单片机单片机课程设计-双机串行通信.doc

单片机课程设计报告姓名： 学号：组员： 班级：电子信息工程1班题目：单片机双机串行通信学院：信息科学技术学院指导老师： 设计时间：2014年9月10日 - 9月15日2一、总体设计1.实现功能：用单片机的串口模拟短信的收发，当a主机要向b主机发送一行字符串时，首先a主机把这行字符串打印到1602lcd液晶屏幕上，当a主机按发送按键的时候，a主机向b主机发送一行字符串，这时字符串会通过串口发送到b主机上，当b主机收到字符串时，会在1602lcd液晶屏幕上把字符串打印出来，这时按下b主机上的接受按键，b主机会把要发送的字符串，打印到b主机的1602lcd液晶屏幕上，按下b主机的发送按键，这时b主机会通过串口向a主机发送字符串。最后用两个矩阵键盘模拟发送短信用的字母键盘，a主机可以通过矩阵键盘输入想要发送的数据，然后按发送按键发送，同样b主机也可以通过矩阵键盘输入信息，然后通过发送按键发送。2. 设计方案：首先把两个ats89c51各自连接成单片机最小系统，在把他们的txd、rxd口分别与max232相连，然后一个max232的t1out和r1in ，分别与另一个max232的r1in和t1out相连，p0口接矩阵键盘，p1口接液晶显示的数据端。总的电路图如图：图1、总电路图二、设计基础1.单片机串行口通信方式图2.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，用同一个接地址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。rb8：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）波特率计算对于方式1和方式3，波特率都是由定时器1的溢出率决定，计算公式如下： 定时器t1工作于方式0时，k=13;定时器t1工作于方式1时，k=16；定时器t1工作于方式2和方式3，k=8；2、1602lcd操作（1）1602lcd特性：+5v电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器ddram内建有160个5x7点阵的字型的字符发生器cgrom8个可由用户自定义的5x7的字符发生器cgram字符型lcd1602通常有14条引脚线或16条引脚线的lcd，多出来的2条线是背光电源线vcc(15脚)和地线gnd(16脚)图3、1602各引脚的定义hd44780内置了ddram（显示数据存储ram）、cgrom（字符存储rom）和cgram（用户自定义ram）。 ddram就是显示数据ram，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表： 也就是说想要在lcd1602屏幕的第一行第一列显示一个“a”字,就要向ddram的00h地址写入“a”的代码就行了。但具体的写入是要按lcd模块的指令格式来进行的，后面我会讲到的。一行有40个地址 在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对应如下： ddram地址与显示位置的对应关系 1602液晶模块内部的字符发生存储器（cgrom)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常 用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“a”的代码是01000001b（41h），显示时模块把地址41h中的点 阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“a” 图4、1602字符表上表中的字符代码与我们pc中的字符代码是基本一致的。因此我们在向ddram写c51字符代码程序时甚至可以直接用p1a这样的方法。pc在编译时就把“a”先转为41h代码了。字符代码0x000x0f为用户自定义的字符图形ram(对于5x8点阵的字符，可以存放8组)，就是cgram了。对ddram的内容和地址操作，hd44780的指令集及其设置说明，共有11条指令：基本操作时序： 读状态 输入：rs=l，rw=h，e=h输出：db0db7=状态字 写指令 输入：rs=l，rw=l，e=下降沿脉冲，db0db7=指令码 输出：无 读数据 输入：rs=h，rw=h，e=h 输出：db0db7=数据 写数据 输入：rs=h，rw=l，e=下降沿脉冲，db0db7=数据 输出：无 1.清屏指令 功能： 清除液晶显示器，即将ddram的内容全部填入“空白”的字符码20h; 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; 将地址计数器(ac)的值设为0。 2.光标归位指令 功能： 把光标撤回到显示器的左上方; 把地址计数器(ac)的值设置为0; 保持ddram的内容不变 3.输入模式设置指令 功能：设定每次写入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示： 位名设置 i/d0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移 s0=写入新数据后显示屏不移动 1=写入新数据后显示屏整体右移1个字 4. 显示开关控制指令功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。参数设定的情况如下： 位名设置 d0=显示功能关 1=显示功能开 c0=无光标 1=有光标 b0=光标不闪烁 1=光标闪烁 5. 设定显示屏或光标移动方向指令 功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。参数设定的情况如下： s/c r/l设定情况 0 0光标左移1格，且ac值减1 0 1光标右移1格，且ac值加1 1 0显示器上字符全部左移一格，但光标不动 1 1显示器上字符全部右移一格，但光标不动 6.功能设定指令 功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下： 位名设置 dl 0=数据总线为4位 1=数据总线为8位 n 0=显示1行 1=显示2行 f0=57点阵/每字符1=510点阵/每字符 7.设定cgram地址指令功能：设定下一个要存入数据的cgram的地址。8.设定ddram地址指令 功能：设定下一个要存入数据的cgram的地址。 (注意这里我们送地址的时候应该是0x80+address，这也是前面说到写地址命令的时候要加上0x80的原因) 9.读取忙信号或ac地址指令 功能： 读取忙碌信号bf的内容，bf=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令; 当bf=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令; 读取地址计数器(ac)的内容。 10.数据写入ddram或cgram指令 功能： 将字符码写入ddram，以使液晶显示屏显示出相对应的字符; 将用户自己设计的图形存入cgram。 11.从cgram或ddram读出数据的指令功能：读取ddram或cgram中的内容。 基本操作时序： 读状态 输入：rs=l，rw=h，e=h输出：db0db7=状态字 写指令 输入：rs=l，rw=l，e=下降沿脉冲，db0db7=指令码 输出：无 读数据 输入：rs=h，rw=h，e=h输出：db0db7=数据 写数据 输入：rs=h，rw=l，e=下降沿脉冲，db0db7=数据 输出：无 2.max232芯片用8051串行接口通信，如果两台8051单片机之间的距离很近（不超过1.5m），可以采用直接将两台8051单片机的串行接口直接相连，利用其自身的ttl电平（0-5v）直接传输数据信息。如果传输距离较远（超过1.5m），由于传输线的阻抗与分布电容，会产生电平损耗和波形畸变，以至于检测不出数据或数据出错。此时可利用 rs232标准总线接口，将单片机输出的ttl电平转换为rs232标准电平（逻辑1为-15-5v；逻辑0为+5-+15v）。用rs232可将传输距离提高到15m，如果想远距离传输，可以采用rs422或者rs485。电平转换芯片max232是美信公司（maxim）生产，专用于进行将ttl电平转换为rs232电平的芯片，max232内部有泵电源，能将+5v电源电压在芯片内提高到rs232电平所需的+10v或者-10v电平。图5、两个max232的接法3.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。接收方也使用max232芯片进行电平转换后，信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后，通过1602lcd液晶显示接收的信息。图6、串行通信电路3、 软件设计本单片机课程设计实现的功能：单片机间的串口通信。首先，a主机与b主机进入模拟英文对话（英文短语直接调用已编好的数组，无需输入）的交流短信模式.。a主机发送数据时，a主机显示器显示要发送的数据，发送键按下就开始向b主机发送数据，发送成功后，发送灯闪烁提示发送成功。a主机接收数据时，将b主机发送来的数据送到a主机显示器显示，接收完毕，接收灯亮起提示接收成功。b主机的发送与接收英问短语与a主机是一致的。当a主机与b主机进行完模拟英文对话的交流短信模式结束之后，a主机与b主机进入到可输入数据的数字串口通信模式，此模式增加了增加输入功能，其他功能与模拟英文对话的交流短信模式是一样的。 串行口工作于方式1；用定时器1产生9600bit/s的波特率，工作于方式2。2. 程序流程图（1）发送端程序流程图 开始 发送数字 键盘输入数据 模式 ？ 是 否 lcd显示数字 lcd显示英文 发送数据 发送数据 ？ 否 ？ 否 是 是 接收数据接收数据 ？ 否？ 否 是 是 lcd显示数字 lcd显示英文 （2） 接收方程序流程图同上四、 联合调试在protues上进行仿真实验。首先使用keilc将编写完成的程序编译生成hex文件，将hex文件烧录到两片单片机中，进行仿真实验，结果如下图所示，可以看到，接收端已将接受到的数据完整的显示了出来。图7.仿真图五、 设计小结 作为一名电子信息工程的大四学生，这次单片机的课程设计对我们来说是非常必要而且有意义的。从大三开设单片机课程开始，我们仅仅停留在专业基础课的理论知识上，如何锻炼自己的实践能力、如何把理论与实际相结合？我想这次单片机的课程设计就为我们提供了一个很好的平台。在和小组一起做课程设计的过程中，我又重新学到了很多，收获了很多。感触最深的是查阅大量的关于串行通信的资料了，在此过程中，我们与小组成员相互讨论，相互学习，对于串行通信又有了更加深刻的了解。 当然，我们也遇到了不少困难：发送端和接收端的通信协议问题导致数据不能正确的传输等等，最终小组成员相互探讨，各个问题得以一一解决。 除了感受到把理论与实际相结合的必要性与重要性，我也感受到了团队合作的意义，我相信，本次单片机课程设计让我们每个同学都受益匪浅。六、 附录1. a机发送程序/*串口通信模拟短信通信*/*发送方写完信息，点击按下发送按键，发送数据，发送成功后，发送灯闪烁三次*/*接收方接收开始信息时，接收灯亮起，按下接收按键，接收灯熄灭，随后开始填下将要发送的数据*/#includesbit led1=p20; /定义接收灯sbit led2=p21; /定义发送灯sbit lcden=p27; /定义lcd使能端sbit lcdrs=p26; /定义lcd的rs端#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=hello,;uchar code table1=nice to meet you.;uchar code table2=me too,;uchar code table3=your name?.;uchar code table4=my name is,;uchar code table5= jox.;uchar code digit=0123456789-+=-*/; /定义字符数组显示数字及正负号uint butter16=0;/定义待发送数据数组uchar agr,agr0,agr1,agr2,num,flag,flag1,flag2,flag3,a1,a2,temp;/定义全局标志位及全局变量char num1,num2; /定义全局变量void delay(uint z) /延时子程序uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void led2_turn()/发送灯闪烁子程序led2=0;delay(500);led2=1;delay(500);led2=0;delay(500);led2=1;delay(500);void write_com(uchar