串口通信-多机通信系统-单片机

名目

一、题目要求与功能分析............................................................1

1.1题目要求..................................................................1

1.2功能及整体模块分析......................................................1

二方案论证......................................................................2

2.1设计目的.................................................................2

2.2设计思路.................................................................2

2.2.1原理分析和争辩...................................................2

2.2.2题设分析..........................................................3

三、电路设计......................................................................5

3.1整体功能框架设计.........................................................5

3.2硬件电路设计.............................................................6

3.2.1主机硬件电路设计.................................................7

3.2.2从机硬件电路设计................................................10

3.3软件电路设计.............................................................12

3.3.1协议设计........................................................12

3.3.2主机程序流程图设计..............................................13

3.3.3从机程序流程图设计.............................................14

四系统的调试与实现.............................................................16

4.1主机模块功能调式...................................................16

4.2从机模块调试.......................................................16

4.3整体设计功能调试...................................................16

五总结与体会...................................................................18

参考文献.........................................................................18

附录............................................................................19

一、题目要求与功能分析

L1题目要求

本小组的试验题目如下：

一、任务：

设计实现多台单片机系统之间的串行通信

二、根本要求［难度系数0.8）：

（1）设计一个主从式多机通信系统，包含1台主机和3台从机，主机和从机全

部为单片机；

（2）选择适宜总线接口芯片，正确连接主机和从机；

（3）编程实现分布式数据采集功能，主机可以猎取各分机当前AD转换结果，

并显示。

三、发挥局部：

（U完善通信功能。（依据完成状况加分，上限+0.2〕

1.2功能及整体模块分析

随着工业化要求提高，分布式系统进展以及把握设备与监控设备之间通讯需

要，多机通信系统设计的监控系统逐步普及。此多机通信系统具有友好的人机操作

界面、强大的10设备端口驱动力量，可与各种PLC、智能仪表、智能模块、板

卡、变频器等实时通讯。在检测大量模拟量的工业现场使用相像的多机通讯系统;

