控制室屏柜物联网监护系统

1、 PAGE 66控制室屏柜物联网监护系统提醒：垃圾文章，请勿抄袭摘要为了提高系统管管理的先进性性和安全性，在在工业自动控控制中需要实实现控制室屏屏柜的远程控控制。本文研研究通过物联联网技术实现现对多个屏柜柜的远程开关关控制，并将将当前状态反反应给控制端端。物联网技术是新新一代信息技技术，是在互互联网技术基基础上的延伸伸和扩展的一一种网络技术术，其用户端延延伸和扩展到到了任何物品品和物品之间间，进行信息息交换和通讯讯以实现智能能化识别、定定位、追踪、监监控和管理。本文通过多台551单片机实实现物联网技技术，由一台台作管理用的的上位主计算算机（主机）和和多台直接参参与控制检测测的下位从计计算机（从

2、机机）构成的主主从式多机系系统，利用单单片机间串口口通信实现主主机与从机间间通信。同时时设计了从机机对屏柜的门门控电路，从从而实现在主主机端即可控控制多个屏柜柜。关键词：物联网网，单片机，串串行通信，控控制室屏柜，门门控系统TOC o 1-3 h uABSTRACCT目录摘要IABSTRACCTII前言1 HYPERLINK l _Toc15578 1.本课题选取取的目的及意意义 PAGEREF _Toc15578 1 HYPERLINK l _Toc15578 2.本文主要工工作 PAGEREF _Toc15578 1第一章 串行通通信部分11. 串行通信信原理1 HYPERLINK l _

3、Toc9065 1.1 通信的的种类 PAGEREF _Toc9065 9 HYPERLINK l _Toc9065 1.2 通信参参数 PAGEREF _Toc9065 9 HYPERLINK l _Toc7241 1.3工作模式式 PAGEREF _Toc7241 3 HYPERLINK l _Toc14940 1.4 同步通通信与异步通通信 PAGEREF _Toc14940 4 HYPERLINK l _Toc3337 2. 串口通信信传输协议 PAGEREF _Toc3337 5 HYPERLINK l _Toc19840 2.1 IICC总线传输协协议 PAGEREF _Toc19

4、840 5 HYPERLINK l _Toc25874 2.2 SPII总线传输协协议 PAGEREF _Toc25874 7 HYPERLINK l _Toc19499 2.3 串口通通信传输协议议 PAGEREF _Toc19499 9 HYPERLINK l _Toc9065 2.3.1 880C51单单片机的串行行口的结构 PAGEREF _Toc9065 9 HYPERLINK l _Toc30272 2.3.2 880C51串串行口的控制制寄存器 PAGEREF _Toc30272 10 HYPERLINK l _Toc14707 2.3.3 880C51单单片机串行口口的工作方式

5、式 PAGEREF _Toc14707 11 HYPERLINK l _Toc11364 2.4 方案选选取 PAGEREF _Toc11364 13 HYPERLINK l _Toc3818 3. 主从通信信系统设计 PAGEREF _Toc3818 13 HYPERLINK l _Toc8826 3.1 硬件原原理图设计 PAGEREF _Toc8826 13 HYPERLINK l _Toc11983 3.2 软件的的编写 PAGEREF _Toc11983 14 HYPERLINK l _Toc2927 第二章 从机电电子锁部分 PAGEREF _Toc2927 17 HYPERLIN

6、K l _Toc11430 1.门控系统组组成17电控锁选择及其其驱动电路设设计173.报警电路184.单片机电电路18 HYPERLINK l _Toc2927 第三章 系统仿仿真20 HYPERLINK l _Toc2927 结束语 PAGEREF _Toc2927 18 HYPERLINK l _Toc2927 参考文献 PAGEREF _Toc2927 188 HYPERLINK l _Toc2927 附录 PAGEREF _Toc2927 18 HYPERLINK l _Toc2927 致谢 PAGEREF _Toc2927 18前言在工业控制中，当当工作人员对对控制室进行行检修时，

7、需需要对控制室室屏柜开关进进行控制，并并要及时获取取屏柜开关状状态。为了提提高系统管理理的先进性和和安全性，计计算机工业自自动控制和检检测系统越来来越多地采用用集总分散系系统。较为常常见的形式是是由一台作管管理用的上位位主计算机(主机)和多多台直接参与与控制检测的的下位从计算算机(从机)构成的主从从式多机系统统，主机和从从机之间以通通讯的方式来来协调工作。主主机的作用一一是要向从机机发送各种命命令及参数；二是要及时时收集、整理理和分析从机机发回的数据据，供进一步步决策和报表表。从机被动动地接收、执执行主机发来来的命令，并并且根据主机机的要求向主主机回传相应应的实时数据据，报告其运运行状态11。

8、1. HYPERLINK l _Toc177972381 本课题选取取的目的及意意义物联网是新一代代信息技术的的重要组成部部分，其核心和基基础仍然是互互联网，是在在互联网基础础上的延伸和和扩展的网络络；第二，其其用户端延伸伸和扩展到了了任何物品与与物品之间，进进行信息交换换和通信。物物联网就是“物物相连的的互联网”。物联网通通过智能感知知、识别技术术与普适计算算、泛在网络络的融合应用用，被称为继继计算机、互互联网之后世世界 HYPERLINK /view/62984.htm 信息产业业发展的第三三次浪潮。单片机开创了嵌嵌入式系统独独立发展道路路，嵌入式技技术是物联网网技术最为关关键的底层技技术

