单片机串口通信毕业论文.doc

单片机串口通信毕业论文I单片机串口通信毕业论文单片机串口通信毕业论文I目录摘要.IAbstract.II1绪论.11.1本课题选取的目的及意义.11.2目前国内外本课题研究状况.21.3本文的主要工作.32串行通信理论的有关概念.52.1通信.52.2通信参数.62.3工作模式.62.4同步通信与异步通信.73几种常用串行总线协议及方案选取.83.1IIC总线传输协议.83.2SPI总线传输协议.113.3串口通信传输协议.133.3.180C51单片机的串行口的结构.133.3.280C51串行口的控制寄存器.133.3.380C51单片机串行口的工作方式.153.4方案选取.174主从通信系统设计.184.1硬件原理图设计.184.2软件的编写.195主从式总线通信系统仿真.226论文总结.24致谢.25参考文献.26附录.27单片机串口通信毕业论文I摘要在要监控的范围较大或监控点数较多的情况下，就需要把监控工作分散进行，而把监控结果集中管理。这就是所谓的分布式监控。而分布式监控比较常用的一种通信方式就是主从式通信了。本文介绍了一个单片机做主机，两个单片机做从机的小型主从式总线通信系统的设计与实现。系统不仅实现了主从机之间的通信，而且实现了从机之间的通信。本文以主从式通信系统的分析与设计为主线，首先了解串行通信理论的有关概念，由此引出了多台设备间的串行通信模式，并提出了一个按总线方式将多个RS-232的发送端并联的可行方案。同时也介绍了单片机之间的串行通信设计。主从式通信的程序由两部分组成，一部分是主机的串行通信程序，别一部分是从机的串行通信程序。因此要设计一个协议管理主从机之间的通信。通信协议的设计主要解决了以下几个问题：1.对于主从式通信系统的设计通过通信协议进行管理，可以对主从机之间的通信进行规范化管理，使整个系统不会陷入混乱通信之中。2.设计了主机向从机发送通信方式的命令格式，从机向主机发送反馈命令的格式，以及通讯握手和发送/接收的具体处理流程关键字：主从式，多机通信，RS-232串行数据通信单片机串口通信毕业论文IIAbstractAslargenumberofobservationpointsaremonitoredsimultaneously,eachofthetaskscanbecontrolledthroughadistributedcontrolsysteminordertofocusontheresultofobservation.ThisiscalledtheDistributedMonitoring.Thedistributedcontroliscommonlyusedasawayofmaster-slavecommunication.Thisarticledescribesamicrocontrollertobethehostandtwosmallmicrocontrollertobetheslaveandbythiswaytodesignamaster-slavebuscommunicationsystem.Systemnotonlyrealizesthecommunicationbetweenmasterandslave,butalsorealizesthecommunicationbetweentheslaves.Thisthesisfocusedonanalysisanddesignofacommunicationsplanforadistributedmonitoredcontrolsystem.Inthebeginningtheapplicationbackgroundandthelayoutofthedevicesareintroduced,thisleadstotheserialcommunicationmodebetweenmultiple-device.AftertheintroductionafeasiblewaytoletseveralRS-232sTXDbeinparallelviabusisdescribed.AlsointroducedthedesignofserialcommunicationbetweenMCU.Communicationprotocoldesignedmainlytosolvethefollowingproblems：first,forthemaster-slavecommunicationsystemdesignmanagementthroughcommunicationprotocolscanbestandardizedmanagementthemasterslavecommunications.Bythisway,thewholesystemwillnotintochaoscommunications.second,Designofthehostmachinetosendacommunicationfromthecommandformat,feedbackfromthemachinetosendcommandstotheformatofthehost,Communicationhandshakeandsend/receivethespecificprocessesKeyWords:Master-slavemode,Muliple-computercommunication,RS-232serialdatecommunication单片机串口通信毕业论文11绪论为了提高系统管理的先进性和安全性，计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统。较为常见的形式是由一台作管理用的上位主计算机(主机)和多台直接参与控制检测的下位从计算机(从机)构成的主从式多机系统，主机和从机之间以通讯的方式来协调工作。主机的作用一是要向从机发送各种命令及参数；二是要及时收集、整理和分析从机发回的数据，供进一步决策和报表。从机被动地接收、执行主机发来的命令，并且根据主机的要求向主机回传相应的实时数据，报告其运行状态1。1.1本课题选取的目的及意义由于计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统，而主从式是其中最为普遍的一种方式。51单片机由于其出色的性能和便宜的价格，目前仍然是国内用的最为广泛的8位单片机类型，因此选取基于51单片机的主从通信系统的设计与实现这个课题是十分有意义的。通过这个课题，不仅对51单片机有了一个比较系统的认识与了解，还可以将所学习的单片机和C语言的有关知识应用到具体的实际中去。