com) /液晶写指令子程序lcdrs=0;p1=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date) /液晶写数据子程序lcdrs=1; p1=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void lcdinit()/液晶初始化函数lcden=0;write_com(0x38); write_com(0x0f); write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);/设液晶初始地址为第一行第一列 void send(unsigned char dat) /数据发送程序 sbuf=dat; /将要发送的数据存入发送缓冲器中while(ti=0); /若发送中断标志位没有置1(正在发送数据)，就等待ti=0; /若发送完成，ti自动置1，这里把它清零 void trinit()/串口通信初始化tmod=0x20;/设置定时器1为工作方式2th1=0xfd;/设波特率置tl1=0xfd;tr1=1;pcon=0x00;sm0=0;sm1=1;ren=1;es=1;void extern_interrupt()/外部中断初始化ex0=1; /开外部中断0ex1=1; /开外部中断1it0=1; /下降沿触发中断uint keeyboard()/键盘扫描子程序p0=0xfe;temp=p0;temp=temp&0xf0;num1=20;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xee:num1=7;break;case 0xde: num1=8;break;case 0xbe: num1=9;break;case 0x7e: num1=13;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;p0=0xfd;temp=p0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xed:num1=4;break;case 0xdd: num1=5;break;case 0xbd: num1=6;break;case 0x7d: num1=14;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;p0=0xfb;temp=p0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xeb:num1=1;break;case 0xdb: num1=2;break;case 0xbb: num1=3;break;case 0x7b:num1=10;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;p0=0xf7;temp=p0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xe7: num1=15;break;case 0xd7: num1=0;break;case 0xb7: num1=12;break;case 0x77: num1=11;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;return(num1);void main(void)uchar i,numn;uint m;uint *pbutter;/定义数组指针pbutter=&butter0;/将数组指针初始化为butter起止地址flag=1;flag3=0;agr=0;agr0=0;agr1=0;agr2=0;a1=1;led1=1; /关闭接收灯led2=1; /关闭发送灯i=0;ea=1; /开总中断extern_interrupt();/外部中断初始化lcdinit();/lcd初始化trinit(); /串口初始化while(1)while(flag=1) /等待标志位置1flag=0;es=0;for(i=0;i7;i+)write_data(tablei); /液晶写数据delay(100);write_com(0x80+0x40); /液晶地址改变到第2行第1列for(i=0;i18;i+)write_data(table1i); /液晶写数据delay(100);while(agr=0); /等待发送信号for(i=0;i7;i+)send(tablei);/发送数据delay(100);for(i=0;i18;i+)send(table1i); /发送数据delay(100);led2_turn();delay(500);write_com(0x01);/清屏 es=1;/开外部中断，等待接收数据write_com(0x01);/再次清屏，防止光标不在第一行第一位，否则可能出现在第二位一位while(flag1=1)while(agr0=0);flag1=0;es=0;delay(1000);write_com(0x01);for(i=0;i8;i+)write_data(table2i);delay(100);write_com(0x80+0x40);for(i=0;i12;i+)write_data(table3i);delay(100);agr=0;while(agr=0);for(i=0;i8;i+)send(table2i);delay(100);for(i=0;i12;i+)send(table3i);delay(100);led2_turn();delay(500);write_com(0x01); es=1;write_com(0x01);/再次清屏，防止光标不在第一行第一位，否则可能出现在第二位 while(flag2=1)agr0=0;while(agr0=0);flag2=0;es=0;delay(1000);write_com(0x01);for(i=0;i12;i+)write_data(table4i);delay(100);write_com(0x80+0x40);for(i=0;i7;i+)write_data(table5i);delay(100);agr=0;while(agr=0);for(i=0;i12;i+)send(table4i);delay(100);for(i=0;i7;i+)send(table5i);delay(100);led2_turn();delay(500);write_com(0x01); es=1;write_com(0x01);/再次清屏，防止光标不在第一行第一位，否则可能出现在第二位flag3=1;delay(10);write_com(0x01); while(flag3=1)/进入自由发送与接收数据的模式led1=1;m=keeyboard();/扫描键盘数据if(num1!