9、，在单片片机技术成熟熟发展的今天天，物联网的的兴起，给单单片机提供一一个更为广大大和宏伟的舞舞台，同时也也给单片机提提供了新的发发展方向。随着计算机 HYPERLINK /view/3314.htm 系统统的应用和微微机网络的发展,通信功能越越来越显的重重要，由于串行通通信是在一根根传输线上一一位一位的传传送信息,所所用的传输线线少,并且可可以借助现成成的电话网进进行信息传送送。因此,用串行行总线技术可可以使集总分分散系统的硬硬件设计大大大简化、系统统的体积减小小、可靠性提提高。特别适适合于远距离离传输。在实时控制制和管理方面面,采用多台台微机处理机机组成分级分分布控制系统统中,各 CCPU

10、之间间的通信一般般都是串行方方式。本次课题的设计计所采用的方方法是用串口口通信的方法法来实现主从从式总线通信信系统的。MMCS-511系列单片机机内部带有一一个可用于异异步通讯的全全双工的串行行通讯接口，因因此可以很方方便地构成一一个主从式多多机系统。551单片机由由于其出色的的性能和便宜宜的价格，目目前仍然是国国内用的最为为广泛的8位位单片机类型型，因此选取取基于51单单片机的主从从通信系统的的设计与实现现这个课题是是十分有意义义的。2.本文的主要要工作本次毕业设计的的主要工作是是利用51单片片机总线式主主从通信系统统，实现基于主主从总线的数数据传送，利利用主机控制制从机，从机机控制电子锁锁

11、开关，并向向主机返回数数据，从而实实现对控制室室屏柜的监护护系统。为了了方便起见，先先设计一个一一主两从的通通信系统，画画出系统的硬硬件原理图，并并且在此原理理图的基础上上设计出软件件实现此功能能。至于更加加复杂的主从从式多机系统统的设计与实实现可以在此此系统的基础础上进行扩展展实现。在本次控制室屏屏柜监护系统统设计与实现现过程中，要要完成以下任任务：（一）串行通信信部分了解串口通信的的原理，选择择合适的通信信协议进行管管理设计主从式通信信系统的硬件件原理框图设计通信系统硬硬件电路串行通信软件程程序设计与调调试从机电子锁控制制部分硬件电路设计程序设计（利用用中断）第一章 串行通通信部分1.串行

12、通信原原理1.1通信的种种类通常通信的形式式可以分为两两种，一种为为并行数据通通信，另一种种则为串行数数据通信。两两种不同的通通信模式如图图2-1所示示。 01234567 位10011101并行10011101串行图2-1 并行行与串行由图1可知，并并行数据通信信一次的传输输量为8个位(1个字节)，而串行数数据通信则是是一次只传输输1位。并行数据通信是是指数据的各各位同时进行行传送的通信信方式。其优优点是传送速速度快；缺点点是数据有多多少位，就需需要多少根传传送线。串行数据通信是是指数据是一一位一位顺序序传送的通信信方式，它的的突出优点是是只需一对传传送线，这样样就大大降低低了传送成本本，特

13、别适应应于远距离通通信；其缺点点是传送速度度较低。假设设并行传送NN位数据所需需时间为T，那那么串行传送送的时间至少少为N*T 6。1.2通信参数数双方为了可以进进行通信，必必须要遵守一一定的通信规规则，这个共共同的规则就就是通信端口口的初始化。通通信端口的初初始化有以下下几项必须设设置：1.数据的传输输速率传输双方通过传传输线的电压压改变来交换换数据，但传传输线的电压压改变的速度度必须和接收收端的接收速速度保持一致致，RS-2232通常用用于异步传输输，即双方并并没有一个可可参考的同步步时钟作为基基准。由于没没有一个参考考时钟，双方方所发送的高高低电位到底底代表几个位位就不得而知知了，要使得

14、得双方的数据据读取正常，就就要考虑到传传输速率波特率，其其所代表的意意义是每秒钟钟所能产生的的最大电压状状态改变率，或或者说是每秒秒钟可以振荡荡的次数。原始信号经过不不同的波特率率取样后，所所得的结果完完全不一样。取取样速度只有有原来的一半半时，信号被被跳着取样，数数据因此产生生错误。因此此通信双方获获得相同的通通信速度是首首先要做的事事情5。2.数据的发送送单位一般串行通信端端口所发送的的数据是字符符类型的，若若用来传输文文件，则会使使用二进制的的数据类型。当当使用字符类类型时，通常常使用ASCCII码，ASCIII码中8个位形成一一个字符。以以实际的RSS-232传传输来看，由由于大多数应

15、应用只是发送送文字码，因因此只要7个位就可以以将ASCIII码的0-1227号字符表表达出来，所所有的可见字字符都在这个个范围内，所所以只要7个数据位就就足够了。不不同的情况下下，会使用到到不同的发送送单位，但使使用多少个位位合成一个字字节必须先行行确定5。3.起始位及停停止位由于异步串行通通信中并没有有使用同步脉脉冲作为基准准，故接收端端完全不知道道发送端何时时将进行数据据的发送，而而当发送端准准备要开始发发送数据时，发发送端会在所所送出的字符符前后分别加加上高电位的的起始位(逻辑0)及低电位位的停止位(逻辑1),它们分分别是所谓的的起始位和停停止位。当发发送端要开始始发送数据时时，便将传输

