雙機串行通信設計 精品.doc

所屬課程名稱 單片機原理與接口技術 題 目 雙機串行通信 二 總體設計2.1 設計目的 通過本次課題設計，應用單片機原理及其接口技術等所學相關知識及查閱資料，完成簡易雙機串行通信設計，以達到理論與實踐更好的結合、進一步提高綜合運用所學知識和設計的能力的目的。通過本次設計的訓練，可以使我在基本思路和基本方法上對基于MCS-51單片機的嵌入式系統設計有一個比較感性的認識，并具備一定程度的設計能力。2.2 設計任務兩片單片機之間進行串行通信，發送端將0f循環發送到接收端，完成后在接收端的led 燈亮。2.3 設計方法本次設計，對于兩片89C51，采用RS232進行雙機通信。發送方的數據由串行口TXD段輸出。接受方接收后，燈亮。為提高抗干擾能力，還可以在輸入輸出端加光耦合進行光電隔離。軟件部分，通過通信協議進行發送接收，主機先送AAH給從機，當從機接收到AAH后，向主機回答BBH。主機收到BBH后就把數碼表TAB16中的10個數據送給從機，并發送檢驗和。從機收到16個數據并計算接收到數據的檢驗和，與主機發送來的檢驗和進行比較，若檢驗和相同則發送00H給主機；否則發送FFH給主機，重新接受。從機收到16個正確數據后送到一個數碼管顯示。三 硬件系統設計3.1基本功能：利用89c51完成兩片單片機之間進行串行通信。3.2可選器件：51系列單片機、電容、LED燈本設計是硬件電路和軟件編程相結合的設計方案，選擇合適的編程語言是一個重要的環節。在單片機的應用系統程序設計時，常用的是匯編語言和C語言。C語言雖然執行效率沒有匯編語言高，但語言簡潔，使用方便，靈活，運算豐富，表達化類型多樣化，數據結構類型豐富，具有結構化的控制語句。本著學習和創新的精神，我們采用匯編語言編寫了程序。3.1 51單片機串行通信功能圖1.AT89C51計算機與外界的信息交換稱為通信，常用的通信方式有兩種：并行通信和串行通信。51單片機用4個接口與外界進行數據輸入與數據輸出就是并行通信，并行通信的特點是傳輸信號的速度快，但所用的信號線較多，成本高，傳輸的距離較近。串行通信的特點是只用兩條信號線(一條信號線，再加一條地線作為信號回路)即可完成通信，成本低，傳輸的距離較遠。51單片機的串行接口是一個全雙工的接口，它可以作為UART(通用異步接受和發送器)用，也可以作為同步移位寄存器用。51單片機串行接口的結構如下：(1)數據緩沖器(SBUF)接受或發送的數據都要先送到SBUF緩存。有兩個，一個緩存，另一個接受，用同一直接地址99H,發送時用指令將數據送到SBUF即可啟動發送；接收時用指令將SBUF中接收到的數據取出。(2)串行控制寄存器(PCON)SCON用于串行通信方式的選擇，收發控制及狀態指示，各位含義如下：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1:串行接口工作方式選擇位，這兩位組合成00，01，10，11對應于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特點見下表SM0SM1工作方式功能波特率0008位同步移位寄存器(用于I/O擴展)fORC/1201110位異步串行通信(UART)可變(T1溢出率*2SMOD/32)10211位異步串行通信(UART)fORC/64或fORC/3211311位異步串行通信(UART)可變(T1溢出率*2SMOD/32)SM2：多機通信控制位。REN：接收允許控制位。軟件置1允許接收；軟件置0禁止接收。TB8：方式2或3時，TB8為要發送的第9位數據，根據需要由軟件置1或清0。RB9：在方式2或3時，RB8位接收到的第9位數據，實際為主機發送的第9位數據TB8，使從機根據這一位來判斷主機發送的時呼叫地址還是要傳送的數據。TI：發送中斷標志。發送完一幀數據后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續發送。RI：接收中斷標志。接收完一幀數據后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續接收。(3)輸入移位寄存器接收的數據先串行進入輸入移位寄存器，8位數據全移入后，再并行送入接收SBUF中。(4)波特率發生器波特率發生器用來控制串行通信的數據傳輸速率的，51系列單片機用定時器T1作為波特率發生器，T1設置在定時方式。波特率時用來表示串行通信數據傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數據位數。(5)電源控制寄存器PCON其最高位為SMOD。(6)波特率計算當定時器T1工作在定時方式的時候，定時器T1溢出率=(T1計數率)/(產生溢出所需機器周期)。由于是定時方式，T1計數率= fORC/12。產生溢出所需機器周期數=模M-計數初值X。3.2 整體電路設計最終設計電路如下圖3所示，發送方的數據由串行口TXD段輸出，經過電平轉換芯片MAX232將TTL電平轉換為RS232電平輸出，經過傳輸線將信號傳送到接收端。圖2.整體電路四 程序設計通過通信協議進行發送接收，主機先送AAH給從機，當從機接收到AAH后，向主機回答BBH。主機收到BBH后就把數碼表TAB16中的10個數據送給從機，并發送檢驗和。從機收到16個數據并計算接收到數據的檢驗和，與主機發送來的檢驗和進行比較，若檢驗和相同則發送00H給主機；否則發送FFH給主機，重新接受。從機收到16個正確數據后送到一個數碼管顯示。4.1 串行通信軟件實現(1)串行口工作于方式1；用定時器1產生2400bit/s的波特率，工作于方式2。(2)功能:將本機ROM中數碼表TAB16中的16個數發送到從機,并保存在從機內部ROM中，從機收到這16個數據后送到一個數碼管循環顯示。(3)通信協議:主機首先發送連絡信號(AAH),從機接收到之后返回一個連絡信號(BBH)表示從機已準備好接收。