甲乙兩機(jī)串口通信雙向控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 目錄1. 題目設(shè)計(jì)要求：12. 系統(tǒng)的組成及工作原理22.1 系統(tǒng)組成22.2 工作原理22.3 雙機(jī)通訊的方案33. 器件的功能及作用43.1 硬件設(shè)計(jì)43.1.1 AT89C51說(shuō)明43.1.2 RS23說(shuō)明53.2 電氣特性53.3 DB-9連接器64. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)84.1 線(xiàn)路原理圖84.2 元器件清單95. 設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲106. 參考文獻(xiàn)111. 題目設(shè)計(jì)要求：甲乙兩機(jī)串口雙向通信設(shè)計(jì)要求：利用51單片機(jī)，RS232芯片，LED燈，數(shù)碼管進(jìn)行雙機(jī)通信設(shè)計(jì)。甲機(jī)可按鍵控制乙機(jī)的LED顯示；乙機(jī)可按鍵控制甲機(jī)的數(shù)碼管顯示。完成以下設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)： 1）使用Altium Desinger開(kāi)

2、發(fā)工具，設(shè)計(jì)電路原理圖。 2）使用Uvision2開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件程序。 3）使用PROTEUS仿真軟件，設(shè)計(jì)仿真原理圖并運(yùn)行軟件程序，完成系統(tǒng)仿真。 2. 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成 本次設(shè)計(jì)是用兩個(gè)單片機(jī)（稱(chēng)為甲機(jī)和乙機(jī)）之間采用方式1雙向串行通信。 甲機(jī)的按鍵可通過(guò)串口控制甲機(jī)、乙機(jī)的2個(gè)LED燈，按一次甲機(jī)、乙機(jī)的LED1點(diǎn)亮，LED2滅，按兩次甲機(jī)、乙機(jī)LED1滅，LED2點(diǎn)亮，按三次甲機(jī)、乙機(jī)的LED1和LED2全亮。 乙機(jī)的按鍵課控制串口向甲機(jī)發(fā)送按下的次數(shù)，按下的次數(shù)通過(guò)串口顯示在甲機(jī)P0口的數(shù)碼管上，由此設(shè)計(jì)出總體框圖。LED顯示按鍵數(shù)碼管顯示

3、LED顯示按鍵STC89C51R1STC89C51R1圖2.1 總體框圖 2.2 工作原理雙機(jī)通信系統(tǒng)通過(guò)甲乙單片機(jī)的串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。甲單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)電路來(lái)啟動(dòng)發(fā)送程序，甲機(jī)當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)向乙機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，乙機(jī)上蜂嚀器發(fā)出聲音提示有數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)，乙機(jī)通過(guò)接收中斷來(lái)接收和開(kāi)關(guān)判斷是否接收甲機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)編寫(xiě)好的數(shù)據(jù)代碼在8個(gè)發(fā)光二極管上顯示主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。乙單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)電路來(lái)啟動(dòng)發(fā)送程序，乙機(jī)給甲機(jī)發(fā)送一數(shù)據(jù)，甲機(jī)上蜂嚀器發(fā)出聲音提示有數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)，甲機(jī)通過(guò)接收中斷來(lái)接收和開(kāi)關(guān)判斷是否接收乙機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)編寫(xiě)好的數(shù)據(jù)代碼在8個(gè)發(fā)光二極管上顯示乙機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

4、 2.3 雙機(jī)通訊的方案 設(shè)計(jì)方案： 該系統(tǒng)采用主從共兩片AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制，由于是近距離的雙機(jī)通信，我們采用單片機(jī)直接交叉連接的方式，上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由串行口TXD端輸出，直接由下位機(jī)的串行口數(shù)據(jù)接收端RXD接收。需要注意的是一定要保證主從機(jī)相同的數(shù)據(jù)傳輸速率，即要求設(shè)置相同的波特率。電路分為數(shù)碼管顯示模塊，指示模塊、以及單片機(jī)工作的基本復(fù)位、晶振模塊。 甲機(jī)由3個(gè)數(shù)碼管，4個(gè)獨(dú)立鍵盤(pán)開(kāi)關(guān)，1個(gè)蜂嚀器組成。 乙機(jī)由8個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)蜂嚀器，1個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20組成。 單片機(jī)上最基本的兩個(gè)電路： 復(fù)位電路（圖2.2）和晶振電路（圖2.3）圖2.2 復(fù)位