16、输在线的电位位由低电位提提升至高电位位，而当发送送结束后，再再将电位降至至低电位。接接收端会因起起始位的触发发(因电压由低低电位升至高高电位)而开始接收收数据，并因因停止位的通通知(因电压维持持在低电位)而确切数据据的字符信号号已经结束5。4.校验位的检检查为了预防错误的的产生，因此此使用校验位位作为检查的的机制；校验验位是用来检检查所发送数数据正确性的的一种核对码码，其中又分分成奇校验位位和偶校验位位两种方式，分分别是检查字字符码中I的数目是奇奇数或偶数。以以偶校验位为为例，A的ASCIII码011000001 (二进制)，其中1的数目是三三个，因此校校验位便是11，使1的数目保持持偶数。同

17、理理，校验位是是奇校验位时时，A的校验位便便是0，使11的数目保持持奇数5。1.3工作模式式数据传输查模式式有单工、半半双工、全双双工和多工工工作方式。单单工方式时，数数据仅按一个个固定方向传传送。因而这这种传输方式式的用途有限限，常用于串串行口的打印印数据传输与与简单系统间间的数据采集集。半双工方方式时数据可可实现双向传传送，但不能能同时进行，实实际的应用采采用某种协议议实现收/发发开关转换。全全双工方式时时允许双方同同时进行数据据双向传送。这这三种传输方方式都是用同同一线路传输输同一种频率率信号，为了了充分利用线线路资源，可可通过使用多多路复用器或或多路集线器器，采用频分分、时分或码码分复

18、用技术术，即可实现现在同一线路路上共享功能能，我们称之之为多工传输输方式。几种种传输方式框框图如图2-2所示。从从前往后依次次为单工、半半双工和全双双工。图2-2 三种种传输方式不同的工作模式式可以应用在在不同的地方方，也各有其其优点。就串串行通信而言言，RS-2232使用的的是全双工的的模式。同时时可以利用的的传输线路决决定了工作模模式。RS- 232之之所以能达到到全双工的功功能，就是因因为其引脚在在设计上是接接收与发送分分属两个不同同的引脚与线线路7。1.4 同步通通信与异步通通信异步通信是指通通信的发送与与接收设备使使用各自的时时钟控制数据据的发送和接接收过程。为为使双方的收收发协调，

19、要要求发送和接接收设备的时时钟尽可能一一致。异步通通信以字符（构构成的帧）为为单位进行传传输，字符与与字符之间的的间隙（时间间间隔）也是是任意的，但但每个字符中中的各位是以以固定的时间间传送的。原原理图如图22-3所示。接收设备接收设备010010101001001010100100101110任意间隙发送设备图2-3 异步步通信原理图图同步通信时要建建立发送方时时钟对接收方方时钟的直接接控制，使双双方达到完全全同步。此时时，传输数据据的位之间的的距离均为“位间隔”的整数倍，同同时传送的字字符间不留间间隙，即保持持位同步关系系，也保持字字符同步关系系。发送方对对接收方的同同步可以通过过外同步和

20、自自同步两种方方法实现778。为为自同步原理理图如图2-4所示。计算机甲计算机甲计算机乙数据时钟图2-4 同步步通信原理图图2. 串口通信信传输协议目前使用的比较较广泛的串行行总线传输协协议有IICC总线传输协协议、SPII总线传输协协议以及RSS-232总总线协议。无无论利用其中中任何一种总总线协议都可可以设计出一一个主从式总总线通信系统统。现在分别别介绍其数据据传输原理。2.1 IICC总线传输协协议IIC总线是PPHLIPSS公司推出的的一种串行总总线，是具备备多主机系统统所需的包括括总线裁决和和高低速器件件同步功能的的高性能串行行总线。IIC总线线只有两根双双向信号线。一一根是数据线线

21、SDA，另另一根是时钟钟线SCL。IIIC总线通通过上拉电阻阻接正电源。当当总线空闲时时，两根线均均为高电平。连连到总线上的的任一器件输输出的低电平平，都将使总总线的信号变变低，即各器器件的SDAA及SCL都都是线“与”关系79。每个接到IICC总线上的器器件都有唯一一的地址。主主机与其它器器件间的数据据传送可以是是由主机发送送数据到其它它器件，这时时主机即为发发送器。由总总线上接收数数据的器件则则为接收器。在在多主机系统统中，可能同同时有几个主主机企图启动动总线传送数数据。为了避避免混乱，IIIC总线要要通过总线仲仲裁，以决定定由哪一台主主机控制总线线。数据的有效位规规定：IIC总线进行行数

22、据传送时时，时钟信号号为高电平期期间，数据线线上的数据必必须保持稳定定，只有在时时钟线上的信信号为低电平平期间，数据据线上的高电电平或低电平平状态才允许许变化，如图图3-1所示示。SCLSCLSDA要求数据稳定 允许数据变化要求数据稳定 图3-1 IIIC总线数据据传输有效位位原理图起始和终止信号号 ：SCLL线为高电平平期间，SDDA线由高电电平向低电平平的变化表示示起始信号；SCL线为为高电平期间间，SDA线线由低电平向向高电平的变变化表示终止止信号，如图图3-2所示示。起始信号S起始信号S终止信号P图3-2 起始始信号和终止止信号原理图图起始和终止信号号都是由主机机发出的，在在起始信号产

23、产生后，总线线就处于被占占用的状态；在终止信号号产生后，总总线就处于空空闲状态。连连接到I2CC总线上的器器件，若具有有IIC总线线的硬件接口口，则很容易易检测到起始始和终止信号号。接收器件件收到一个完完整的数据字字节后，有可可能需要完成成一些其它工工作，如处理理内部中断服服务等，可能能无法立刻接接收下一个字字节，这时接接收器件可以以将SCL线线拉成低电平平，从而使主主机处于等待待状态。直到到接收器件准准备好接收下下一个字节时时，再释放SSCL线使之之为高电平，从从而使数据传传送可以继续续进行。数据传送格式：(1)字节节传送与应答答每一个字节必须须保证是8位位长度。数据据传送时，先先传送最高位

