一、總體設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)要求：

兩片單片機(jī)之間進(jìn)行串行通信，發(fā)送端將0~f循環(huán)發(fā)送到接收端，并在接收端顯示。

2.設(shè)計(jì)方案：

本次設(shè)計(jì)，對于兩片89C51，采用RS232進(jìn)行雙機(jī)通信。發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口TXD段輸出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，信號到達(dá)接收方串行口的接收端。接受方接收后，在數(shù)碼管上顯示接收的信息。為提高抗干擾能力，還可以在輸入輸出端加光耦合進(jìn)行光電隔離。

軟件部分，通過通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，主機(jī)先送AAH給從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到AAH后，向主機(jī)回答B(yǎng)BH。主機(jī)收到BBH后就把數(shù)碼表TAB[16]中的10個數(shù)據(jù)送給從機(jī)，并發(fā)送檢驗(yàn)和。從機(jī)收到16個數(shù)據(jù)并計(jì)算接收到數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和，與主機(jī)發(fā)送來的檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若檢驗(yàn)和相同則發(fā)送00H給主機(jī)；否則發(fā)送FFH給主機(jī)，重新接受。從機(jī)收到16個正確數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管顯示。

二、硬件設(shè)計(jì)

1.51單片機(jī)串行通信功能

計(jì)算機(jī)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(jī)用4個接口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出就是并行通信，并行通信的特點(diǎn)是傳輸信號的速度快，但所用的信號線較多，成本高，傳輸?shù)木嚯x較近。串行通信的特點(diǎn)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?shù)木嚯x較遠(yuǎn)。

51單片機(jī)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(fā)送器）用，也可以作為同步移位寄存器用。51單片機(jī)串行接口的結(jié)構(gòu)如下：

（1）數(shù)據(jù)緩沖器（SBUF）

接受或發(fā)送的數(shù)據(jù)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(fā)送時用指令將數(shù)據(jù)送到SBUF即可啟動發(fā)送；接收時用指令將SBUF中接收到的數(shù)據(jù)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(fā)控制及狀態(tài)指示，各位含義如下：

SM0,SM1:串行接口工作方式選擇位，這兩位組合成00，01，10，11對應(yīng)于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特點(diǎn)見下表

SM2：多機(jī)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(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)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(shù)據(jù)，實(shí)際為主機(jī)發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)TB8，使從機(jī)根據(jù)這一位來判斷主機(jī)發(fā)送的時呼叫地址還是要傳送的數(shù)據(jù)。

TI：發(fā)送中斷標(biāo)志。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)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(xù)發(fā)送。

RI：接收中斷標(biāo)志。接收完一幀數(shù)據(jù)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(xù)接收。

（3）輸入移位寄存器

接收的數(shù)據(jù)先串行進(jìn)入輸入移位寄存器，8位數(shù)據(jù)全移入后，再并行送入接收SBUF中。

（4）波特率發(fā)生器

波特率發(fā)生器用來控制串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的，51系列單片機(jī)用定時器T1作為波特率發(fā)生器，T1設(shè)置在定時方式。波特率時用來表示串行通信數(shù)據(jù)傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。

（5）電源控制寄存器PCON

其最高位為SMOD。

（6）波特率計(jì)算

當(dāng)定時器T1工作在定時方式的時候，定時器T1溢出率=（T1計(jì)數(shù)率）/（產(chǎn)生溢出所需機(jī)器周期）。由于是定時方式，T1計(jì)數(shù)率= fORC/12。產(chǎn)生溢出所需機(jī)器周期數(shù)=模M-計(jì)數(shù)初值X。

2.MAX232芯片

用8051串行接口通信，如果兩臺8051單片機(jī)之間的距離很近（不超過1.5m），可以采用直接將兩臺8051單片機(jī)的串行接口直接相連，利用其自身的TTL電平（0-5V）直接傳輸數(shù)據(jù)信息。如果傳輸距離較遠(yuǎn)（超過1.5m），由于傳輸線的阻抗與分布電容，會產(chǎn)生電平損耗和波形畸變，以至于檢測不出數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)出錯。此時可利用 RS232標(biāo)準(zhǔn)總線接口，將單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)電平（邏輯1為-15—-5V；邏輯0為+5-—+15V）。用RS232可將傳輸距離提高到15m，如果想遠(yuǎn)距離傳輸，可以采用RS422或者RS485。

