51单片机双机通讯 UART异步通讯 带详细注释版
一、总体设计
1.设计要求:
两片单片机之间进行串行通信,发送端将0~f循环发送到接收端,并在接收端显示。
2.设计方案:
本次设计,对于两片89C51,采用RS232进行双机通信。发送方的数据由串行口TXD段输出,经过电平转换芯片MAX232将TTL电平转换为RS232电平输出,经过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用MAX232芯片进行电平转换后,信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后,在数码管上显示接收的信息。为提高抗干扰能力,还可以在输入输出端加光耦合进行光电隔离。
软件部分,通过通信协议进行发送接收,主机先送AAH给从机,当从机接收到AAH后,向主机回答BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB[16]中的10个数据送给从机,并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据的检验和,与主机发送来的检验和进行比较,若检验和相同则发送00H给主机;否则发送FFH给主机,重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。
二、硬件设计
1.51单片机串行通信功能
计算机与外界的信息交换称为通信,常用的通信方式有两种:并行通信和串行通信。51单片机用4个接口与外界进行数据输入与数据输出就是并行通信,并行通信的特点是传输信号的速度快,但所用的信号线较多,成本高,传输的距离较近。串行通信的特点是只用两条信号线(一条信号线,再加一条地线作为信号回路)即可完成通信,成本低,传输的距离较远。
51单片机的串行接口是一个全双工的接口,它可以作为UART(通用异步接受和发送器)用,也可以作为同步移位寄存器用。51单片机串行接口的结构如下:
(1)数据缓冲器(SBUF)
接受或发送的数据都要先送到SBUF缓存。有两个,一个缓存,另一个接受,用同一直接地址99H,发送时用指令将数据送到SBUF即可启动发送;接收时用指令将SBUF中接收到的数据取出。
(2)串行控制寄存器(PCON)
SCON用于串行通信方式的选择,收发控制及状态指示,各位含义如下:
、
SM0,SM1:串行接口工作方式选择位,这两位组合成00,01,10,11对应于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特点见下表
SM2:多机通信控制位。
REN:接收允许控制位。软件置1允许接收;软件置0禁止接收。
TB8:方式2或3时,TB8为要发送的第9位数据,根据需要由软件置1或清0。
RB9:在方式2或3时,RB8位接收到的第9位数据,实际为主机发送的第9位数据TB8,使从机根据这一位来判断主机发送的时呼叫地址还是要传送的数据。
TI:发送中断标志。发送完一帧数据后由硬件自动置位,并申请中断。必须要软件清零后才能继续发送。
RI:接收中断标志。接收完一帧数据后由硬件自动置位,并申请中断。必须要软件清零后才能继续接收。
(3)输入移位寄存器
接收的数据先串行进入输入移位寄存器,8位数据全移入后,再并行送入接收SBUF中。
(4)波特率发生器
波特率发生器用来控制串行通信的数据传输速率的,51系列单片机用定时器T1作为波特率发生器,T1设置在定时方式。波特率时用来表示串行通信数据传输快慢程度的物理量,定义为每秒钟传送的数据位数。
(5)电源控制寄存器PCON
其最高位为SMOD。
(6)波特率计算
当定时器T1工作在定时方式的时候,定时器T1溢出率=(T1计数率)/(产生溢出所需机器周期)。由于是定时方式,T1计数率= fORC/12。产生溢出所需机器周期数=模M-计数初值X。
2.MAX232芯片
用8051串行接口通信,如果两台8051单片机之间的距离很近(不超过1.5m),可以采用直接将两台8051单片机的串行接口直接相连,利用其自身的TTL电平(0-5V)直接传输数据信息。如果传输距离较远(超过1.5m),由于传输线的阻抗与分布电容,会产生电平损耗和波形畸变,以至于检测不出数据或数据出错。此时可利用 RS232标准总线接口,将单片机输出的TTL电平转换为RS232标准电平(逻辑1为-15—-5V;逻辑0为+5-—+15V)。用RS232可将传输距离提高到15m,如果想远距离传输,可以采用RS422或者RS485。
电平转换芯片MAX232是美信公司(MAXIM)生产,专用于进行将TTL电平转换为RS232电平的芯片,MAX232内部有泵电源,能将+5V电源电压在芯片内提高到RS232电平所需的+10V或者-10V电平。
图2.电平转换芯片MAX232
3.整体电路设计
最终设计电路如下图3所示,发送方的数据由串行口TXD段输出,经过电平转换芯片MAX232将TTL电平转换为RS232电平输出,经过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用MAX232芯片进行电平转换后,信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后,通过P1口在数码管上显示接收的信息。