(4)通信過程使用第九位發送奇偶校驗位。(5)從機接收到一個數據后，立即進行奇偶校驗，若數據沒有錯誤，則返回00H，否則返回FFH。(6)主機發送一個數據后，等待從機返回數據；若為00H，則繼續發送下一個數據，若為FFH，則重新發送數據。4.2 程序流程圖(1)發送端程序流程圖主程序開始從機是否回答BBH？程序初始化主機發送AAHN主機發送數據，檢驗和輸出完成？N清除標志位(2) 接收方程序流程圖主程序開始檢驗和相等？程序初始化接收數據，計算檢驗和N發送00H至主機接收完成？N清除標志位發送FFH，重新接收顯示4.3：源程序匯編語言程序：發送程序清單如下： START：CLR EA MOV TMOD，#20H ；定時器1置為方式2 MOV TH1，#0F4H ；裝載定時器初值，波特率2400 MOV TL1，#0F4H MOV PCON，#00H SETB TR1 ；啟動定時器 MOV SCON，#50H ；設定串口方式1，且準備接收應答信號 LOOP1：MOV SBUF，#0AAH ；發聯絡信號 JNB TI，$ ；等待一幀發送完畢 CLR TI ；允許再發送 JNB RI，$ ；等待2號機的應答信號 CLR RI ；允許再接收 MOV A，SBUF ；2號機應答后，讀至A XRL A，#0BBH ；判斷2號機是否準備完畢 JNZ LOOP1 ；2號機未準備好，繼續聯絡 LOOP2：MOV R0，#40H ；2號機準備好，設定數據塊地址指針初值 MOV R7，#10H ；設定數據塊長度初值 MOV R6，#00H ；清校驗和單元LOOP3：MOV SBUF，R0 ；發送一個數據字節 MOV A，R6 ADD A，R0 ；求校驗和 MOV R6，A ；保存校驗和 INC R0 JNB TI，$ CLR TI DJNZ R7， LOOP3 ；整個數據塊是否發送完畢 MOV SBUF，R6 ；發送校驗和 JNB TI，$ CLR TI JNB RI，$ ；等待2號機的應答信號 CLR RI MOV A，SBUF ；2號機應答，讀至A JNZ LOOP2 ；2號機應答“錯誤”，轉重新發送 RET ；2號機應答“正確”，返回接收程序清單如下： START：CLR EA CLR P1.0MOV TMOD，#20H MOV TH1，#0F4H MOV TL1，#0F4H MOV PCON，#00H SETB TR1 MOV SCON，#50H ；設定串口方式1，且準備接收 LOOP1：JNB RI，$ ；等待1號機的聯絡信號 CLR RI MOV A，SBUF ；收到1號機信號 XRL A，#0AAH ；判是否為1號機聯絡信號 JNZ LOOP1 ；不是1號機聯絡信號，再等待 MOV SBUF，#0BBH ；是1號機聯絡信號，發應答信號 JNB TI，$ CLR TI MOV R0，#40H ；設定數據塊地址指針初值 MOV R7，#10H ；設定數據塊長度初值 MOV R6，#00H ；清校驗和單元LOOP2：JNB RI，$ CLR RI MOV A，SBUF MOV R0，A ；接收數據轉儲 INC R0 ADD A，R6 ；求校驗和 MOV R6，A DJNZ R7， LOOP2 ；判數據塊是否接收完畢 JNB RI，$ ；完畢，接收1號機發來的校驗和 CLR RI MOV A，SBUF XRL A，R6 ；比較校驗和 JZ END1 ；校驗和相等，跳至發正確標志 MOV SBUF，#0FFH ；校驗和不相等，發錯誤標志 JNB TI，$ ；轉重新接收 CLR TI END1：SETB P1.0MOV SBUF，#00H RET五 系統調試與存在的問題在protues上進行仿真實驗。首先使用Keil將編寫完成的程序編譯生成HEX文件，將HEX文件錄到兩片單片機中，進行仿真實驗，結果如下圖所示，可以看到，接收端接收到數據。圖4.仿真圖5.1 硬件調試常見故障：1、邏輯錯誤：它是由設計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路等。2、元器件失效：有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、集成電路安裝方向錯誤等。3、可靠性差：因其可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統時好時壞，經不起振動；走線和布局不合理也會引起系統可靠性差。4、電源故障：若樣機由電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負載能力差等。調試方法：包括多級調試和聯機調試。在調試過程中要針對可能出現的故障認真分析，直至檢查出原因并排除。本次硬件調試過程中，對所出現的問題進行了認真的分析和改正，最后能夠很好的達到設計要求的效果。5.2 軟件調試軟件調試一般分為以下四個階段：1、 編寫程序并查錯；2、 在匯編語言的編譯系統中編譯源程序3、 對程序進行編譯連接，并及時發現程序中存在的錯誤；4、 改正錯誤。在軟件調試過程中，對出現的錯誤進行了認真的分析和修改，多次調試成功后，能夠很好的達到既定的設計效果。六 設計小結經過繁忙而又緊張的課程設計，終于順利的完成了設計任務。雖然在這段時間里每天都那么繁忙，但是在這忙碌的過程中卻得到了許多的收獲。經過課程設計，在查閱資料的過程中，了解了單片機串行通信的基本知識，對于以后的學習和工作都有很大的益處。在學習的過程中，也遇到了一些困難，比如開始的時候，由于發送端和接收端的通信協議沒有做好，導致數據不能正確的傳輸，在解決問題的過程中，對于串行通信的實現有了深刻的認識

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總結

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