24、位（MSB），每每一个被传送送的字节后面面都必须跟随随一位应答位位（即一帧共共有9位）。原原理图如图33-3所示。如如果一段时间间内没有收到到从机的应答答信号，则自自动认为从机机已正确接收收到数据。由由于某种原因因从机不对主主机寻址信号号应答时（如如从机正在进进行实时性的的处理工作而而无法接收总总线上的数据据），它必须须将数据线置置于高电平，而而由主机产生生一个终止信信号以结束总总线的数据传传送。如果从从机对主机进进行了应答，但但在数据传送送一段时间后后无法继续接接收更多的数数据时，从机机可以通过对对无法接收的的第一个数据据字节的“非应答”通知主机，主主机则应发出出终止信号以以结束数据的的继续

25、传送。当当主机接收数数据时，它收收到最后一个个数据字节后后，必须向从从机发出一个个结束传送的的信号。这个个信号是由对对从机的“非应答”来实现的。然然后，从机释释放SDA线线，以允许主主机产生终止止信号。SCL(主机)SCL(主机)SDA(从机)SDA(从机)起始信号非应答应答图3-3 IIIC字符传送送格式(2)数据帧格格式IIC总线上传传送的数据信信号是广义的的，既包括地地址信号，又又包括真正的的数据信号。在在起始信号后后必须传送一一个从机的地地址(7位)，第8位是是数据的传送送方向位(RR/T)，用用“0”表示主机发发送数据(TT)，“1”表示主机接接收数据(RR)。每次数数据传送总是是由

26、主机产生生的终止信号号结束。但是是，若主机希希望继续占用用总线进行新新的数据传送送，则可以不不产生终止信信号，马上再再次发出起始始信号对另一一从机进行寻寻址。在总线线的一次数据据传送过程中中，可以有三三种组合方式式：第一是主主机向从机发发送数据，数数据传送方向向在整个传送送过程中不变变。第二是主主机在第一个个字节后，立立即从从机读读数据。第三三种刚是在传传送过程中，当当需要改变传传送方向时，起起始信号和从从机地址都被被重复产生一一次，但两次次读/写方向向位正好反相相。IIC总线的寻寻址是采用77位的寻址字字节(寻址字字节是起始信信号后的第一一个字节)。2.2 SPII总线传输协协议SPI的通信

27、原原理非常简单单，它以主从从方式工作，这这种模式通常常有一个主设设备和多个从从设备。其中中CS信号是控控制从机的芯芯片是否被选选中的。如图图3-4所示示，系统内有有一个主设备备M1和两个从从设备S1与S2。当S1的片选信信号CS为低电平平时，S1被选中，M11通过MOSII引脚发送数数据，S1通过MOSII引脚接收数数据，或者SS1通过MISOO引脚发送数数据，而M11通过MISOO引脚接收数数据。同样的的，当S2的片选信信号CS为低电平平时，S2被选中，M11通过MOSII引脚发送数数据，S2通过MOSII引脚接收数数据，或者SS2通过MISOO引脚发送数数据，而M11通过MISOO引脚接收

28、数数据。从机只只有通过CSS信号选中之之后，对此从从机的操作才才会有效，可可见，片选信信号的存在使使得允许在同同一总线上连连接多个SPPI设备成为为可能。当从机芯片被选选中，和主机机建立连接之之后，接下来来就是负责通通讯的3根线了。通通讯是通过数数据交换完成成的，这里首首先要知道SSPI是串行行通讯协议，也也就是说数据据是一位一位位进行传输的的。这就是SSCK时钟线线存在的原因因，传输时，由由SCK提供时时钟脉冲，MMOSI，MISO则基基于此脉冲完完成数据传输输。如图3-4所示，当当M1给S1发送数据据时，数据从从M1输出通过过 MOSI线，数数据在时钟脉脉冲的上升沿沿或下降沿时时输出，在紧

29、紧接着的下降降沿或上升沿沿通过S1的MOSI线被被读取。当SS1给M1发送数据据时，原理是是一样的，只只不过通过的的是MISOO线来完成110。SCKSCKMISOMOSICSM1SCKMISOMOSICSSCKMISOMOSICSS1S2图3-4 SPPI传输原理理图要注意的是，SSCK信号线线只由主设备备控制，从设设备不能控制制时钟信号线线。因此，在在一个基于SSPI的系统统中，必须至至少有一个主主控设备。在在点对点的通通信中，SPPI接口不需需要进行寻址址操作，且为为全双工通信信，显得简单单高效。在多多个从设备的的系统中，每每个从设备需需要独立的使使能信号，硬硬件上比IIC系统要稍微微复

30、杂一些。SPI是一个环环形总线结构构，其时序其其实比较简单单，主要是在在时钟脉冲SSCK的控制制下，两个双双向移位寄存存器SPIDDATA进行行数据交换。我我们假设主机机的8位寄存器SPPIDATAA1内的数据据是101001010，而而从机的8位寄存器SPPIDATAA2内的数据据是010110101，在在上升沿的时时候发送数据据，在下降沿沿的时候接收收数据，最高高位的数据先先发送，主机机和从机之间间全双工通信信，也就是说说两个SPII接口同时发发送和接收数数据，如图33-5所示。从从图中我们也也可以看到，SPIDATA移位寄存器总是将最高位的数据移出，接着将剩余的数据分别左移一位，然后将接