同时，通过本次课题，还可以对主从通信有一个大体上的认识了解。通过查找资料，可以学习到各种各样的主从通信的方法，也可以通过对比学习到具体实际情况下各种方法的具体应用。随着计算机系统的应用和微机网络的发展,通信功能越来越显的重要。通信既包括计算机与外部设备之间,也包括计算机和计算机之间的信息交换。由于串行通信是在一根传输线上一位一位的传送信息,所用的传输线少,并且可以借助现成的电话网进行信息传送,因此,特别适合于远距离传输.对于那些与计算机相距不远的人机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等,采用串行方式交换数据也很普遍。在实时控制和管理方面,采用多台微机处理机组成分级分布控制系统中,各CPU之间的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。本次课题的设计所采用的方法是用串口通信的方法来实现主从式总线通信系统的。这是因为用串行总线技术可以使集总分散系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。同时，系统的更改和扩充极为容易。MCS-51系列单片机，由于内部带有一个可用于异步通讯的全双工的串行通讯接口，因此可以很方便地构成一个主从式多机系统。单片机串口通信毕业论文21.2目前国内外本课题研究状况由于计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统，而主从式是其中最为普遍的一种方式，因此各种各样主从式总线通信系统的方法不断涌现。目前比较常用的有利用IIC总线传输协议设计的主从式总线通信系统，还有的是利用SPI总线传输协议和USB协议以及串口通信等设计的主从式总线通信系统。由于主从式总线通信系统采用的的方法众多，因此目前国内外一般是根据实际情况而采用不同的方法去实现主从式通信系统的功能。比如，如果要设计的主从式通信系统只是在小范围内传送数据，甚至只是在板间传送数据，或者要求使用的I/O口很少，而对于数据的抗干扰能力的要求不是很高的话，则采用IIC总线传输协议是最合适不过的了2。IIC总线支持任何一种IC制造工艺，并且PHILIPS和其他厂商提供了种类非常丰富的I2C兼容芯片。作为一个专利的控制总线，IIC已经成为世界性的工业标准。每个器件都有一个唯一的地址，而且可以是单接收的器件（例如：LCD驱动器）或者可以接收也可以发送的器件（例如：存储器）。发送器或接收器可以在主模式或从模式下操作，这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。IIC是一个多主总线，即它可以由多个连接的器件控制。基本的I2C总线规范于20年前发布，其数据传输速率最高为100Kbits/s，采用7位寻址。但是由于数据传输速率和应用功能的迅速增加，I2C总线也增强为快速模式（400Kbits/s）和10位寻址以满足更高速度和更大寻址空间的需求。IIC总线始终和先进技术保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近还增加了高速模式，其速度可达3.4Mbits/s。它使得IIC总线能够支持现有以及将来的高速串行传输应用，例如EEPROM和Flash存储器。而如果需要远距离传输数据，且对数据传送的抗干扰能力要求有点高，则可以使用RS-422或者RS-485协议进行主从式通信系统的设计。另外，USB协议则是一种比较新型、快速、灵活的总线传输方法，此通信系统通常只有一个主机，利用此方法设计的通信系统有如下特点：(1)适用范围广泛，适用于数码相机，高速数据采集等多种设备；(2)支持热拔插，且此过程由系统自动完成，无需用户干预；(3)采用菊花链式的星型总线结构，支持多达127个外设同时连接；(4)1.5Mbps、12Mbps和480Mbps的3种速度模式，可以满足不同外设对速度的要求3。USB发展到今天，总共有三种标准：1996年发布的USB1.0，1998年发布的USB1.1以及刚刚发布的最新标准USB2.0，此三种标准最大的差别就在于数据传输率方面，在其它方面也有不同程度的改进，总体来说，就目前的USB2.0而言，已经拥有什么出众的性能与传输速率。USB数据线由两对线组成，一对数单片机串口通信毕业论文3据线，一对电力线，通过电力线可以为USB设备提供5V电压，允许通过最大电流为500mA，这个数字不算很大，但好在聊胜于无，可以满足一些耗电量较少的设备的需求，通过特殊的USB互联设备，我们还可以用USB口实现双机联网，速度是USB1.1的标准达12Mbps（1.5MB/S），可惜仅能进行简单的数据交换，不能称做真正的网络。当所要设计的主从式总线通信系统采用譬如MSP430单片机当主机或者从机时，由于此单片机具有支持SPI的片内串行通信接口，所以可以采用SPI总线传输协议进行设计。SPI是英语SerialPeripheralinterface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。串行外围设备接口SPI是一种同步串行接口，因其硬件功能强，与SPI有关的软件就相当简单，可使MSP430单片机有更多的时间处理其他任务。此时，所设计的系统拥有极低的功耗，丰富的片内外设，卓越的工作性能和方便灵活等优点4。1.3本文的主要工作本次毕业设计的主要工作是设计出一个51单片机总线式主从通信系统。实现基于主从总线的数据传送，除了实现主机与从机间的数据传送外，还实现从机到从机的数据传送的功能。为了方便起见，先设计一个一主两从的通信系统，画出系统的硬件原理图，并且在此原理图的基础上设计出软件实现此功能。至于更加复杂的主从式多机系统的设计与实现可以在此系统的基础上进行扩展实现。在本次主从式通信系统的设计与实现过程中，首先要做的工作是设计出一个主从式通信系统的硬件原理框图，然后在此原理框图的基础上进行具体的硬件电路设计，在设计过程中要充分考滤到可能出现的问题，然后找出合理的方法解决。在已设计好了的硬件电路的基础上再进行具体的软件编写，满足任务书上主从式通信系统的功能要求。在编写程序代码的过程中，要了解串口通信的原理，并且能通过串口进行正确的数据传送。再者，为了对整个系统进行有效的，规范的管理，使之能够正确通信，必须设计出一个通信协议进行管理。同时通信协议也对主从机之间的接收/发送数据流程有了直观的规定。论文结构如下：第一章，绪论。介绍课题背景、发展现状，课题意义、应用前景等。第二章，简要介绍串行通信理论的有关概念。比如有通信、工作模式和同步