串口通信-多机通信系统-单片机.docx

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1、名目一、题目要求与功能分析11.1 题目要求11.2 功能及整体模块分析1二方案论证22.1 设计目的22.2 设计思路22. 1原理分析和争辩22. 2.2题设分析3三、电路设计53.1整体功能框架设计53.2硬件电路设计62.1主机硬件电路设计73. 2.2从机硬件电路设计103.3软件电路设计123.1协议设计123. 3.2主机程序流程图设计133.3从机程序流程图设计14四系统的调试与实现16主机模块功能调试162.1 从机模块调试163整体设计功能调试16五总结与体会18参考文献18附录19TOP VIEWRE 2DE 3DIP/SOvccBOTE: PIN LABELS Y AN

2、D Z ON TIMING. TEST. AND WAVEFORM DIAGRAMS REFER TO PiNS AANDB WHEN DE IS HIGH. TYPICAL OPERATING CIRCUIT SHOWN WITH DIP/SO PACKAGE.图6 MAX485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所示显示子模块由六个数 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SEG A-SEG DP为数码管段码

3、接口，DIG0-DIG7为位码接 口, CLK、DIN、LOAD分别与单片机PL 0、Pl. K PL 2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_-SEG.DPV+ISETCLK DIN LOADDOUTGNDGND图SEGA SEGB SIGCSIGD SEGESBGF SEGGSEG DPDE 0DD 1DD 2DD 3 DC 4DE，DD 57 d|&CX： AX-219从机AT89s51的Pl 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

4、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llllHo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ADC0809的STATRT、ENABLE ALE端分另I与从机8051的 P0 口

5、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。123依据设计要求绘制从机模块电路图如下图。VCCROBREADEJN7-A1N0I；123456789101112131415163，8.2KTM22 pf11.0 592 M0 12 3 4 5 6 7 NNNNNNNNUIVCCP1.0PO.O (ADO)Pl.lP0.1 (ADI)Pl.2P0.2 (AD2)Pl.3P0.3 (AD3)PI.4P0.4 (AD4)(MOSIPL5P0.5 (AD5)(MISO)P1.

6、6P().6(AD6)SCK)PI.7P0.7 (AD7)RST(RXD)P3.0(IM2IP3.1ALE.PROGdNT0)P3.2PSEN(INT1)P3.3皿)3.4(LDP3.5P2.7CI5)(WR)P3.6P2.6 (AI4)(RD)P3.7P2.5 (AI3)P2.4 (A12 )XTAL2P2.3 (All IXTAL1P2.2 (AIO)R2.1(A9)GNDP2.0(A8)HI J 22 pf8多机通信的从机局部电路设计TitleSize NumberRevisio nA4Dale:20 Jun-201 0Sheet ofFile:C UsersXy angD esk(op

7、 DDB y:其中AD转换芯片ADC0809与从机8051的连接具体如下:KE UDOC 8X2XD XD 亦EN0123456722222222PPPPPPPP7 6 5 o o O p p P4 3 2 1 o o o O p p p PECX*051连接图EOCADC0809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：000111 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。0E：输出 允许信号(允许读。CLK：外部时钟脉冲输入端，典型值640Ko VREF(+)、 VR

8、EF(-)：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)3.1协议设计数据传输的双方均使用9600kbps的数率进展传输，使用主从式通行，主、 从机相互发送或承受数据，首先使全部从机的SM2位置1处于只接收地址帧的状 态。主机先发送一帧地址信息，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=L对主机随后发来的数据不予理 睬，直至发送的地址帧。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

9、标志。主机接收数据时先推断数据完毕标志，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0FFH,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。假设主机向从机发送数据，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。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；假设 地址相符，则清TB8,开头发送数据。从机接收到复位命令后回到监听地址状态。 否则开头接收数据和命令

10、。设主机发送的地址联络信号OOH, 01H, 02H为从机设备地址；通常从机以中断方式把握和主机的通信。程序可分成主机程序和从机程序，商定一次传送的数据为16个字节.网依据试验要求及相应的通信协议现绘制如下的主机程序流程图:承受数据显示承受结果地址循环图10主机的程序流程图主机的程序流程大致如上，首先将串口初始化，设置TMOD、PCON、SCON、 TH1、TL1等参数；然后主机通过串口发送一个呼叫地址，等待并接收从机答复; 假设地址错，则发送发复位信号给从机。假设地址相符，则清地址标志。然后通过发命令来把握是主机发送数据给从机还是主机预备接收数据，等待从机的回复来确定接收状态。假设是发送命令

11、并且从机已经预备好接收，清校验 和，主机发送一数据给从机。主机发送校验和，从机依据校验和后回复接收是否正确3. 3.3正确3. 3.3假设接收不正确，则要求主机重发送,从机程序流程图设计并置地址标志O图11从机的程序流程图从机的程序流程有很大一局部是和主机的流程一样的，从机首先再开机启动 时通过P1 口读取从机的本机地址，串口初始化:TMOD、PCON、SCON等参数 的设置和主机一样，首先将SM2设为1,只接收地址帧。假定预备好发送和接 收，当接收到本机发过来的地址时，假设非本机地址，连续等待；假设是本机地址 则把本地址发回给主机。假设是复位信号，则恢复SM2置一。假设是接收命令，则是等待主