31、收到得数据移入其最低位11。图3-5 SPPI主从工作作模式示意图图如图3-6所示示，当第一个个上升沿来的的时候，SPPIDATAA1将最高位位1移除，并将将所有数据左左移1位，这时MOOSI线为高高电平，而SSPIDATTA2将最高高位0移出，并将将所有数据左左移1位，这样MIISO线为低低电平。然后后当下降沿到到来的时候，SPIDATA1将锁存MISO线上的电平，并将其移入其最低位，同样的，SPIDATA2将锁存MOSI线上的电平，并将其移入最低位。经过8个脉冲后，两个移位寄存器就实现了数据的交换，也就是完成了一次SPI的时序11。图3-6 数据据传输示例2.3 串口通通信传输协议议由于本

32、次设计计的题目是基基于80511单片机的主主从式通信系系统的设计，因因此有关串口口通信的原理理的介绍都是是围绕51单单片机讲解的的。2.3.1 880C51单单片机的串行行口的结构MCS-51单单片机内部有有一个全双工工的串行通信信口，即串行行接收和发送送缓冲器(SSBUF)，这这两个在物理理上独立的接接发送器，既既可以接收数数据也可以发发送数据。但但接收缓冲器器只能读出不不能写入，而而发送缓冲器器刚只能写入入不能读出。这这个通信口既既可以用于网网络通信，亦亦可以实现串串行异步通信信，还可以构构成同步移位位寄存器使用用。如果在传传行口的输入入输出引脚上上加上电平转转换器，就可可以方便地构构成标

33、准的RRS-2322接口712。880C51单单片机的串行行口的结构如如图3-7所所示。图3-7 800C51单片片机的串行口口的结构串行口有两个物物理上独立的的接收、发送送缓冲器SBBUF，它们们占用同一地地址99H ；接收器是是双缓冲结构构；发送缓冲冲器，因为发发送时CPUU是主动的，不不会产生重叠叠错误。 2.3.2 880C51串串行口的控制制寄存器1特殊功能寄寄存器SCOONSCON 是是一个特殊功功能寄存器，用用以设定串行行口的工作方方式、接收/发送控制以以及设置状态态标志，字节节地址为988H。SCOON寄存器的的各位定义如如表3-1所所示。位76543210 字节地址：988H

34、SM0SM1SM2RENTB8RB8TI RISCON 表3-1 SCCON寄存器器SM0和SM11为工作方式式选择位，可可选择四种工工作方式，如如表3-2所所示。SM0SM1方式说明波特率000移位寄存器fosc/12201110位异步收发发器(8位数数据)可变10211位异步收发发器(9位数数据)fosc/644或foscc/3211311位异步收发发器(9位数数据)可变表3-2 串口口通信4种工工作方式SM2为多机通通信控制位，主主要用于方式式2和方式33。当接收机机的SM2=1时可以利利用收到的RRB8来控制制是否激活RRI（RB880时不激激活RI，收收到的信息丢丢弃；RB881时收

35、到到的数据进入入SBUF，并并激活RI，进进而在中断服服务中将数据据从SBUFF读走）。当当SM2=00时，不论收收到的RB88为0和1，均均可以使收到到的数据进入入SBUF，并并激活RI（即即此时RB88不具有控制制RI激活的的功能）。通通过控制SMM2，可以实实现多机通信信。在方式0时，SSM2必须是是0。在方式式1时，若SSM2=1，则则只有接收到到有效停止位位时，RI才才置1。REN为允许串串行接收位。由由软件置REEN=1，则则启动串行口口接收数据；若软件置RREN=0，则则禁止接收。TB8用在方式式2或方式33中，是发送送数据的第九九位，可以用用软件规定其其作用。可以以用作数据的的

36、奇偶校验位位，或在多机机通信中，作作为地址帧/数据帧的标标志位(在方方式0和方式式1中，该位位未用) 。RB8用在方式式2或方式33中，是接收收到数据的第第九位，作为为奇偶校验位位或地址帧/数据帧的标标志位。在方方式1时，若若SM2=00，则RB88是接收到的的停止位。TI，发送中断断标志位。在在方式0时，当当串行发送第第8位数据结结束时，或在在其它方式，串串行发送停止止位的开始时时，由内部硬硬件使TI置置1，向CPPU发中断申申请。在中断断服务程序中中，必须用软软件将其清00，取消此中中断申请。RI，接收中断断标志位。在在方式0时，当当串行接收第第8位数据结结束时，或在在其它方式，串串行接收

37、停止止位的中间时时，由内部硬硬件使RI置置1，向CPPU发中断申申请。也必须须在中断服务务程序中，用用软件将其清清0，取消此此中断申请7。2特殊功能寄寄存器PCOONPCON的字节节地址为877H，它的第第7位SMOOD是与串口口通信波特率率的设置有关关的选择位。SMOD(PCON.7)为波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。复位时，SMOD=0。2.3.3 880C51单单片机串行口口的工作方式式1.方式0设置SCON寄寄存器的SMM0、SM110 0时时，串行口工工作于方式00。此时，串串行口为同步步移位寄存器器的输入输出出

