51单片机多机通信课程设计.docx

单片机应用与仿真训练设计报告单片机多机通信姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 所在学院： 2011年7月 5 日24摘要本设计是基于at89s52单片机温度检测传输的三机通信系统，有三个单片机组成，其中一个作为主机（上位机），控制并负责接收来自从机1号和从机2号采集的数据信息，并显示在数码管上。由主机发送控制信息（通过按键控制），确定是接收来自想要得到各从机数据。从机1号和2号是数据采集模块，用来采集室内或室外温度信息，并通过通信协议传送给主机。为保证三机通信可靠性，通信口要有识别功能，51单片机串行口控制寄存器scon中sm2位正是满足这一要求而设置的。当串行口以工作方式三工作时，接收和发送的信息都是11位数据,既包含sbuf寄存器传送的8位数据，还包括scon中可编程第9位数据即tb8或rb8，主机可通过设定tb8是0或1，来区别发送的是地址还是数据。从机都先将scon中的sm2设置为1，待主机发送地址信息，与本身的地址对照，如果是，则令从机sm2为0，准备接收主机信息并发送温度信息，如果不是，则继续等待。主机通过中断口接收数据，处理后显示在数码管上。此次设计由于只有一个18b20温度传感器，这里用三个任意的数据代替从机2采集温度数据，由于传输距离较短，这里不用max232,直接将主机的发送端接从机接收端，主机接收端连接从机发射端，仿真结果正常显示，实验结果正常。目录1概述21.1设计概述21.2多机通信基本原理21.3 通信协议22系统总体方案及硬件设计22.1总体设计方案22.2硬件电路设计23软件设计23.1控制流程图23.2串行口采集步骤23.3软件流程图2proteus仿真2课程设计体会2参考文献:2附件1：主机a源程序代码2附件2：原理图2河南理工大学课程设计1概述1.1设计概述目前在通信领域里，单片机一对一通信已经不能满足人们设计的需要，多机通信已经成为主要通信方式。单片机多机通信是指两台以上的单片机组成的网络结构，可以通过串行通信方式共同实现对某一过程的控制。目前单片机多机通信形式较多，常见的有星形、环形，串行总线型通信和主从式多机型四种。本设计采用的是主从式多机型，它是一种分散性网络结构，具有接口简单、使用灵活等优点。下图为主从式多机通信示意图：从机2从机1txdrxdat89s52主机 rxd从机n多机通信示意图1.2多机通信基本原理51用于多机通信时必须工作在方式2或方式3。以方式3为例，每发送一帧数据为11位：1位起始位(0)，8位数据位和1位停止位(1)，附加的第9位数据在非多机系统中为奇偶校验位，在发送端有scon的tb8产生，在接收端传送到开关电源模块scon的rb8。它还可设定为“0”或“1”作为在mtd2002多机通信中区分数据帧(0标志)还是地址帧(1标志)的标志。在mcs-51多机系统中有以下协议：所有的各从机均处于听命状态，即sm2=1，以便接收主机发来的地址，当接收到一帧信息的rb8为“1”时，表示主机发送来的是地址信息，所有的从机均发生接收中断，否则中断屏蔽。当一从机进入相应的中断服务程序，把接收到的地址和本机的地址比较，如果相符合就令其sm2=0，并向主机发回本机地址以作应答，该从机就与主机联通，准备接收主机发来的命令或数据信息，而其他的未被寻址从机保持sm2=1并退出各自的中断服务程序。这样，只有sm2=0的从机才能接收到主机发送来的数据信息，顺利实现地址帧和数据帧的分离。被寻址从机在通信完成后重新使sm2=1，并退出中断服务程序，等待下次通信。1.3 通信协议要实现单片机和pc机的正常通信，必须正确设定它们两者之间的通信方式，保证双方都用相同的波特率、起始位、停止位、奇偶校验位，并且要建立双方通信的应答信号。单片机既可工作在同步移位寄存器方式下也可工作在uart(通用异步收发器)下。串行口的通信方式是由特殊功能寄存器scon来控制的。其各控制定义如下：sm0，sm1：工作模式设定位;sm2：允许使用方法2、3多机通信控制位;rb8：接收数据第9位;tb8：发送数据第9位;ti：发送中断标志;ri：接收中断标志。本文中工作方式为3，即9位uart定时器t1作为波特率发生器。1)串行通信波特率为9600bps;2)帧格式为8位数据位，一位起始位，一位可编程的第9位(即发送和接收的地址/数据位的标志位)，一位停止位;3)主机和从机遵循主从原则，主机用呼叫方式选择从机，数据在主机和从机之间双向传递，各从机之间的相互通信需通过主机作为中介;4)主从机之间还应传送一些供它们识别的命令和状态字，如以c表示主机发送从机接收命令，以d表示从机发送主机接收命令等。2系统总体方案及硬件设计2.1总体设计方案多机通信模块共有四个基本模块组成，一是主单片机，主要功能是控制发送命令和接受从机发送的数据；二是从单片机1，负责采集温度数据，并发送到主机；三是从机2，功能作用同上，但也可以是其他数据，比如空气空气湿度、水分、相关气体含量等；四是显示模块，本设计采用数码管显示，数码管便宜简单、编程容易、易控制，同时硬件电路比较好设计等。下图为总体设计框图：温度传感器1at89s52主机从机1温度传感器2从机2按键控制数码管显示总体设计方案框图2.2硬件电路设计单片机最小系统有时钟电路、复位电路、电源电路组成，如下图（1） 时钟电路：单片机工作时，是一条一条地从rom中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12mhz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12(1/12)us，也就是1us。