12、机发送的数据，从机接收预备好发送数据的状态, 然后清校验和，开头从主机接收数据，校验和一样发“00 ”，校验和不同发 “0FF”，重接收，接收数据完毕；假设是接收命令，则从机向主机发送数据， 并等待发送，从机预备好发状态后，先清校验和，开头向主机发送数据，然后向 主机发送校验和，等待主机回复，假设主机接收不正确，则从机重发送数据给主 机，始终等到发送数据成功；假设主机推断命令非法，并回复从机重回到发状 态，最终从机恢复监听将SM2位置一。本从机设计为首先通过将其转换的电压信号，再通过AD转换芯片ADC0809 将其转变为数字量传送给从机。从机在收到发送命令后，将此数据通过串口再发 送给主机。主

13、机依据推断后，给从机发送把握命令。四系统的调试与实现对本课题的设计思路清楚之后，我们接下来所需要做的工作就是依据我们的 方案编程实现功能。本过程可以分为五个局部：从机模块调试、LED显示模块 调试、电平转换模块功能调试、主机模块功能调试、整体设计功能调试。3.1 主机模块功能调试当主机发送地址帧呼叫从机时从机将接收到的内容与自己的地址比较，如假 设一样从时机向主机发送主机所需要的数据。而主机接收到正确的数据，便会通 过LED数码管显示出来，这样便会实现我们预想的主机模块功能。固然主机局部 程序包含上面调试好的LED显示模块程序。此处将从机送来的数值通过调用LED 显示模块子程序显示出来。LED

14、显示模块分为三个区域，从机0、从机1、从机2 分别占用2个显示管。3.2 从机模块调试从机局部实现的功能是针对主机发送来的地址进展比照，假设是自己的从机 地址，就会发送AD转换结果。为了检测此局部的功能是否能够实现，我们借助串 口测试软件，发送预设的从机地址看看该从机是否会把AD转换的结果发送来。此 从机调试模块分为两个层次：1、用一个简洁的程序测试从机硬件局部是否能正 常运行；2、在硬件良好的状况下测试编写的从机局部代码能否顺当实现功能。该局部相比较而言简洁一点，其实也可以归为主机模块调试的一局部。LED 功能就是用来显示DA转换的结果。连接好电路之后，用个小程序测试LED显示 功能良好的状

15、况下显示从机发送来的数据。4. 3整体设计功能调试各个模块程序功能调试好之后，将他们各就各位。但此时我们又遇到一个难 题：从机送给主机的数据在经MAX485传递给主机时读出来的不是抱负的结果， 后经过示波器查看输出波形，经屡次调试，将主机与从机时序调整全都才得以在主机收到从机发送来的数据。图12系统的调试示意图五总结与体会参考文献1蔡美琴，张为民等.MCS-51系列单片机系统及其应用M.-2版.一北京： 高等教育出版社，2022. 62于永，戴加，刘波等.51单片机C语言常用模块与综合系统实例精讲M.- 2版.一北京：电子工业出版社，2022. 103杨家，李华军等.单片机程序设计及其应用-从

16、根底到实践M.北京：电 子工业出版社，2022. 3、题目要求与功能分析1.1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：(1)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。

17、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子模块、AD转换

18、子模块和串口电 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。程序设计全部代码如下：1 .主机局部程序代码：#include#includeunsigned char LED_segl 0= Ox3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,;unsigned char LED_bit6=0x01,0x02,0x04,0x08,Ox 10,0x20;unsigned char LED_buf6=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0

19、0;sbit EN=P3A4;void delay(unsigned long n)(unsigned int i;for(i=l;in;i+)；void convert(unsigned char a unsigned char j)(unsigned char m,n,i;unsigned char b=0;for(i=0;ia)( break;)m=i/10;n=i%10;/j=j*2;LED_bufj=LED_segn;LED_bufj+1 =LED_segmJ+0x80;)void sbuf_init(void)(SCON=0xd(); 工作方式 3PCON=0x00;TMOD=(T

20、MOD&0xf)|0x20;THl=Oxfd;TLl=0xfd;TR1=1; void flash_led(void) unsigned char i;for(i=0;i=2)i=0;ADDR=()x()(); ) convert(aj); flash_led; ) ) ).从机局部程序代码：#include“absacc.h U#include“reg5Lh #define uchar unsigned char#define INO XBYTEfOxOOOO#includesbit AD BUSY=P3A3;sbit EN=P3A4;void delay(unsigned int n) (

21、unsigned int i; for(i=0;in;i+);)void sbuf_init(void) (SCON=OxdO; 工作方式3PCON=()x()();TMOD=(TMOD&Oxf)|Ox20;THl=0xfd;TLl=0xfd;TR1=1;)uchar ADC0809(void)(uchar i=0;uchar a;while(l)IN0=0; 1=1;i=i;while(AD_BUSY=O);a=INO;return(a);)void main(void)(unsigned char ADDR;unsigned char tmp=0xff;uchar ad_result; s

