基于51单片多机通信

徐州工程学院单片机原理及应用课程设计单片机原理与应用课程设计报告课程设计：单片机串行多机通信专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：成绩：信电工程学院上电自动复位，当接通电源的瞬间,RST端与Vcc同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST端的电压也逐渐下降，于是在RST端便形成了一个正脉冲，只要该正脉冲的宽度持续两个周期的高电平，就可以实现系统的自动复位，复位电路原理图如图3-4所示图3-3上电复位电路图3-3上电复位电路3.3从机电路模块本设计共设置2路从机，2路从机的电路设计和实现的功能是一样的，所以这里只介绍其中一路从机的电路设计。从机的P0口连接共阳极数码管。P0口的0~7引脚分别接数码管的a~dp引脚。数码管采用静态工作方式。数码管引脚图与接线原理图如图3-5和图3-6所示。图3-5数码管引脚图图3-6数码管连线图4.系统的软件设计4.1软件设计应用环境与设计语言本设计软件的设计是在KeilC51的环境下编译的。KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。KeilC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境，同时保留了汇编代码高效、快速的特点。4.2软件设计流程4.2.1主机软件设计流程图主机软件设计流程图如图4-1所示。开始开始初始化初始化按键扫描主机发送地址帧YNYN从机是否应答？从机是否应答？通过串口向从机发送数据通过串口向从机发送数据从机接收数据从机接收数据结束图4.1主机软件设计流程图4.2.2从机软件设计流程图从机软件设计流程图如图4-2所示。开始开始初始化按键选中从机按键选中从机NN地址是否符合？地址是否符合？YYLED点亮，允许主从通信LED点亮，允许主从通信数码管送显数码管送显NN是否有键按下？是否有键按下？YY从机接收数据从机接收数据从机数码管显示数据从机数码管显示数据结束图4.2从机软件设计流程图4.3串口通信AT89S51的串行口是一个全双工的异步串行通信口，可以同时进行接收数据和发送数据，因为口内的接受缓冲器和发送缓冲器在物理上是隔离的，即是完全独立的。可以通过访问特殊功能寄存器SBUF，来访问接收缓冲器和发送缓冲器。接收缓冲器还具有双缓冲的功能，即它在接收第一个数据字节后，能接受第二个数据字节，但是，在它完成接收第二个数据字节之后，若第一个字节仍未取走，那么该字节数据将丢失。对串行口的控制主要包括对状态控制寄存器SCON、控制寄存器PCON、和串行数据寄存器SBUF的设置。状态控制寄存器SCON：SCON是一个逐位定义的8位寄存器，由它控制串行通信的方式选择、接收和发送，指示串行口的状态。寄存器SCON既可字节寻址也可位寻址，字节地址为98H，位地址为98H-9FH。其格式如下表4-1所示：表4.1SCON地址格式位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位功能SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0，SM1：串行口工作方式选择位；SM2：允许方式2、3中的多处理机通信位；REN：允许串行接收位，置位时，允许串行接收，清除时，禁止串行接收，可用软件置位/清除；TB8：方式2和方式3中要发送的第9位数据，可用软件置位/清除；RB8：方式3和方式3中接收的第9位数据。方式1中接收的是停止位，方式0中不使用这一位。TI：发送中断标志位，硬件置位，软件清除。方式0中，在发送第8位末尾置位，在其他方式时，在发送停止位开始时设置；RI：接收中断标志位。硬件置位，软件清除。方式0中，在接收第8位末尾置位，在其他方式时，在接收停止位中间设置。控制寄存器PCON：PCON是一个逐位定义的8位寄存器，目前仅有几位有定义，其中仅最高位SMOD与串行口控制有关，其他位与掉电方式有关，其格式如表4-2所示。表4.2PCON地址格式D7D6D5D4D3D2D1D0SMODGF1GF0PDIDLSMOD：串行通信波特率系数控制位，当SMOD=1时，使波特率加倍。寄存器PCON的地址为87H，只能字节寻址。串行数据寄存器SBUF：SBUF包含在物理上隔离的两个8位寄存器：发送数据寄存器和接受数据寄存器，但是它们共用一个地址99H，其格式如下表4-3所示。表4.3数据寄存器格式D7D6D5D4DD2D1D0SD7SD6SD5SD4SD3SD2SD1SD0串行口控制寄存器SCON中的SM2为方式2或方式3的多机通信控制位，当串行口以方式2或方式3工作时，若SM2程控位为1，此时只有当串行口就收到的第9位数据RB8=1时，才置1中断标志RI，若接收到的RB8=0，则不产生中断标志，应用MCS-51串行口的这个标志，便可实现多机通信。在一个多机系统中有一个主机和二个从机组成的多机系统，从机的地址分别为00H,01H，从机系统由初始化程序将串行口编程为方式2或方式3接收，即9位异步通信方式，且置“1”SM2和REN，允许串行口中断。在主机和某一个从机通信之前，先将从机地址发送给各个从机系统。接着才传送数据或命令，主机发出的地址信息的第9位为1，数据（包括命令）信息的第9位为0，当主机向各从机发送地址时，各从机的串行口接收到的第9位的信息RB8为1，置“1”RI中断标志位，各从机80C51响应中断，执行中断服务程序。在中断服务程序中，判断主机送来的地址是否和本机地址相符合，若为本机的地址，则清“0”SM2位，准备接收主机的数据或命令；若地址不相符，则保持SM2=1状态。接着主机发送数据，此时各个从机串行口接收到的RB8=0；只有与前面地址相符合的从机系统（即已清“0”SM2位的从机）才能激活中断标志位RI,从而进入中断服务程序，在中断服务程序中接收主机的数据或执行主机的命令，实现和主机的信息传送；其他的从机因SM2保持为1，又RB8=0不激活中断标志RI，所接收的数据丢失不作处理，从而保证了主机和从机间通信的正确性。本次设计多机系统为主从式，由主机控制多机之间的通信，从机和从机之间的通信只能经主机才能实现。