38、方式。主要要用于扩展并并行输入或输输出口。数据据由RXD(P3.0)引脚输入或或输出，同步步移位脉冲由由TXD(PP3.1)引引脚输出。发发送和接收均均为8位数据据，低位在先先，高位在后后。波特率固固定为fossc/12。其其中foscc为时钟频率率。2方式1设置SCON寄寄存器的SMM0、SM110 1时时，串行口工工作于方式11。方式1是是10位数据据的异步通信信口。TXDD为数据发送送引脚，RXXD为数据接接收引脚，传传送一帧数据据的格式如图图所示。其中中1位起始位位，8位数据据位，1位停停止位。 用软件置RREN为1时时，接收器以以所选择波特特率的16倍倍速率采样RRXD引脚电电平，检

39、测到到RXD引脚脚输入电平发发生负跳变时时，则说明起起始位有效，将将其移入输入入移位寄存器器，并开始接接收这一帧信信息的其余位位。接收过程程中，数据从从输入移位寄寄存器右边移移入，起始位位移至输入移移位寄存器最最左边时，控控制电路进行行最后一次移移位。当RII=0，且SSM2=0（或或接收到的停停止位为1）时时，将接收到到的9位数据据的前8位数数据装入接收收SBUF，第第9位（停止止位）进入RRB8，并置置RI=1，向向CPU请求求中断。方式式一的输入输输出图如图33-8、3-9所示。图3-8 方式式1输入图3-9 方式式1输出3.方式2和方方式3设置SCON寄寄存器的SMM0、SM111 0

40、时时，串行口工工作于方式22，当SM00、SM11 1时，串串行口工作于于方式3。方方式2或方式式3为11位位数据的异步步通信口。TTXD为数据据发送引脚，RRXD为数据据接收引脚 。方式2和方式33时起始位11位，数据99位（含1位位附加的第99位，发送时时为SCONN中的TB88，接收时为为RB8），停停止位1位，一一帧数据为111位。方式式2的波特率率固定为晶振振频率的1/64或1/32，方式式3的波特率率由定时器TT1的溢出率率决定。 方式2和方式33输出：发送送开始时，先先把起始位00输出到TXXD引脚，然然后发送移位位寄存器的输输出位（D00）到TXDD引脚。每一一个移位脉冲冲都使

41、输出移移位寄存器的的各位右移一一位，并由TTXD引脚输输出。第一次次移位时，停停止位“1”移入输出移移位寄存器的的第9位上 ，以后每次次移位，左边边都移入0。当当停止位移至至输出位时，左左边其余位全全为0，检测测电路检测到到这一条件时时，使控制电电路进行最后后一次移位，并并置TI=11，向CPUU请求中断。发发送时序图如如下图3-110所示。图3-10 方方式2或方式式3的发送时时序图方式2和方式33输入：接收收时，数据从从右边移入输输入移位寄存存器，在起始始位0移到最最左边时，控控制电路进行行最后一次移移位。当RII=0，且SSM2=0（或或接收到的第第9位数据为为1）时，接接收到的数据据装

42、入接收缓缓冲器SBUUF和RB88（接收数据据的第9位），置置RI=1，向向CPU请求求中断。如果果条件不满足足，则数据丢丢失，且不置置位RI，继继续搜索RXXD引脚的负负跳变。接收收时序图如图图3-11所所示。图3-11 方式2或方方式3的接收收时序图2.4 方案选选取就三种数据传输输协议的方式式来看，串口口通信是这三三种方式中最最为简单也是是最好实现通通信方式的一一种。因为MMCS-511单片机内部部有一个全双双工的串行通通信口，而一一般的51单单片机不带IIIC总线接接口和SPII总线接口。要要想使用这两两种传输方式式进行数据传传输的话，必必须要使用软软件模拟。而而且主机从机机要是都是5

43、51单片机的的话，实现起起来的难度就就会非常的大大。另外，虽虽然IIC和和SPI比UUART更加加强大，但是是在技术上也也在更麻烦一一些。同时IIIC的抗干干扰能力较弱弱，一般用于于同一板卡上上芯片之间的的通信，较少少用于远距离离传输。所以以无论是从设设计的难易程程序来考虑，还还是从本次设设计的实际情情况来看，采采用串口通信信的方式实现现51单片机机的主从式通通信是最合适适不过的了，除了实现主机与从机间的串口数据传送外，还实现从机到从机的串口数据传送的功能91112。3. 主从通信信系统设计主从通信系统的的设计不仅包包括系统的硬硬件原理图设设计，还包括括基于硬件基基础上的软件件代码的编写写。本

44、文首先先设计出主从从通信的硬件件原理图，然然后再编写出出了相应的代代码。3.1 硬件原原理图设计关于51单片机机的主从式通通信系统的硬硬件设计的原原理框图是很很容易的。本本次设计主要要是一个主机机和两个从机机进行通信。因因此，主要需需要三个单片片机作主从机机，另外设计计一些外围硬硬件电路来实实现这个主从从式通信系统统MCS-551单片机的的第10号管管脚RXD可可用于串行数数据的接收，第第11号管脚脚TXD可用用于串行数据据的发送。因因此，可以将将主机的TXXD管脚与从从机的RXDD相连接，以以实现主机发发送数据从机机接收数据的的功能。而主主机的RXDD与从机的TTXD相连接接，以实现从从机发

45、送数据据主机接收的的功能。同时时也可以实现现从机与从机机之间的数据据通信。根据上面的原理理框图设计具具体的硬件原原理图时，如如果只是简单单的这样连线线的话，就会会遇到一些问问题。其一：当单片机处处于待机状态态时，单片机机的各个I/O口被默认认为是高电平平，而当主机机与一个从机机进行通信，另另一个从机不不工作的话，传传输线上的信信号就会受到到另一从机的的影响，最终终数据传送会会发生错误。其其二：主从式式的通信要实实现的是主机机与从机以及及从机与从机机之间的通信信。其中包括括主机与两个个从机同时通通信，主机与与单个从机通通信（另一个个从机处于待待机状态），从从机与从机之之间的通信。如如果只是单纯纯