没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。旁边的两个电容叫负载电容。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的。晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。（2） 复位电路：上电复位电路上图是用作上电复位用的，vcc一上电，由于电容两端电压不能突变，所以rst上为高电平，然后电容放电，rst就为低电平了，放电时间为1/(r10*c),这个时间应该大于三个晶振周期。而那个开关的作用就是手动复位用的了。（3） 电源电路：电源电路见最小系统中的电源即是，较简单。（4） 显示电路：显示电路由四位共阴数码管组成，其中位选由单片机p2口提供，段选由p0（p0口已上拉电阻）口提供，其中位选处加限流电阻。（5） 温度采集电路：18b20vccdagnd18b20传感器是独特的一线接口，只需要一条口线通信，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 v至5.5 v 无需备用电源 测量温度范围为-55 c至+125 。根据ds18b20的通讯协议，主机（单片机）控制ds18b20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对ds18b20进行复位操作，复位成功后发送一条rom指令，最后发送ram指令，这样才能对ds18b20进行预定的操作。复位要求主cpu将数据线下拉500微秒，然后 释放，当ds18b20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主cpu收到此信号表示复位成功。（6） 传输电路：上图为max232电平转换芯片电路，其主要特点是：1、 符合所有的rs-232c技术标准。2、 只需要单一 +5v电源供电。3、 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10v和-10v电压v+、v- 。4、 功耗低，典型供电电流5ma 。5、 内部集成2个rs-232c驱动器 。6、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。由于本次通信是单片机之间的通信，距离较近，此次设计过程中没用，直接将主机的发射口接从机接收口，主机接收口连接从机发射口。3软件设计3.1控制流程图多机温度检测系统设计流程图主机发送控制命令，确定由哪一个从机传送采集的温度数据，然后经过处理，显示在数码管上。3.2串行口采集步骤主机发送信息，可以传送到各个从机或指定从机，各从机发送的信息只能被主机接收。多机通信（关键是地址帧的识别）主机发送：地址帧、数据帧的鉴别是通过第9位数据确定：tb8=1，地址帧，tb8=0，数据帧；从机接收：各从机串行口工作在方式2、方式3下；多机通信标志sm2（scon.5）=1；检查接收到的第9位rb8（scon.2），当 rb8=1：地址帧，将地址装入sbuf，置位ri，发出接收中断请求；判断主机发送地址是否与本机相符，若相符，则将从机sm2清0（变成直通方式），准备接收其后传送来的数据。rb8=0：数据帧，对sm2=1，rb8=0的从机，接收数据丢弃，而对sm2=0的从机：直通方式，不论rb8是0还是1，都将接受到的数据送sbuf，并发出中断请求。多机通信的过程总结如下：（1）全部从机串行口工作方式初始化为2或3，置位sm2，允许中断；（2）主机置位tb8，发送要寻址的从机地址；（3）所有的从机均接收主机发送的地址，进入中断进行地址比较；（4）确认寻址从机，自身sm2清0，向主机返回地址供主机核对；（5）主机核对无误，向被寻址从机发送发送命令，通知从机进行一对一数据通信。等待主机发送地址否显示回应主机并发送数据发送从机地址at89s52初始化（主机）开始3.3软件流程图是从机号proteus仿真从机1显示如下：按下开关后，主机发送从机a地址，从机a收到地址和自己相比较，如果正确，则回应主机，然后发送温度数据，如果不正确，则继续等待。从机b温度显示如下：按下开关后，主机发送从机b地址，从机b收到地址和自己相比较，如果正确，则回应主机，然后发送温度数据，如果不正确，则继续等待。课程设计体会通过本次课程设计，进一步熟悉了单片机编程原理和数字控制电路技术的相关知识，使自己所学的理论知识得到巩固，并充分认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性，同时对proteuls操作更加熟练。过程中遇到了一些困难，如：多机通信协议部分地址和数据的如何安排发送等，显示电路中的驱动是否需要驱动等问题。经过查找相关资料和科技文献，和电子发烧友的同学们交流，一步步解决所遇到的困难。但是在解决这些问题的过程无疑是对自己自身专业素质的一种提高，同时也加深自己对专业技术的认识。这次课程设计，使我看到自身的不足和缺点，也使我学到了如何克服电子电路设计时的困难，希望今后类似这样的课程设计会更多，让我多一些机会锻炼自己的创新能力！参考文献:1 康华光.电子技术基础（模拟部分）（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.2 康华光.电子技术基础（数字部分）（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.3单片机原理及应用技术（第一版）.