5系统仿真设计5.1Proteus软件介绍Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus有较高的推广利用价值。5.2Proteus仿真图图5-1串行多机通信软件仿真图5.3硬件调试所有器件按电路原理图焊接完成后，接上导线，放入三节电池，接通电源，按下开关。相应的从机对应的发光二极管点亮，按下键盘，相应数码管上显示键值。调试过程中先检查pcb版各个点是否焊接错,连线正确，确保线没有绕道一起。调试途中由于两从机1.0口同时接地，通过修改第一从机1.0口接地，第二从机1,1口接地。显示结果正确。5.4调试结果刚开始调试并不是很顺利，虽然很小心但调试过程中仍出现了很多的问题，首先电路比较难焊接，必须再加小心以免出现问题难以排查。还有电路中需接电源正负极的线比较多也要很仔细的去焊接。刚开始调试两个按键同事控制两个发光二极管而不是各自控制，经过同学帮忙大家努力后终于正确的调试出了结果。6结论本次课程设计是设计单片机行多机通信，这次课程设计不光是要掌握模单片机书本上的理论基础，还需要我们锻炼自己的动手能力。这次课程设计用时2周，需要用到ProteusISIS绘图，同时也用到keil编程，仿真验证程序正确。软件对女生而言还好一点，最后一步焊接硬件有点困难，因为平时没练过焊接，刚开始的矩阵键盘就焊错了，之后又重新用吸锡器吸掉，列线扫描用导线代替了。焊接过程遇到许多问题，终于焊接完成后，又发现从机两个灯只受一个开关控制，刚开始以为开关那块中断函数出现问题，又返回去重新改程序，给单片机刷入程序第2次验证，还是没有调试正确。最后终于发现了问题，原来是硬件焊接时，想当然的两从机的P1.0口都接地，于是回去将第2个从机P1.1口接地，果然调试正确。调试成功后真的很开心，因为第一次焊接，所以外表不太美观，课件，各个元器件的布局真的很重要。第一次做单片机硬件，确实让我学到了很多东西，很感谢这次的实践机会。这次实验从开始准备到焊接硬件完成，虽然短短一点时间，但是它充实了我们的生活，让我们增长了知识，提高了学习能力，一些软件的使用，芯片的管教，电解电容的正负极，等等一些细微的东西，都需要自己去图书馆或者网上找相应的资料。这次小课程设计对以后的课程设计都有帮助，提前锻炼了我们的能力，同时也感谢实验室的同学的指导以及高老师的指导，让我顺利的完成了课程设计。这次实验很充实。参考文献【1】高玉芹单片机原理与应用及C51编程技术【M】.北京：机械工业出版社。【2】刘泉溪单片机原理与应用实验教程【M】北京航空航天大学出版社。【3】孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用【M】东南大学出版社,附录附录1：元件清单与硬件图1.元件清单：发光二极管LED-green*2个晶振CRYSTAL，12MHz*3个排阻RESPACK-8*1个AT89C51芯片*3片按键Button*16个电解电容10uf*3个8段数码管*2个电容30p*3个电阻2k*3个开关*2个2.硬件实物图：附录2：C语言源程序主机程序：#include<reg51.h>#include<string.h>#defineucharunsignedchar ucharbuf;ucharaddr,get_key,key;voiddelay(uchart){ uchari; while(t--) { for(i=0;i<125;i++); }}ucharkeyscan(void){ ucharscancode,tmpcode; P1=0xf0; if((P1&0xf0)!=0xf0) { delay(10); if((P1&0xf0)!=0xf0) { scancode=0xfe; while((scancode&0x10)!=0) { P1=scancode; if((P1&0xf0)!=0xf0) { tmpcode=(P1&0xf0)|0x0f; return((~scancode)+(~tmpcode)); } elsescancode=(scancode<<1)|0x01; } } } return(0); }voidsenddata(ucharbuf){ TI=0; TB8=0; SBUF=buf; while(!TI); TI=0;}voidGetkey(){switch(get_key) { case0x11: //1行1列，数字0 key=0xc0; break; case0x21: //1行2列，数字1key=0xf9; break; case0x41: //1行3列，数字2 key=0xa4; break; case0x81: //1行4列，数字3 key=0xb0; break; case0x12: //2行1列，数字4key=0x99; break; case0x22: //2行2列，数字5 key=0x92; break; case0x42: //2行3列，数字6 key=0x82; break; case0x82: //2行4列，数字7 key=0xf8; break; case0x14: //3行1列，数字8 key=0x80; break; case0x24: //3行2列，数字9 key=0x90; break; case0x44: //3行3列，10 key=0x88; break; case0x84: //3行4列，11 key=0x83; break; case0x18: //4行1列，12 key=0xc6; break; case0x28: //4行2列，13 key=0xa1; break; case0x48: //4行3列，14 key=0x86; break; case0x88: //3行4列，15 key=0x8e; break; default:break; }}voidmain(){ uchari=0; key=0xc0; while(1){ get_key=keyscan(); Getkey(); buf=key; P0=0xff; addr=P0&0x0f; TMOD=0x20; TH1=0xfd; TL1=0xfd; TR1=1; SCON=0xd0; EA=0; TI=0; TB8=1; SBUF=addr; while(!TI); TI=0; senddata(buf); } }从机程序：#include<reg51.h>#de