46、的连接主机机与从机之间间的RXD与与TXD信号号线是无法实实现的114。为了解决上述所所提到的问题题，可以设计计一些硬件电电路来实现。关关于主从机之之间信号的影影响，可以在在信号端加上上三态门电路路，当某个从从机不进行工工作时，可以以设置三态门门呈高阻态的的状态，这样样从机之间就就不会相互的的影响了。同同时，关于三三态门的控制制，可以设计计成主机控制制，这样要想想实现各种形形式的通信都都可由主机控控制了。本次次设计采用774HC2445芯片作为为三态们器件件。具体的电电路原理图如如图4-1所所示。三态门三态门三态门TRTRTR主机从机1从机2图4-1 硬件件原理图3.2 软件的的编写主从式通信

47、系统统包括主机与与从机之间的的通信，以及及从机与从机机之间的通信信。因此，在在编写程序进进行数据信号号传输时，必必须考虑到各各种情形。同同时，如果想想要系统具有有实时性，数数据信号则必必须是可变的的。数据的可可变不仅包括括数据的内容容，还应该包包括数据的长长度。关于各种情形的的通信，程序序设计时，可可以设计一种种通信协议，采采用不同的控控制命令字进进行通信控制制，同时也可可规范的管理理数据之间的的传送。我们们可以将一组组特殊的，用用的比较少的的数据用来当当成控制命令令字。例如，本本次设计采用用如下控制命命令：0 xaaa表示主机机给从机1发发送数据，00 xbb表示示主机给从机机2传送数据据，

48、0 xccc表示从机11给主机传送送数据，0 xxdd表示从从机2给主机机传送数据，00 xee表示示从机1给从从机2传送数数据，最后00 xff表示示从机2给从从机1传送数数据。本次设计所设计计的通信协议议为：主机首首先给所有的的从机发送一一个控制命令令字，从机接接收到这个控控制命令字后后进行辨认，如如果是0 xaaa则从机11准备接收主主机的数据，从从机2处于待待机状态，而而主机则会在在发送完前面面的控制命令令字后发送在在传送的数据据信号。当主主机发送的是是0 xbb控控制命令字时时，主机在发发送完控制命命令字后发送送要传送的数数据信号，此此时从机1处处于待机状态态，从机2接接收主机发送送

49、来的数据。如如果从机接收收到的是0 xxcc，则主主机在发送完完控制命令字字后就准备接接收从机1发发送来的数据据信号，从机机2处于待机机状态。当主主机发送的是是0 xdd控控制命令字时时，则主机在在发送完控制制命令字后就就准备接收从从机2发送来来的数据信号号，从机1处处于待机状态态。主机发送送的如果是00 xee或者者是0 xfff控制命令字字时，则表示示从机与从机机之间进行数数据通信，此此时，数据首首先由从机传传送给主机，再再由主机传送送给另外一个个从机。另外，对于主从从机之间发送送的数据，有有可靠传输方方式和不可靠靠传输方式。所所谓不可靠传传输方式，就就是发送端与与接收端之间间没有任何关关

50、系，发送端端只管发送数数据，接收端端只管接收数数据。到于数数据在传送时时有没有发生生错误，接收收端是不会知知道的。这种种传输模式的的优点是相对对于可靠传输输而言，传输输速率要更高高。缺点就像像其名字一样样，数据传送送不安全。对对于要求高准准确率的数据据通信系统，更更多的采用可可靠传输。所所谓可靠传输输，就是发送送端在发送一一组数据后，在在数据的最后后加上一个校校验码，而接接收端在接收收数据时，不不仅接收数据据，而且还要要进行计算，最最后与发送端端发送的校验验码进行对比比，如果两个个校验码一致致，则表示数数据是正确的的。如果不一一致，则放弃弃接收到的数数据。发送端端重新发送数数据，进而重重复上面

51、的过过程，直到数数据信号发送送正确为止。本本次设计采用用可靠传输方方式。在上述的所有通通信过程中，当当每次数据传传送结束后，接接收机在接收收完所有的数数据后会进行行一次求和校校验，这样可可以检验数据据传送的成确确与否。如果果所得的求和和值与发送机机发出的求和和校验码一致致时，则表示示数据发送正正确，可以接接收并存储。如如果所得的求求和值与发送送机发出的求求和校验码有有一致时，则则表示数据发发送时出现错错误，接收机机丢弃所接收收的数据，并并命令发送机机重新发送数数据。编写软件代码时时，首先得弄弄清楚程序流流程图。只有有清楚了软件件流程图，再再根据流程图图进行编写代代码，才不会会出现大的错错误。本

52、次设设计采用一个个单片机作主主机，两个单单片机作从机机进行主从通通信，具体程程序流程如图图4-2、图图4-3、图图4-4如下下所示。其中具体程序见见附录。入口入口任务初始化发送控制命令判断命令给从机1发送数据给从机2发送数据主机接收来自从机1的数据主机接收来自从机2的数据图4-2 主机机程序流程图图入口入口任务初始化接收控制命令判断命令给主机发送数据接收来自主机的数据给从机2发送数据接收来自从机2的数据图4-3 从机机1程序流程程图入口入口任务初始化接收控制命令判断命令给主机发送数据接收来自主机的数据给从机1发送数据接收来自从机1的数据图4-4 从机机2程序流程程图第二章 从机电电子锁部分1.

