单片机双机通信系统课程设计.doc

单片机接口技术 -课程设计报告题目：单片机双机通信姓 名： 学 号： 班 级： 学 院： 机 械 学 院指导老师： 日 期： 2010-06-07至2010-06-18工业大学机械工程学院一、课程基本介绍1二、课程设计的预备知识2三、课题方案3四、关键器件和设备4五、相关芯片介绍55.1、89C5155.2、MAX23285.3、七段LED数码显示器105.4、MC1449511六、串行通信基本知识126.1、串行口介绍126.2、波特率计算136.3、功能说明14七、硬件设计14八、程序设计168.1、键盘设计168.2、51单片机之间转送与接受218.3、LED数码管显示25九、课题总程序26十、设计心得32十一、参考文献33一、课程基本介绍(1)、课程设计目的 微机原理课程设计是机械设计执照及其自动化专业的一门重要的专业实践课程，本课程设计以MCS51系统单片机为核心，综合运用微机原理，数字电路及微机接口技术的知识，使学生掌握微型计算机接口的方法及原理，具备一定的微机应用开发的实践能力。(2)、课程设计主要内容设计一通信系统，其特征是在51单片机与51单片机之间的通信。要求是通信距离是10m，通信速率是9600bps，并且要设计简单的通信协议。同时要求具有显示功能，可根据需要采用LED及LCD显示，键盘则根据需要设置。（3）、课程设计具体要求在老师指导下，独立完成一个单片机应用系统。工作量如下：1、 电路原图（A3幅纸）1张，要求Protel软件绘制；2、 程序流程图（A3及以上幅面）一张；3、 设计说明书（20-30页）一本，内容能编译通过的源程序（有必要的注释） 二、课程设计的预备知识熟悉MCS51单片机汇编语言，能够编程出完整的一段程序。掌握单片机的扩展系统的特点，同时熟悉掌握微型计算机接口技术，例如按键显示，AD和DA转换，步进电机等。了解有关的的电路，例如内部时钟方式，外部时钟方式，部分的逻辑电路等。积累一些芯片的引脚图及其特点。在了解单片机知识的同时，也应该了解相关的课程。例如传感器技术，数字电子技术、模拟电子技术、测控电路，由于我们的课题并没有涉及到传感器知识，所以我们需要掌握数字电路及模拟电路的知识。虽然我们涉及传感器，但我们也看了一下其他的课题内容，通过其他同学了解到传感器相关的应用。三、课题方案单片机之间通信的方式通常有并行通信和串行通信两种。并行通信优点是传送速度快，缺点是占用数据传输线多，长距离传输成本高。单片机间通信通常采用串行通信方式。我们的课题主要是实现单片机甲与单片机乙之间传送数据。通讯双方约定发送方为甲机，接收方为乙机，首先甲机向乙机发送一联络数据，乙机接受到后响应应答信号，然后接受甲机发送的数据。如果乙机接收到数据不是正确，就向甲机发送错误指令，甲收到错误指令后重新传送数据。最简单的连接方式如图1所示，传输线为电缆或是双绞线，但这样链接的距离不超过1.5m。图（1）如果通信距离较远（小于30m），可利用RS-232C接口延长通信距离，此时必须单片机的TTL电平与RS-232C标准电平进行转换。这就需要在双方的单片机接口部分增加RS-232C电平转换芯片。连接方式如图(2)图（2）四、关键器件和设备89C51单片机MAX232串口芯片数码管按键串口连接线仿真器译码器MC14495五、相关芯片介绍5.1、89C51主要特征4K字节可编程闪烁存储器 ；寿命：1000写/擦循环 ；数据保留时间：10年 ；全静态工作：0Hz-24MHz ；三级程序存储器锁定 ；128*8位内部RAM ；32可编程I/O线 ；两个16位定时器/计数器 ；5个中断源 ；可编程串行通道 ；低功耗的闲置和掉电模式 ；片内振荡器和时钟电路。管脚说明 如图（3）图（3） VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。5.2、MAX232MAX232芯片是MAXIM公司推出的一款RS-232接口芯片。其引脚分布图如图（4）所示，MAX232内部包含两路接受器和驱动器的单电源电平转换芯片，适用于各种EIA-232接口。其外围电路简单，只需外外接四个1uF的电容即可。EIA-RS-232C电平：负逻辑 逻辑1 ： 3-15V 逻辑0 ： +3+15VTTL电平：正逻辑 逻辑1 ： +2+5V 逻辑0 ： 0V 各引脚功能说明如下：C1+、C1-：电压加倍充电泵电容的正负端。Vs+、Vs-：充电泵产生的+8.5V，-8.5V电压。