单片机接口丰富，与A/D转换模块组合可以完成一样的工作，并且系统牢靠、

本钱低。

本次试验的目的是就是应用单片机的串口通信功能实现一个分布式采集系

统。整个系统中包含一片主机和三片从机，主机的任务是实现对三片从机的AD

转换结果的采集并在数码管上显示之。这样从硬件的角度上将整个系统分为两个

模块一主机模块和从机模块。主机模块中包含单片机模块、数码管显示子模块和

串口电平转换子模块，从机模块则包括单片机厂模块、AD转换了模块和串口电

平转换子模块。就本次试验而言硬件电路的设计难点在于串口电平转换芯片

MAX485的连接，而软件的设计在于串口通信协议的设定及其相互通信的过程。

二方案论证

2.1设计目的

(1)进一步把握串行接口把握存放器SCON及波特率选择、工作方式的设置方法。

(2)理解串行接口的多机通信系统的原理和异步串行通信标准接口RS-485的使

用。

(3)进一步把握C语言程序调试的的方法。

(4)生疏多机通信设置从机地址来识别从机的一种方法。

2.2设计思路

2.2.1原理分析和争辩

单片机构成的多机系统常承受总线型主从式构造。所谓主从式，即在数个单

片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要听从主机的调度、支配。80C51

单片机的串行口方式2和方式3适于这种主从式的通信构造。固然承受不同的通

信标准时，还需进展相应的电平转换，有时还要对信号进展光电隔离。在实际的

多机应用系统中，常承受RS-485串行标准总线进展数据传输。

图1多机通信的主从式示意图

全部从机的SM2位置1,处于接收地址帧状态。

依据VCS-51串行口的多机通信力量，多机通信可以依据以下协议进展：

(1)首先使全部从机的SM2位置1处于只接收地址帧的状态。

(2)主机先发送一帧地址信息，其中8位地址，第9位为地址/数据信息的

标志位，该位置1表示该帧为地址信息。

(3)从机接收到地址帧后，各自将接收的地址与本机的地址比较。对于地址

相符的那个从机，使SM2位清零，以接收主机随后发来的全部信息；对于地址不

符的从机，仍保持SM2=1,对主机随后发来的数据不予理睬，直至发送的地址帧。

(4)当从机发送数据完毕后，发送一帧校验和，并置第9位(TB8)为1,作

为从机数据传送完毕标志，

(5)主机接收数据时先推断数据完毕标志(RB8),假设RB8=1,表示数据传

送完毕，并比较此帧校验和，假设正确，则会送正确信号00H,此信号令该从机

复位(即重等待地址帧)；假设校验和出错，则发送OFFH,令该从机重发数据。

假设接收帧的RB8=0,则原数据到缓冲区，并预备接收下帧信息。

(6)假设主机向从机发送数据，从机在第(3)步中比较地址相符后，从机

令SM2=0,同时把本站地址发回主机。作为应答之后才能收到主机发送来的数据。

其它从机(SM2=1),无法收到数据。

(7)主机收到从机的应答地址后，确认地址是否相符。假设地址不符，发复

位信号(数据帧中TB8=1)；假设地址相符，则清TB8,开头发送数据。

(8)从机接收到复位命令后回到监听地址状态(SM2=1)。否则开头接收数据

和命令。⑵

三、电路设计

3.1整体功能框架设计

本设计是将各分机当前AD转换结果传送给主机，实际应用中为实现分布式

数据采集功能即主机（一般为PC机）对各个不同的地点的环境进展实时测量，

主机间隔的发送地址呼叫各个从机，从机进展地址验证后启动AD转换，由AD

转换芯片将电压值转换成数字量，最终把当前AD转换结果由串口MAX485传送给

主机，主机经过处理在发送给PC机显示。

分析可知硬件电分为主机模块和从机模块。主机模块中包含单片机子模块、

LED数码管显示子模块和串口电平转换子模块，从机模块则包括单片机子模块、AD

转换子模块和串口电平转换子模块。在主模块中由AT89S51单片机担当主机，六个

LED数码管担当显示设备和一片MAX485担当串口的电平转换。在整个主机系统中

有三个从机模块三个从机模块构造一样，有一片AT89s51单片机担当从机外接一片

ADC0809转换芯片和一片MAX485担当串口的电平转换。串口承受单工及异步通信

方式。

设计大体思路流程图程如下：

图2多机通信的分布式数据采集功能应用示意图

3.2硬件电路设计

本设计是实现包含1台主机和3台从机主从式多机通信系统，所以硬件电路

也分为主机电路和从机电路。主机和从机的电路原理图根本全都，都是由单片机

电路和接口电平转换电路，只是从机电路中需要增加有关本机地址的设置电路。

主机的电路的搭建承受主CPU板、键盘显示接口板各一块。照试验原理图将主

CPU板的P0口接到键盘显示接口板的位码接口，PI口接到键盘显示接口板的段

码的接口。从机的电路由CPU板和ADDA转换板构成。

其次是电平转换电路的焊接。电平转换的路的实现是通过自己搭建电路完

成。电平转换的电路主要有四块MAX485和两个100Q电阻构成。四块MAX485

承受总线方式连接，每个芯片分别引出三个引脚用于单片的连接。

最终将各个模块的依据原理图连接起来。

图3多机通信整体模块电路连接图

3.2.1主机硬件电路设计

如下图，UI为单片机芯片AT89S51,它工作于11.0592MHz时钟,此时钟打

算了串口传输波特率的设置。单片机的Rxd(P3.0)和TxD(P3.1)和电平转换

芯片MAX485,他们是单片机的串行输入、输出信号。其中P0的作用如下：对于

发端，P0口用于主机的数据采集，通过读取P0口的内容完成对发送数据区的初

始化，每隔定时读取一次，假设读到00H,则说明数据读取完毕。对于收端，P0

口用于推断从机是否处于忙状态。当读到P0口为BBH时，认为当前从机忙，需要

向主机发送忙应答。

主机局部的连接示意图：PORT端口局部为与从机的串行接口MAX485对应

的A、B相连。

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图4多机通信的主机局部电路设计A4

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MAX485串口电平转换电路：串口电平转换电路的电路图如下图：木试验中