53、 门控系统统主要组成一个完整的门控控系统如下图图所示，由单单片机、电源源指示、工作作指示、振荡荡电路、蜂鸣鸣器电路、门门控锁电路、444矩阵键盘盘、读卡模块块、显示模块块组成。如图图1示：图1 电路原理理图2.电控锁的选选择及其驱动动电路设计电控锁是 HYPERLINK /view/163885.htm 门控系系统中锁门的的执行部件。根根据门的材料料、出门要求求等需求选取取不同的锁具具。主要有以以下两种种类型： 阳极锁：阳极锁锁是断电开门门型，符合消消防要求。它它安装在门 框的上部。与与电磁锁不同同的是阳极锁锁适用于双向向的木门、玻玻璃门、防火火门，而且它它本身 带有有门磁检测器器，可随时检检

54、测门的安全全状态。 阴极锁：一般的的阴极锁为通通电开门型。适适用单向木门门。安装阴极极锁一定要配配备UPS电电源。因为停停电时阴锁是是锁门的。“阳极锁”的一一种停电开门门的电锁。切切断电源，电电锁会自动打开。由于此此设计是基于于单片机，提提供了备用电电源，故排除除了此种情况况，而且电插插锁大多都是是用于双向开开关门的门控控系统中，本本设计门控系系统仅仅是单单向开门即可可。采用门磁磁+阴极锁的的方案，为了了符合消防要要求,在单片机IIO口可设置置消防联动接接口。在驱动动电路中，用用单片机三极极管控制继电电器进行电锁锁的电源通断断，电路原理理如图。在正正常闭门情况况下，控制电电路是不对电电控锁供电

55、的的，单片机PP2.3口发发出开门信号号时候即当DDOOR置低低电平时，经经单片机控制制三极管来驱驱动电源继电电器接通而使使得电控锁的的电源接通，电电磁锁接通指指示灯D8亮亮，实现开门门功能。电路路基本原理见见下图2。 图2 电控锁驱动电路图2 电控锁驱动电路 3.报警电路此电路设计相当当简单可以实实现简单的提提示及报警功功能，由单片片输出一开关关信号至三极极管，触发三三极管以实现现此功能。如如下图3所示。图3 报警提示示电路4. 单片机电电路单片机是整个设设计的控制器器的核心，完完成整个控制制器的控制功功能，包括键键盘的输入、液液晶屏幕的显显示、数据的的存储和运算算、数字信号号的输出等功功能

56、。图2.2.4 AT89C52管脚图图4 单片机管管脚及其分配配图图2.2.4 AT89C52管脚图单片机的P0、PP1、P2、PP3均为双向向输出口，由由于此设计使使用的单片机机的管脚较多多，如上图所所示在设计中中比较合理的的分配了：其其中P1口为为键盘与单片片机的通讯接接口；P0 和P2.00P2.22口为单片机机与16022液晶显示器器D0D77的数据通讯讯接口，P22.3是输出出至门锁驱动动电路的接口口，P2.44P2.66是与实时时时钟芯片DSS1302的的连接接口，PP3.0到PP3.3是单单片机与CDD4067的的输出接口，其其中P3.33是向CD44067输出出的片选信号号，P

57、3.77是输出报警警或提示蜂鸣鸣器的信号接接口。第三章 系统仿仿真根据上面的原理理设计好硬件件原理图和编编写好软件代代码后，可以以在Protteus仿真真软件上进行行仿真了。为为了得到明确确可见的仿真真结果，本次次设计将主从从机之间的数数据信号进行行传送时，将将接收到的数数据信号利用用数码管显示示出来。这样样就可以一目目了然的知道道仿真结果的的正确性了。具具体的仿真原原理图如图55-1所示。图5-1 仿真真原理图在Proteuus仿真软件件上连接好原原理图后，将将所写的主机机和从机程序序装入单片机机中，然后一一一进行仿真真调试。本次次程序编写时时，主从机之之间发送的数数据和从机与与从机之间发发

58、送的数据都都为0 xfcc、0 x60、0 xda、0 xf2、0 x66、0 xb6、0 xbe、0 xe0、0 xfe、0 xf6。这这是因为这些些数据数码管管上显示时分分别为0到99，这样可以以使传送的数数据直观的显显示出来。例例如主机给从从机1发送数数据，仿真瞬瞬时结果如图图5-2所示示。其它情形形的通信仿真真结果由于与与上面的情形形差不多，在在此就不详述述。图5-2 主机机给从机1发发送数据仿真真图从仿真结果可以以看出，无论论是主机给从从机之间通信信，还是从机机之间的通信信，都能在仿仿真软件上得得到正确的结结果。所以可可以肯定，此此次设计的硬硬件和软件都都是满足要求求的。结束语参考文

59、献王伟，郑金奎MCS-551单片机主主从式多机系系统实时通讯讯的实现JJ.西南自自动化研究所所，19988年第3期 P39-34陈卫兵IICC总线协议在在80C511单片机上应应用的实现J.阜阳阳师范学院学学报，第199卷第3期 P52-54惠玥琳基于单单片机的USSB主从机的的设计与实现现D.电电子科技大学学，20077年易志明等SPPI总线在551系列单片片机系统中的的实现J.天津大学学，精密仪器器与光电子工工程学院，天天津 3000072姚志成单片机机多机通信协协议的设计J.中国国核心期刊(嵌入式与SSOC),22006年第第22卷第22期.范逸之等Viisual Basicc与RS-2

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