C2+、C2-：转化充电泵电容的正负端。T2OUT、T1OUT:RS-232发送器输出。R2IN、R1IN:RS-232接受器输入。R2OUT、R1OUT:TTLCMOS接收端输出。T2IN、T1IN:TTL/CMOS接受其输入。GND：接地端。Vcc：电源端，供电电压范围：4.5V5.5V。5.3、七段LED数码显示器七段LED数码管显示器能够显示十进制或十六进制数字及某些简单字符。控制简单，使用方便，在单片机系统中应用较多。其结构如图（4）所示。 图（4）上图中的ag七个笔划（段）及小数点dp均为发光二极管。数码管根据公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管（将所有发光二极管的阴极连在一起）和共阳极数码管（将所有发光二极管的阳极连在一起）。单片机系统扩展LED数码管时多用共阳LED。共阳数码管每个段笔画是用低电平(“0”)点亮的,要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平(“1”)点亮的，要求驱动功率较大。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。由于七段LED只有7个段发光二极管，所以字型码为一个字节。七段LED字形码如下表所示5.4、MC14495考虑到整个系统的数据处理以及资源调配都在单片机上进行，而采用动态扫描又会极大的占用cpu资源，为保证cpu处理数据的实时性因此在显示部分我们选用了带有锁存器的14495不仅能在显示时节约cpu使用时间，而且能节约端口，其引脚图如图（5）图（5）同时14495作为硬件译码器可以直接输入BCD码即可驱动LED正常显示数据，省却了软件显示编程的麻烦。14495的真值表六、串行通信基本知识6.1、串行口介绍所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线(另外需要地线，可能还需要控制线)，数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度的通信方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。串行通信可分为异步传送和同步传送两种基本方式。这里选用的是异步传送的通信方式。异步传送的特点是数据在线路上的传送不连续，在传送时，数据是以一个字符为单位进行传送的，它用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符结束。一个字符由起始位，数据位、奇偶校验位和停止位四个部分组成。起始位为0信号，占1位；其后接着的就是数据位，它可以是5位，6位，7位或8位，传送时低位在先、高位在后；再后面的1位为奇偶校验位，可要也可以不要；最后是停止位，它的信号是1来表示字符结束，可以是1位、1位半或2位。具体如图（6）图（6）异步通信字符传输格式在串行异步传送中，CPU与外设之间事先必须有如下约定。、字符格式：双方要事先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。例如，用ASCII码通信，有效数据位7位，加1个奇偶校验位，1个起始位和1个停止位共10位，当停止位也可大于1位、波特率：波特率就是传输速率，即每秒中传送的二进制位数，单位为b/s。在设计中要注意发送端与接收端的波特率必须一致。6.2、波特率计算方式0为固定波特率：BR=fosc/12方式2可选两种波特率： BR=(2SMOD /64)fosc 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。BR=(2SMOD/32)T1溢出率串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算时间常数。T1选方式2： TH1=X= 28-(2SMOD fosc)/(1232BR)T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。常用的各种波特率如下表所示6.3、功能说明该电路所具有的功能如下。 接收功能：在串口调试软件SSCOM V3.0窗口中的字符串输入框中输入数字09中的任一个数字，单机发送，单片机接收后，则在数码管LED上显示相应的数字。 