信，常用的通信方式有两种：并行通信和串行通信。51单片机用4个接口与外界进行数据输入与数据输出就是并行通信，并行通信的特点是传输信号的速度快，但所用的信号线较多，成本高，传输的距离较近。串行通信的特点是只用两条信号线(一条信号线，再加一条地线作为信号回路)即可完成通信，成本低，传输的距离较远。51单片机的串行接口是一个全双工的接口，它可以作为UART(通用异步接受和发送器)用，也可以作为同步移位寄存器用。51单片机串行接口的结构如下：(1)数据缓冲器(SBUF)接受或发送的数据都要先送到SBUF缓存。有两个，一个缓存，另一个接受，用同一直接地址99H,发送时用指令将数据送到SBUF即可启动发送；接收时用指令将SBUF中接收到的数据取出。(2)串行控制寄存器(PCON)SCON用于串行通信方式的选择，收发控制及状态指示，各位含义如下：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1:串行接口工作方式选择位，这两位组合成00，01，10，11对应于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特点见下表SM0SM1工作方式功能波特率0008位同步移位寄存器(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)SM2：多机通信控制位。REN：接收允许控制位。软件置1允许接收；软件置0禁止接收。TB8：方式2或3时，TB8为要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。RB9：在方式2或3时，RB8位接收到的第9位数据，实际为主机发送的第9位数据TB8，使从机根据这一位来判断主机发送的时呼叫地址还是要传送的数据。TI：发送中断标志。发送完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。必须要软件清零后才能继续发送。RI：接收中断标志。接收完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。必须要软件清零后才能继续接收。(3)输入移位寄存器接收的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的数据传输速率的，51系列单片机用定时器T1作为波特率发生器，T1设置在定时方式。波特率时用来表示串行通信数据传输快慢程度的物理量，定义为每秒钟传送的数据位数。(5)电源控制寄存器PCON其最高位为SMOD。(6)波特率计算当定时器T1工作在定时方式的时候，定时器T1溢出率=(T1计数率)/(产生溢出所需机器周期)。由于是定时方式，T1计数率= fORC/12。产生溢出所需机器周期数=模M-计数初值X。3.2 整体电路设计最终设计电路如下图3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。图2.整体电路四 程序设计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。4.1 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2400bit/s的波特率，工作于方式2。(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:主机首先发送连络信号(AAH),从机接收到之后返回一个连络信号(BBH)表示从机已准备好接收。(4)通信过程使用第九位发送奇偶校验位。(5)从机接收到一个数据后，立即进行奇偶校验，若数据没有错误，则返回00H，否则返回FFH。(6)主机发送一个数据后，等待从机返回数据；若为00H，则继续发送下一个数据，若为FFH，则重新发送数据。4.2 程序流程图(1)发送端程序流程图主程序开始从机是否回答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) 接收方程序流程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4.3：源程序汇编语言程序：发送程序清单如下： START：CLR EA MOV TMOD，#20H ；定时器1置为方式2 MOV TH1，#0F4H ；装载定时器初值，波特率2400 MOV TL1，#0F4H MOV PCON，#00H SETB TR1 ；启动定时器 MOV SCON，#50H ；设定串口方式1，且准备接收应答信号 LOOP1：MOV SBUF，#0AAH ；发联络信号 JNB TI，$ ；等待一帧发送完毕 CLR TI ；允许再发送 JNB RI，$ ；等待2号机的应答信号 CLR RI ；允许再接收 MOV A，SBUF ；2号机应答后，读至A XRL A，#0BBH ；判断2号机是否准备完毕 JNZ LOOP1 ；2号机未准备好，继续联络 LOOP2：MOV R0，#40H ；2号机准备好，设定数据块地址指针初值 MOV R7，#10H ；设定数据块长度初值 MOV R6，#00H ；清校验和单元LOOP3：MOV SBUF，R0 ；发送一个数据字节 MOV A，R6 ADD A，R0 ；求校验和 MOV R6，A ；保存校验和 INC R0 JNB TI，$ CLR TI DJNZ R7， LOOP3 ；整个数据块是否发送完毕 MOV SBUF，R6 ；发送校验和 JNB TI，$ CLR TI JNB RI，$ ；等待2号机的应答信号 CLR RI MOV A，SBUF ；2号机应答，读至A JNZ LOOP2 ；2号机应答“错误”，转重新发送 RET ；2号机应答“正确”，返回接收程序清单如下： START：CLR EA CLR P1.0MOV TMOD，#20H MOV TH1，#0F4H MOV TL1，#0F4H MOV PCON，#00H SETB TR1 MOV SCON，#50H ；设定串口方式1，且准备接收 LOOP1：JNB RI，$ ；等待1号机的联络信号 CLR RI MOV A，SBUF ；收到1号机信号 XRL A，#0AAH ；判是否为1号机联络信号 JNZ LOOP1 ；不是1号机联络信号，再等待 MOV SBUF，#0BBH ；是1号机联络信号，发应答信号 JNB TI，$ CLR TI MOV R0，#40H ；设定数据块地址指针初值 MOV R7，#10H ；设定数据块长度初值 MOV R6，#00H ；清校验和单元LOOP2：JNB RI，$ CLR RI MOV A，SBUF MOV R0，A ；接收数据转储 INC R0 ADD A，R6 ；求校验和 MOV R6，A DJNZ R7， LOOP2 ；判数据块是否接收完毕 JNB RI，$ ；完毕，接收1号机发来的校验和 CLR RI MOV A，SBUF XRL A，R6 ；比较校验和 JZ END1 ；校验和相等，跳至发正确标志 MOV SBUF，#0FFH ；校验和不相等，发错误标志 JNB TI，$ ；转重新接收 CLR TI END1：SETB P1.0MOV SBUF，#00H RET五 系统调试与存在的问题在protues上进行仿真实验。首先使用Keil将编写完成的程序编译生成HEX文件，将HEX文件录到两片单片机中，进行仿真实验，结果如下图所示，可以看到，接收端接收到数据。图4.仿真图5.1 硬件调试常见故障：1、逻辑错误：它是由设计错误或加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括错线、开路、短路等。2、元器件失效：有两方面的原因：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是组装错误造成元件失效，如电解电容、集成电路安装方向错误等。3、可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏，经不起振动；走线和布局不合理也会引起系统可靠性差。4、电源故障：若样机由电源故障，则加电后很容易造成器件损坏。电源故障包括电压值不符合设计要求，电源引线和插座不对，功率不足，负载能力差等。调试方法：包括多级调试和联机调试。在调试过程中要针对可能出现的故障认真分析，直至检查出原因并排除。本次硬件调试过程中，对所出现的问题进行了认真的分析和改正，最后能够很好的达到设计要求的效果。5.2 软件调试软件调试一般分为以下四个阶段：1、 编写程序并查错；2、 在汇编语言的编译系统中编译源程序3、 对程序进行编译连接，并及时发现程序中存在的错误；4、 改正错误。在软件调试过程中，对出现的错误进行了认真的分析和修改，多次调试成功后，能够很好的达到既定的设计效果。六 设计小结经过繁忙而又紧张的课程设计，终于顺利的完成了设计任务。虽然在这段时间里每天都那么繁忙，但是在这忙碌的过程中却得到了许多的收获。经过课程设计，在查阅资料的过程中，了解了单片机串行通信的基本知识，对于以后的学习和工作都有很大的益处。在学习的过程中，也遇到了一些困难，比如开始的时候，由于发送端和接收端的通信协议没有做好，导致数据不能正确的传输，在解决问题的过程中，对于串行通信的实现有了深刻的认识