5、電路圖圖2.3 晶振電路圖3. 器件的功能及作用3.1 硬件設(shè)計(jì)3.1.1 AT89C51說(shuō)明 At89c51單片機(jī)內(nèi)部有1個(gè)功能很強(qiáng)大的全雙工串行口，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。串行口的內(nèi)部有數(shù)據(jù)接收緩沖器和數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器，數(shù)據(jù)接收緩沖器只能讀出不能寫(xiě)入，數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器只能寫(xiě)入不能讀出，這兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器都是用SBUF來(lái)表示，地址都是99H，CPU對(duì)特殊功能寄存器SBUF執(zhí)行寫(xiě)操作就將數(shù)據(jù)寫(xiě)入發(fā)送緩沖器，對(duì)SBUF執(zhí)行度操作就是讀出接收緩沖器中的內(nèi)容。特殊功能寄存器SCON參訪(fǎng)串行口的控制狀態(tài)信號(hào)，串行口用T1或者T2作為波特率發(fā)生器（發(fā)送和接收時(shí)鐘），特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD為串行

6、口波特率的倍率控制位。SCON：串行口控制寄存器寄存器地址98H，位尋址9FH98H。表3.1 寄存器表位地址9F9E9D9C9B9A9998位符號(hào)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1：串行口工作方式選擇位SM2：多機(jī)通信控制位REN：允許/禁止串行口接收的控制位TB8：在方式2和方式3中，是被發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，可根據(jù)需要由軟件置1或清零，也可以作為奇偶校驗(yàn)位，在方式1中是停止位。RB8：在方式2和方式3中，是被接收的第9位數(shù)據(jù)（來(lái)自第TB8位）；在方式中，RB8收到的是停止位，在方式0中不用。TI串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志位: 當(dāng)發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置1；在轉(zhuǎn) 向中

7、斷服務(wù)程序后，用軟件清0。RI串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位: 當(dāng)接收完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置1；在轉(zhuǎn) 向中斷服務(wù)程序后，用軟件清0。SM0、SM1：串行口工作方式選擇位，其組合含義如下所示：表3.2 串行口表SM0SM1方式功能說(shuō)明000移位寄存器方式（用于I/O口擴(kuò)展）0118位UART，波特率可變（T1溢出率/n)1029位UART，波特率為(f/64或f/32)1139位UART，波特率為（T1溢出率/n) PCON的D7位作為串行波特率系數(shù)SMOD控制位，PCON不可位尋址，其地址為87H，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率加倍。SMOD在PCON中的位置如下所示：PCON D7 D6 D5 D4

8、 D3 D2 D1 D0SMOD3.1.2 RS23說(shuō)明RS232近程通訊總線(xiàn)適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信，由于通行設(shè)備廠(chǎng)商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。如圖3.1所示：圖3.1 DB9圖3.2 電氣特性EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線(xiàn)功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V-15V邏輯0(SPACE)=+315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線(xiàn)上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）+3V+15V信號(hào)無(wú)效（斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V-15V

9、 RS232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。 最大直接傳輸距離說(shuō)明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺。3.3 DB-9連接器使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個(gè)信號(hào)。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號(hào)完全不同。因此，若與配接