=20)/判断键盘是否有数据输入，有的话执行if语气led1=1;*pbutter=m;/将键盘数据存在butter数组中pbutter+;delay(5);write_data(digitbutternumn);numn+;if(agr1=1) /判断是否发送数据led1=1;agr1=0;for(i=0;inumn;i+)send(butteri);delay(100);numn=0;pbutter=&butter0;write_com(0x01);delay(10);led2_turn();es=1;if(agr2=1)agr2=0;write_com(0x01);delay(10);write_com(0x80); void exter0() interrupt 0/外部中断0子程序 led1=1;agr0=1;agr2=1;void exter1() interrupt 2 /外部中断1子程序agr=1;agr1=1;es=0;void ser() interrupt 4 /串口中断子程序ri=0;led1=0;led2=1;num=sbuf;if(num=,)write_data(num);write_com(0x80+0x3e);if(flag3=1)write_data(digitnum);elsewrite_data(num);if(num=.)if(a1=1)a1-; flag1=1; else if(a2=0)a2-;flag2=1; 2. b机接收程序/*串口通信模拟短信通信*/*发送方写完信息，点击按下发送按键，发送数据，发送成功后，发送灯闪烁三次*/*接收方接收开始信息时，接收灯亮起，按下接收按键，接收灯熄灭，随后开始填下将要发送的数据*/#includesbit led1=p20;sbit led2=p21;#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code table=hi,;uchar code table1=i am happy.;uchar code table2=danny,;uchar code table3=and you?.;uchar code digit=0123456789-+=-*/; uint butter16=0;sbit lcden=p27;sbit lcdrs=p26;uchar agr,agr0,agr1,agr2,num,flag,flag1,flag2,a1,a2,temp;char num1,num2,numm;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void led2_turn()led2=0;delay(500);led2=1;delay(500);led2=0;delay(500);led2=1;delay(500);void write_com(uchar com)lcdrs=0;p1=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar date)lcdrs=1;p1=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void lcdinit()lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x0f);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80); void send(unsigned char dat) /数据发送程序 sbuf=dat; /将要发送的数据存入发送缓冲器中while(ti=0); /若发送中断标志位没有置1(正在发送数据)，就等待ti=0; /若发送完成，ti自动置1，这里把它清零 void trinit()tmod=0x20;/设置定时器1为工作方式2th1=0xfd;tl1=0xfd;tr1=1;pcon=0x00;sm0=0;sm1=1;ren=1;es=1;void extern_interrupt()ex0=1; /开外部中断0ex1=1; /开外部中断1it0=1; /下降沿触发中断uint keeyboard()/键盘扫描子程序p0=0xfe;temp=p0;temp=temp&0xf0;num1=20;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xee:num1=7;break;case 0xde: num1=8;break;case 0xbe: num1=9;break;case 0x7e: num1=13;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;p0=0xfd;temp=p0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xed:num1=4;break;case 0xdd: num1=5;break;case 0xbd: num1=6;break;case 0x7d: num1=14;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;p0=0xfb;temp=p0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xeb:num1=1;break;case 0xdb: num1=2;break;case 0xbb: num1=3;break;case 0x7b:num1=10;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;p0=0xf7;temp=p0;temp=temp&0xf0;while(temp!=0xf0)temp=p0;switch(temp)case 0xe7: num1=15;break;case 0xd7: num1=0;break;case 0xb7: num1=12;break;case 0x77: num1=11;break;while(temp!=0xf0)/松手检测temp=p0;temp=temp&0xf0;return(num1);void main(void)uchar i,numn;uint m;uint *pbutter;pbutter=&but