22、buf_init;ADDR=P1 &0x0f;while(l)(SM2=1;/只接收地址帧/*假设接收到的地址帧不是本机地址，则连续等待*/tmp=ADDR+l;EN=();承受使能while(tmp! = ADDR)(while(!RI);tmp=SBUF;RI=0;)delay(20); /*发送本机地址作为应答信号，预备接收数据*/EN=1;发送使能delay(40);TI=0;TB8=();/主机不检测该位SBUF = ADDR;delay(lO);while(!TI);TI = 0;delay(40);/* 数据发送 */ad_result=ADC0809;SBUF=ad_resul

23、t;while(TI=0);TI=0;delay(lOOO);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

24、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。主机发送一地址帧，其中8位是地址，第9位为地址/数据的区分标志，该 位置1表示该帧为地址帧。全部从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机的地址比较。对于地址相符 的从机，使自己的SM2位置0 （以接收主机随后发来的数据帧，并把本站地址 发回主机作为应答；对于地址不符的从机，仍保持SM2:1,对主机随后发来的数 据帧不予理睬。从机发送数据完毕后,要发送一帧校验和,并置第9位（TB8 为1,作为从机数据

25、传送完毕的标志。主机接收数据时先推断数据接收标志（RB8，假设RB8=1,表示数据传送完毕，。 假设接收帧的RB8=0,则存数据到缓冲区，并预备接收下帧信息。主机收到从机应答地址后，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。从机收到复位命令后回到监听地址状态SM2=l）o否则开头接收数据和命令。2. 2. 2题设分析1.从机识别给多点分别设置地址信息，在数据前加地址字段或直接在数据传输钱发送地 址帧，主机通过不同的地址信息识别数据源。首先，从机应处于只承受地址帧信息的状态；然后主机发送一帧地址信息；从机接收到地址帧后，将本机的地址

26、与地址帧中的地址惊醒比较，假设地址 一样，则预备接收数据，否则对其当前帧。照旧处于只承受地址帧状态；主机发送地址帧后，相应的从机接收数据，数据传输完毕后，从机连续回到 只承受地址帧的状态。在这一过程中，其他从机不受影响；当主机需要与其他从机进展数据传输时，可以再次发送地址帧呼叫主机，重 复这一过程。2.51单片机串口的多机通信功能 依据MCS-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

27、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

28、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。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A

29、D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

30、信 方式。设计大体思路流程图程如下：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，P1 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

31、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。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RxdP3.0)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

32、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。1234DPY.7-SE G_ DPDPY_?-SE G_DPUpzJ10DPY J-SE G_ DPDPY _7SE G_ DP1010DPY _7SE G_ DP)2V+51 PF 丁丫51 PFinVCCP1.0PO.O (ADO)PLIP0.I (ADI)PI.2P0.2 (AD 2)PI.3P0.3 (AD 3)PI.4P0.4 1AD4)(MOS I)P1.5P0.5 (AD 5)(MIS 0JP1.6 (SC K)PI.7P0.6 (AD 6)P0.7 1AD7)R$T(IU-D)P3.0 IXXUI

33、P3.I (INTO )P3.2 (!NT! )P3.3ALEPROG PSENruw.uP2.7 (A15 )1335W R B3.6P2.5 (Ai3)P2.4 (A12 )XTAL2 XTALiP2.3 (All ) P2.2 (A10 )P2.I (A9)三 LFf 1 MlLOAD1SETCLK DIN LOADDOUTCNDGNI)SEGA SEGB SEGC SEGD SEGE si (；i SEGG SEGDPDIGO DIG 1DIG 2 DIGSDIG 4 DIG 5DIG 6图4多机通信的主机局部电路设计Size NumberRcvisio nA4Date:20 Ju n

34、-201 0Sh eel ofFile:C U an$D esk(op寸八742 0 Wteiuy h&Fy:MAX485串口电平转换电路：串口电平转换电路的电路图如下图：本试验中承受MAX485的电平转换芯片。MAX485是一种RS-485标准接口的电平转换芯D片。RS-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。HEA DER 3VCC3BREADEGNDDIVCCL76RR10-2-3 MA X4 8512345678Pl .Pl .Pl .Pl . Pl . (MC (MI (SCRS1MAX485接口芯片承受单一电源+5 V工作，额定电流为30

35、0 p A,承受半 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EOC的构造和引脚都格外简洁，内部含有一企驱动器和接收器。R0和DI端分别为接WRRD101 1121314151617(RX (TX (IN (IN (TO (T1 (W (RD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TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收而发送的使能端，当/RE为规律。时，10uF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 X181920XTXTGN图5电平转换电路AT89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BR 2端界别为接收和发送的差分信号端，当A8.引I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Y 11 1 .0 592 MY 11 1 .0 592 M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间加匹配电阻，一般可选100。的电阻。C2如以下图是其芯片资料数据手册中的典型连接图:22pf