10、DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專(zhuān)門(mén)的電纜線(xiàn)。最大直接傳輸距離說(shuō)明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。 用RS-232總線(xiàn)連接系統(tǒng)有近程通訊方式和遠(yuǎn)程通訊方式兩種，近程通訊是指?jìng)鬏斁嚯x小于15米的通訊，可以用RS-232 電纜直接連接。15米以上的長(zhǎng)距離通訊，需要采用調(diào)制調(diào)解器。 當(dāng)計(jì)算機(jī)與終端之間利用RS-232作近程連接時(shí)，有幾根線(xiàn)實(shí)現(xiàn)交換連接。本次實(shí)驗(yàn)不需要檢測(cè)數(shù)據(jù)等信號(hào)狀態(tài)的 RS-232是異步通訊中最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)，適用于數(shù)據(jù)中端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間的接口。在微

11、機(jī)通訊中，通常使用 的RS-232接口信號(hào)是九根引腳。如表3.3：各引腳功能如下：引腳號(hào)符號(hào)方向功能1DCD輸入載波檢測(cè)2RXD輸入接收數(shù)據(jù)3TXD輸出發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端就緒5GND信號(hào)地6DSR輸入數(shù)據(jù)裝置就緒7RTS輸出請(qǐng)求發(fā)送8CTS輸入清除發(fā)送9RI輸入振鈴指示表3.3 DB9管腳說(shuō)明表 用RS-232總線(xiàn)連接系統(tǒng)有近程通訊方式和遠(yuǎn)程通訊方式兩種，近程通訊是指?jìng)鬏斁嚯x小于15米的通訊，可以用RS-232 電纜直接連接。15米以上的長(zhǎng)距離通訊，需要采用調(diào)制調(diào)解器。 計(jì)算機(jī)和終端用RS-232連接的交叉圖4如下，圖中“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”是交叉相連的，是得兩臺(tái)設(shè)備都能正常的發(fā)

12、送和接收。 圖3.2 通訊連接數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線(xiàn)： 發(fā)送數(shù)據(jù)(TxD)通過(guò)TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM。 接收數(shù)據(jù)(RxD)通過(guò)RxD線(xiàn)終端接收從MODEM發(fā)來(lái)的串行數(shù)據(jù)。4. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 線(xiàn)路原理圖第一步將兩組按鍵和LED燈分別連接到單片機(jī)U1、U2的P1口，第二步將單片機(jī)U1的P0口分別連接到數(shù)碼顯示管上進(jìn)行顯示，第三步將單片機(jī)U1的P0口連接到排阻上，第四步分別將單片機(jī)U1、U2的P3口連接到各自的線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/接收器上，第五步將兩個(gè)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/接收器分別連接到各自的DB-9接口上，最后再將單片機(jī)U1、U2通過(guò)DB-9連接器進(jìn)行連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊。圖4.1 線(xiàn)路原理圖4.2 元

13、器件清單1、兩個(gè)C51單片機(jī)U1、U22、排阻3、數(shù)碼顯示管4、4個(gè)LED5、電容和極化電容6、220歐電阻7、兩個(gè)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/接收器8、兩個(gè)DB-9接口9、+5V電源10、兩個(gè)按鍵5. 設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲最初選擇雙機(jī)串行通信這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于從未接觸過(guò)這類(lèi)設(shè)計(jì)，感到新鮮的同時(shí)不乏挑戰(zhàn)性。現(xiàn)在終于將它完成了，感到受益頗多。第一，這是一份考驗(yàn)我們自覺(jué)性、動(dòng)手能力與協(xié)作意識(shí)的任務(wù)。第二，未知并不可怕，可怕的是因未知而止步。我們?cè)谡n堂上所學(xué)的知識(shí)是非常有限的，這次的課程設(shè)計(jì)就是個(gè)很好的體現(xiàn)。很多函數(shù)的運(yùn)用我們還沒(méi)掌握，一些簡(jiǎn)單的循環(huán)語(yǔ)句都可能出錯(cuò)。實(shí)踐后才能真的知道我們真正掌握了多少。第三，團(tuán)結(jié)就是力量一點(diǎn)都不假。在團(tuán)組合作時(shí)我們更便于互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互討論，效果很好。通過(guò)本次課設(shè)實(shí)驗(yàn)我們對(duì)自身進(jìn)行了查缺補(bǔ)漏，是自己對(duì)單片機(jī)這門(mén)課程有了更深的