中国矿业大学出版社，2008附件1：主机a源程序代码#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar ch=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar ch1=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;uchar mode;uchar m1,m2,m3,m4;sbit p10 = p10;sbit p13 = p13;sbit p17 = p17;sbit p20 = p20;sbit p21 = p21;sbit p23 = p23;sbit p22 = p22;sbit p24 = p24;sbit p25 = p25;sbit key=p14;sbit key0=p12;void uart_init() tmod = 0x20; th1 = 0xfd; tl1 = 0xfd; tr1 = 1; scon = 0xd0; es = 1; ex0 = 1; it0 = 1; /int0下跳触发 ea = 1; ti = 0;void delayms(int ms) uchar i; while(ms-) for(i=0; i120; i+);void putc_to_serialport(uchar c) sbuf = c; while(ti = 0); ti = 0;void mastercontrol(unsigned char addr)/, unsigned char comd) tb8 = 1; putc_to_serialport(addr); delayms(50); tb8 = 0;void delay(int us) int s; for ( s=0; sus; s+); void disp() /int t1,t2, t0;p0 = 0xff;p0 = chm1;p23=0;delay(200);p23=1;p0 = 0xff;p0= ch1m2;p22=0;delay(200);p22=1;p0 = 0xff;p0 = chm3;p24=0;delay(200);p24=1;p0 = 0xff;p0 = ch0;p20=0;delay(200);p20=1;com_int(void) interrupt 4uchar i,k;es=0; if(ri=1) ri = 0; if(sbuf=b) i=i+1; else if(sbuf=d) k=k+1; else if(i=1) m1=0;m1=sbuf;i=i+1;else if(i=2)m2=0;m2=sbuf;i=i+1; else if(i=3)/i=0;m3=0;m3=sbuf;i=i+1; else if(i=4)i=0;m4=0;m4=sbuf;else if(k=1) m1=0; m1=sbuf;k=k+1; else if(k=2)m2=0;m2=sbuf;k=k+1;else if(k=3) /k=0;m3=0;m3=sbuf;k=k+1;else if(k=4) k=0;m4=0;m4=sbuf; es=1;void main(void) p1 = 0xff; uart_init(); mode = 0; while(1) if(key=0)delayms(35);if(key=0)key0=1;p10 = 1; mastercontrol(b);/,o);if(key0=0)delayms(35);if(key0=0) key=1; p13 = 1; mastercontrol(c);disp(); 从机b程序代码：#include #includeds18b20.h#includeintrins.h#define uchar unsigned charuchar m1,m2,m3;uchar recdata;sbit p10 = p10;sbit p13 = p13;sbit p24 = p24;sbit p23 = p23;sbit p25 = p25;void uart_init() tmod = 0x21; th1 = 0xfd; tl1 = 0xfd; tr1 = 1; scon = 0xf0; es = 1; ps = 1; ea = 1;void delayms(int ms) uchar i; while(ms-) for(i=0; i120; i+);void delay1(uint ms) uchar y ; while(ms-) for(y = 0 ; y250 ; y+) _nop_() ; _nop_() ; _nop_() ; _nop_() ; void putc_to_serialport(uchar c) sbuf = c; while(ti = 0); ti = 0;void dispy() /p0 = 0xff;p0 = chdisp0;p23=0;delay(60);p23=1;/p0 = 0xff;p0= chdisp1;p25=0;delay(60);p25=1;/p0 = 0xff;p0 = chdisp2;p24=0;delay(60);p24=1;com_int(void) interrupt 4 es=0; if(ri) uchar i; recdata = sbuf; ri = 0; if(rb8 = 1) if(recdata = b) sm2 = 0;putc_to_