发送功能：在单片机的按下按键中任何一个，在另一个单片机上就显示相应的的数字。七、硬件设计单片机间双机通信的结构图如图（2）所示，系统的硬件主要包括单片机和电平转换芯片。单片机选用89C51，单片机的信号为TTL电平（0V5V），如果利用RS-232标准总线接口进行远距离的通信，必须把单片机输出的TTL电平转换为RS-232标准电平。运用电平转换芯片MAX232进行单片机双机通信的电路图如图（7）所示，图中只画出了一方单片机接口电路。图（7）整个系统包括单片机最小系统和MAX232电平转换电路。MAX232具有两路收发器，这里用了其中的一路。注意另一方的单片机RXD、TXD的连接方式与本图不同。注意通信的双方的底线也要连接。TTL电平： 输出高电平2.4V,输出低电平=2.0V，输入低电平=0.8V。 GNDA=GNDB+3V； 如果A输出低电平（逻辑0），VA=0.1V（ GNDA）， VB=0.1+3=3.1V（ GNDB），B会认为输入的是高电平（逻辑1），导致通信错误。 将两个地连接在一起，使它们有共同的电平参考面。八、程序设计8.1、键盘设计矩阵连接式键盘 键按矩阵排列,各键处于矩阵行/列的结点处,CPU通过对连在行(列)的I/O线送已知电平的信号,然后读取列(行)线的状态信息。逐线扫描,得出键码。其特点是键多时占用I/O口线少,硬件资源利用合理，但判键速度慢。如图 （8）适用场合：多用于设置数字键，适用于键数多的场合图（8）键盘工作原理 （1）判断有无按键按下：列线送入全扫描线，行线读入行线状态。（2）确定哪个键按下：列线逐列置低电平后，检查行输入状态来判断键盘工作方式键盘扫描只是CPU工作的内容之一。CPU在忙于各项工作任务时，既要保证响应键盘操作，又不能过多占用CPU时间。因此要根据CPU的工作状态，选择键盘工作方式。键盘工作方式有编程扫描、定时扫描、中断扫描方式三种。（1）编程扫描工作方式 编程扫描方式是利用CPU在完成其他工作的空余，调用键盘扫描子程序来响应键输入要求。 编程扫描子程序要完成下述几个功能： 1、判断有无键按下 2、消除按键抖动 3、求出按键键号本课题采用的44键盘扫描，具体连线情况如图（9）所示图（9）键盘编排如图（10）图（10）扫描法 扫描法是在判定有键按下后逐列（或逐行）置低电平，同时读入行（或列）的状态，如果行（或列）的状态出现非全1状态，这时0状态的行、列交点的键就是所按下的键。 扫描法需要逐列扫描查询，当被按下的键处于最后一列时，则需要经过多次扫描才能获得此键所处的行列值程序清单ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START: LCALL KEYPRESS ;调用按键子程序 JNZ K1 ;有键按下转K1 AJMP START ;无键按下转START K1: LCALL DELAY ;调用消抖程序 LCALL KEYPRESS ;继续判断是否有键按下 JNZ K2 ;确实有键按下转K2,否则转START AJMP START MOV R2,#00H ;R2列号 MOV R1,#0F7H ;首列扫描字入R1 K2: MOV P1,R1 ;列扫描字输出 MOV A,P1 ;读P1口状态 ANL A,#0F0H ;读入行值 ZERO: JB ACC.7,ONE;第0行无键按下，转查第一行 MOV A,#00H;第0行有键按下，该行首键号#00H AJMP LKP;转求键号 ONE: JB ACC.6,TWO;第1行无键按下，转查第二行 MOV A,#04H;第1行有键按下，该行首键号#04H AJMP LKP;转求键号TWO: JB ACC.5,THR;第2行无键按下，转查第三行 MOV A,#08H;第2行有键按下，该行首键号#08H AJMP LKP;转求键号THR: JB ACC.4,NEXT;第3行无键按下，转查下一列 MOV A,#0CH;第3行有键按下，该行首键号#0CHLKP: ADD A,R2;求键号=行首键号+列号 PUSH ACC;键号进行栈保护 K3: ACALL KEYPRESS ;等待键释放 JNZ K3;若A0,则未释放，等待 POP ACC;键释放，键号A RET;键扫描结束，出口状态（A）=键号 NEXT: INC R2;指向下一列，列号加1 MOV A,R1; JNBACC.0,KND;ACC.0=0,4列扫描完返回 RR A;扫描字右移一位，转为下一列扫描字 MOV R1,A;扫描字入R1 