承受MAX485的电平转换芯片。MAX485是一种RS-485标准接口的电平转换芯

片。1s-485承受差分式半双工通信方式，真正实现多点总线连接，具有传输距

离远牢靠性高的特点。

—RR

IP1v1

iS_VCCRn

1.1B

c6RE°I12

0,5ADE3

131GNDpi4

HEADER3—MAX4855

6

7

8

图5电平转换电路

10

I1

MAX485接口芯片承受单一电源十5V工作，额定电流为300pA,承受半

EOC13

双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。MAX485芯片；；

的构造和引脚都格外简洁，内部含有一a遽动器和接收器。RO和DI端分别为接

收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和

19

TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收剂发送的使能端，当/RE为规律0时，

10uF20

器件处于接收状态；当DE为规律1时，器件处于发送状态，由于MAX485工

作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚把握这两个引脚即可；A端和B

R2

端界别为接收和发送的差分信号端，当A8^脚的电平高于B时，代表发送的数据

为1;当A的电平低于B端时，代表发送的C数据为0。在与单片机连接时接线非

常简洁。只需要一个信号把握MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之

22pf

Y1

间加匹配电阻，一般可选100。的电阻。1I.0592M

C2

如以下图是其芯片资料数据手册中的典型连接图:

22pf

A

MAX48U

I0PV1EWMAX4831

MAX485t

MAX487f

RO_MAX148/E

RfK

D(

DIP/SO

NOTTPIN.ABfISYAN。7ONTiWMG.TfST.ANDWAVFFORV3AGRAMSRtFFRTOPINSAANDBWKNKISHIG)

TYPICALOPLRAIWGCIRCUITSHOWNWlIHDP/SOPACKAGE

图6MAX485接口芯片数据手册的典型连接图

LED数码管显示电路：LED数码管显示电路如图2所示显示子模块山六个数

码管和相应的启动芯片构成。其中每路通道的采集值用量为数码管显示。为了节

约单片机的I/O口此题的数码管承受MAX7219芯片。给芯片的优点在于可完成电

路的刷。MAX7219芯片的SEGA-SEGDP为数码管段码接口，DIG0-DIG7为位码接

口，CLK、DIN、LOAD分别与单片机Pl.0、PL1、PL2连接。单片机通过串行的

方式将要显示的数据通过CLK、DIN.LOAD三个接口送入相应的显示存放器内，

MAX7219将自动完成对数码管的刷工作。具体的电路如下图。

DPY:・SEGDPDPY--SEGDP

SEGA

SEGB

SZGC

SEGD

SEGE

SZGF

SIGG

ISETSEGDP

CLKDD0

pyi

D1KDD1

LOAD

LOADDD：

DD3

DOUTDD4

DD5

GNDDD5

GND图7二国室示电路

WAX-510

3.2.2从机硬件电路设计

从机AT89s51的P1口的低四位用于本机的地址设定，其他的设置根本与主

机相像。通过跳线开关的闭合与翻开的组合可以最多设定16种地址。比方，四

位开关全部断开时，对应的P0为1111,此时本机的地址即为HllHo从机在开

头加电工作前需要依据整个系统的要求设定自己的地址，也就是将开关状态设置

好。这样从机在开机自检时•就可以获得本机的地址。

其中将模拟电压信号转换成数字量的AD转换芯片ADC0809的连接如图中，

将数据选择三个把握端都设为低电平，即选择输入通道IN-0；然后将8位数据

输出口D0-D8与从机8051的P2口相连，将ADC0809的CLOCK端与从机8051

的ALE相连，将ADCO8O9的STATRT、ENABLE、ALE端分别与从机8051的

P0口的P0-3相连；并参加设置参考电压。

从机局部的连接示意图：两个PORT端口局部为与主机的串行接口MAX485

对应的A、B相连，另一个PORT端U0为采集转变的电压信号。

依据设计要求绘制从机模块电路图如下图。

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图8多机通信的从机局部电路设计

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其中AD转换芯片ADC0809与从机8051的连接具体如下:

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ADC0809芯片为8位A/D转换器(28PIN)IN0-IN7：8个模拟通道输入

端。ADDC、ADDB、ADDA：啜〔000〜111对应了8个通道)ALE：

地址锁存允许信号。START：启动转换信号。EOC：转换完毕信号。OE：输出

允许信号(允许读)。CLK：外部时钟脉冲输入端，典型值640KoVREF(+)、

VREF(-)：参考电压输入端。Vcc：+5V电源。GND：地。

转换公式为:D=AIN*/Vref*（2八8—1）

3.3软件电路设计

3.3.1协议设计

数据传输的双方均使用9600kbps的数率进展