图3.串行通信电路
三、软件设计
通过通信协议进行发送接收,主机先送AAH给从机,当从机接收到AAH后,向主机回答BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB[16]中的10个数据送给从机,并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据的检验和,与主机发送来的检验和进行比较,若检验和相同则发送00H给主机;否则发送FFH给主机,重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。
1.串行通信软件实现
(1)串行口工作于方式1;用定时器1产生9600bit/s的波特率,工作于方式2。
(2)功能:将本机ROM中数码表TAB[16]中的16个数发送到从机,并保存在从机内部ROM中,从机收到这16个数据后送到一个数码管循环显示。
(3)通信协议:主机首先发送连络信号(AAH),从机接收到之后返回一个连络信号(BBH)表示从机已准备好接收。
(4)通信过程使用第九位发送奇偶校验位。
(5)从机接收到一个数据后,立即进行奇偶校验,若数据没有错误,则返回00H,否则返回FFH。
(6)主机发送一个数据后,等待从机返回数据;若为00H,则继续发送下一个数据,若为FFH,则重新发送数据。
2.程序流程图
(1)发送端程序流程图
(2)接收方程序流程图
四、联合调试
在protues上进行仿真实验。首先使用KeilC将编写完成的程序编译生成HEX文件,将HEX文件烧录到两片单片机中,进行仿真实验,结果如下图所示,可以看到,接收端已将接受到的数据完整的显示了出来。
图4.仿真图
五、设计小结
经过繁忙而又紧张的课程设计,终于顺利的完成了设计任务。虽然在这段时间里每天都那么繁忙,但是在这忙碌的过程中却得到了许多的收获。
经过课程设计,在查阅资料的过程中,学习了基于单片机的C语言程序设计,了解了单片机串行通信的基本知识,对于以后的学习和工作都有很大的益处。
在学习的过程中,也遇到了一些困难,比如开始的时候,由于发送端和接收端的通信协议没有做好,导致数据不能正确的传输,在解决问题的过程中,对于通信协议的实现有了深刻的认识。
通过这次课程设计,锻炼了自己独立思考的能力。
1.主机发送程序
#include <reg51.h> // 51单片机预处理程序
#define uchar unsigned char // 宏定义无符号字符型变量
void init(); // 定义初始化函数
void send(); // 定义发送函数
ucharTAB[16] ={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; // 定义数组函数 0~F显示段位值
uchar i,sum; // 定义无符字符变量 I,sum 其中i表示数据个数,sum表示校验和
int j; // 定义整形变量 j 等待数据发送时的延时
main() // 主函数开始执行
{ init(); // 初始化
send(); // 准备发送数据
}
void init(void) 调用初始化函数(无返回值)
{ EA=1; // 打开全局中断允许
ES=1; // 打开串口中断允许
TMOD=0x20; // 定义工作方式寄存器的方式和功能
TH1=0xfd; // 配置定时器初值
TL1=0xfd; // 配置定时器初值
PCON=0x00; // 配置电源管理寄存器 主要SMOD位=0
SCON=0x50; // 设定串行口的工作方式,REN允许串行接收
TR1=1; // 定时器1启动控制位
}
void send(void) // 调用发送函数(数据准备发送)
{do
{ SBUF=0xaa; // 把0xaa装入SBUF缓存
while(!TI); // 发送中断标志位(如果!TI=0即TI=1时,,跳出循环)
TI=0; // 因为TI为硬件置1,所以要软件清0
while(!RI); // 接收中断标志位(如果!RI=0即RI=1时,,跳出循环)
RI=0; // 因为RI为硬件置1,所以要软件清0
}
while((SBUF^0xbb)!=0); // sbuf 的值不等0,为0xBB就会执行下一条语句
// DO while 循环
do
{ sum=0; // 首先把0赋值给sum即清0 ,sum为校验和
for(i=0;i<=15;i++) // i为数组中数据的位个数,等待有16个数据后
{ SBUF=TAB[i]; // 把数装入缓存器发送一个数据
sum+=TAB[i]; // 即 sum=sum+ TAB[i](求校验和,为两个十六进制数的和)
while(!TI); // 在TI=1的时候,跳出循环
TI=0; // TI要软件清零
}
SBUF=sum; // 发送校验和
while(!RI); //在RI=1的时候,跳出循环
RI=0; // RI要软件清零
}
while(SBUF!=0); // 在SBUF为0时跳出循环
}
从机发送程序和主机差不多,你可以自己想一下看看能不能写出来。
最后,如果有什么意见或者建议欢迎您留言给我,让我们共同学习一起进步,
如果需要 完整代码或设计文件,请在下方留言或者私信我,看到后会第一时间回复。
谢谢!