AJMP K2;转下一列KND: AJMP STARTKEYPRESS:MOV P1,#0F0H;列线送入全扫描字，置为低电平 MOV A,P1;读入行线电平状态 CPL A;变正逻辑，以高电平表示有键按下 ANL A,#0F0H;屏蔽低四位 RET DELAY: MOV R7,#18;延时12ms子程序 TM: MOV R6,#0FFHTM6: DJNZ R6,TM6 DJNZ R7,TM RET END8.2、51单片机之间转送与接受甲机的工作是检查接在P1口上键盘区是否有变化，当检查到键盘的状态有变化时，就将预先设定的与之变化相应的寄存器A的值读入，通过串口这个值传给乙机，当乙机接收到这个字节后就将它输出到P1口上通过显示得到相应的显示，并且将它接收到数据回传给甲机以通知甲机已经收到数据。当家及接收到这个相应数据后与传出的数据比较，若不相同在发送一次，以确保将正确的数据传递给乙机。通信约定：双方采用的串行通信方式，波特率为9600（晶振为11.059M），采用中断方式进行发送和接受数据。通过波特率计算公式：串行方式设为1，SCON=50H， SMOD=0，则K=1定时器采用方式2，TMOD=20H，TH1=256-=256-=253=FDH甲机程序清单：BUFFEREQU30H；发送数据缓冲区ECHOFLA BI 00H ；当发送与接收到的数据相同时此志置1ERRFLAG BIT 01H ；当发送与接收到的数据不同时此志置1ORG0000HSJMPSTARTORG0023H；串行口中断输入口 SJMPUART1ORG0030HSTART：MOV TMOD，#20H；定时器1设置为方式2，作波特率发生器 ANL PCON，#7FH MOV TH1， #0FDH；波特率为9600 MOV TL1，#0FDH SETB TR1 ；启动定时器1 MOV SCON，#50H；设置为串行方式1允许接收 MOV IE,#90H；允许串行口中断 MOV BUFFER，#00H；缓冲区清零WAIT ：CJNEA，BUFFER，SWCHSJMPWAITSWCH：MOVBUFER，ATRAGIN：MOVSBUF，A；发送数据 CLRECHOFLAG CLRERRFLAGWAITEO：JBERRFLAG，TRAGINJNBECHOFLAG，WAITEOSJMPWAITUART1：PUSHPSWPUSHACCSETBRS0CLRRS1JBCRI,RCV1；判断是否为接收中断CLRTISJMPRETURNRCV1：MOVA，SBUFCJNEA，BUFFER，DATAERSETBECHOFLAGSJMPRETURNDATAER：SETBERRFLAGRETURN：POPACCPOPPSWRETIEND乙机程序清单：ORG 0000H SJMP STARTORG 0023H ；串行口中断输入口SJMP UART1ORG 0030HSTART： MOV TMOD, #20H ；定时器1设置为方式2，做波特率发生器 ANL PCON , #7FH MOV TH1, #0FDH ；波特率为9600 MOV TL1, #0FDH SETB TR1 MOV SCON #50H ；设置为串口方式1允许接受 MOV IE #90H ；允许串行口中断LOOP: SJMP LOOPUART1: PUSH PSW PUSH ACC SETB RS0 CLR RS1 JBC R1, RCV1 ；判断是否为接受中断 CLR TI SJMP RETURNRCV1: MOV A, SBUF MOV P1, A MOV SBUF, ARETURN: POP ACCPOP PSWRETIEND8.3、LED数码管显示本课题选用的硬件译码，硬件译码是使用BCD七段十六进制锁存、译码驱动芯片来完成BCD码到段选码的转换和显示驱动。当每个位的段选线上使用一个芯片时为静态显示；若为N位共用一个芯片作段选控制时为动态显示。常用的硬件译码器有MC14495，MC14499，CD4511等，本课题选用的芯片MC14495。单片机的送出BCD码，由MC14495转换相应的段选码用单片机的送出位选码。程序清单ORG 0000H MOV A, P1; MOV R1, #10HLOOP: MOV P1, R1；设置位选码XCH P1, A；显示接受的信号ACALL DL1；延时1msRL R1；指向显示缓冲区下一个单元CJNE R1, #01H, LOOP；判断4显示完？ RETDL1: MOV R7, #02H；延时程序DL: MOV R6, #0FFHDL6: DJNZ R6, DL6 DJNZ R7, DL RET九、课题总程序甲机程序清单：BUFFEREQU30H；发送数据缓冲区ECHOFLA BI 00H ；当发送与接收到的数据相同时此志置1ERRFLAG BIT 01H ；当发送与接收到的数据不同时此志置1ORG0000HSJMPSTARTORG0023H；串行口中断输入口 SJMPUART1ORG0030HSTART: LCALL KEYPRESS ;调用按键子程序 JNZ K1 ;有键按下转K1 AJMP START ;无键按下转START K1: LCALL DELAY ;调用消抖程序 LCALL KEYPRESS ;继续判断是否有键按下 JNZ K2 ;确实有键按下转K2,否则转START AJMP START MOV R2,#00H ;R2列号 MOV R1,#0F7H ;首列扫描字入R1 K2: MOV P1,R1 ;列扫描字输出 MOV A,P1 ;读P1口状态 ANL A,#0F0H ;读入行值 ZERO: JB ACC.7,ONE;第0行无键按下，转查第一行 MOV A,#00H;第0行有键按下，该行首键号#00H AJMP LKP;转求键号 ONE: JB ACC.6,TWO;第1行无键按下，转查第二行 MOV A,#04H;第1行有键按下，该行首键号#04H AJMP LKP;转求键号TWO: JB ACC.5,THR;第2行无键按下，转查第三行 MOV A,#08H;第2行有键按下，该行首键号#08H AJMP LKP;转求键号THR: JB ACC.4,NEXT;第3行无键按下，转查下一列 MOV A,#0CH;第3行有键按下，该行首键号#0CHLKP: ADD A,R2;求键号=行首键号+列号 PUSH ACC;键号进行栈保护 K3: ACALL KEYPRESS ;等待键释放 JNZ K3;若A0,则未释放，等待 POP ACC;键释放，键号A RET;键扫描结束，出口状态（A）=键号 NEXT: INC R2;指向下一列，列号加1 MOV A,R1; JNBACC.0,KND;ACC.0=0,4列扫描完返回 RR A;扫描字右移一位，转为下一列扫描字 MOV R1,A;扫描字入R1 AJMP K2;转下一列KND: AJMP STARTKEYPRESS:MOV P1,#0F0H;列线送入全扫描字，置为低电平 MOV A,P1;读入行线电平状态 CPL A;变正逻辑，以高电平表示有键按下 ANL A,#0F0H;屏蔽低四位 RET DELAY: MOV R7,#18;延时12ms子程序 TM: MOV R6,#0FFHTM6: DJNZ R6,TM6 DJNZ R7,TM START1：MOV TMOD，#20H；定时器1设置为方式2，作波特率发生器 ANL PCON，#7FH MOV TH1， #0FDH；波特率为9600 MOV TL1，#0FDH SETB TR1 ；启动定时器1 MOV SCON，#50H；设置为串行方式1允许接收 MOV IE,#90H；允许串行口中断 MOV BUFFER，#00H；缓冲区清零WAIT ：CJNEA，BUFFER，SWCHSJMPWAITSWCH：MOVBUFER，ATRAGIN：MOVSBUF，A；发送数据 CLRECHOFLAG CLRERRFLAGWAITEO：JBERRFLAG，TRAGINJNBECHOFLAG，WAITEOSJMPWAITUART1：PUSHPSWPUSHACCSETBRS0CLRRS1JBCRI,RCV1；判断是否为接收中断CLRTISJMPRETURNRCV1：MOVA，SBUFCJNEA，BUFFER，DATAERSETBECHOFLAGSJMPRETURNDATAER：SETBERRFLAGRETURN：POPACCPOPPSWRETIEND乙机程序清单：ORG 0000H SJMP STARTORG 0023H ；串行口中断输入口SJMP UART1ORG 0030HSTART： MOV TMOD, #20H ；定时器1设置为方式2，做波特率发生器 ANL PCON , #7FH MOV TH1, #0FDH ；波特率为9600 MOV TL1, #0FDH SETB TR1 MOV SCON #50H ；设置为串口方式1允许接受 MOV IE #90H ；允许串行口中断LOO