電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232是美信公司（MAXIM）生產(chǎn)，專用于進(jìn)行將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平的芯片，MAX232內(nèi)部有泵電源，能將+5V電源電壓在芯片內(nèi)提高到RS232電平所需的+10V或者-10V電平。

圖2.電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232

3.整體電路設(shè)計(jì)

最終設(shè)計(jì)電路如下圖3所示，發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口TXD段輸出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，信號到達(dá)接收方串行口的接收端。接受方接收后，通過P1口在數(shù)碼管上顯示接收的信息。

圖3.串行通信電路

三、軟件設(shè)計(jì)

通過通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，主機(jī)先送AAH給從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到AAH后，向主機(jī)回答B(yǎng)BH。主機(jī)收到BBH后就把數(shù)碼表TAB[16]中的10個數(shù)據(jù)送給從機(jī)，并發(fā)送檢驗(yàn)和。從機(jī)收到16個數(shù)據(jù)并計(jì)算接收到數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和，與主機(jī)發(fā)送來的檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若檢驗(yàn)和相同則發(fā)送00H給主機(jī)；否則發(fā)送FFH給主機(jī)，重新接受。從機(jī)收到16個正確數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管顯示。

1.串行通信軟件實(shí)現(xiàn)

（1）串行口工作于方式1；用定時器1產(chǎn)生9600bit/s的波特率，工作于方式2。

（2）功能:將本機(jī)ROM中數(shù)碼表TAB[16]中的16個數(shù)發(fā)送到從機(jī),并保存在從機(jī)內(nèi)部ROM中，從機(jī)收到這16個數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管循環(huán)顯示。

（3）通信協(xié)議:主機(jī)首先發(fā)送連絡(luò)信號(AAH),從機(jī)接收到之后返回一個連絡(luò)信號(BBH)表示從機(jī)已準(zhǔn)備好接收。

（4）通信過程使用第九位發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。

（5）從機(jī)接收到一個數(shù)據(jù)后，立即進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，若數(shù)據(jù)沒有錯誤，則返回00H，否則返回FFH。

（6）主機(jī)發(fā)送一個數(shù)據(jù)后，等待從機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)；若為00H，則繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)，若為FFH，則重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.程序流程圖

（1）發(fā)送端程序流程圖

（2）接收方程序流程圖

四、聯(lián)合調(diào)試

在protues上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。首先使用KeilC將編寫完成的程序編譯生成HEX文件，將HEX文件燒錄到兩片單片機(jī)中，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示，可以看到，接收端已將接受到的數(shù)據(jù)完整的顯示了出來。

圖4.仿真圖

五、設(shè)計(jì)小結(jié)

經(jīng)過繁忙而又緊張的課程設(shè)計(jì)，終于順利的完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。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(jīng)過課程設(shè)計(jì)，在查閱資料的過程中，學(xué)習(xí)了基于單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì)，了解了單片機(jī)串行通信的基本知識，對于以后的學(xué)習(xí)和工作都有很大的益處。

在學(xué)習(xí)的過程中，也遇到了一些困難，比如開始的時候，由于發(fā)送端和接收端的通信協(xié)議沒有做好，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能正確的傳輸，在解決問題的過程中，對于通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)有了深刻的認(rèn)識。

通過這次課程設(shè)計(jì)，鍛煉了自己獨(dú)立思考的能力。

1.主機(jī)發(fā)送程序

#include // 51單片機(jī)預(yù)處理程序

#define uchar unsigned char // 宏定義無符號字符型變量

void init(); // 定義初始化函數(shù)

void send(); // 定義發(fā)送函數(shù)

ucharTAB[16] ={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; // 定義數(shù)組函數(shù) 0~F顯示段位值

uchar i,sum; // 定義無符字符變量 I,sum 其中i表示數(shù)據(jù)個數(shù)，sum表示校驗(yàn)和

int j; // 定義整形變量 j 等待數(shù)據(jù)發(fā)送時的延時

main() // 主函數(shù)開始執(zhí)行

{ init(); // 初始化

send(); // 準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)

}

void init(void) 調(diào)用初始化函數(shù)（無返回值）

{ EA=1; // 打開全局中斷允許

ES=1; // 打開串口中斷允許

TMOD=0x20; // 定義工作方式寄存器的方式和功能

TH1=0xfd; // 配置定時器初值

TL1=0xfd; // 配置定時器初值

PCON=0x00; // 配置電源管理寄存器 主要SMOD位=0

SCON=0x50; // 設(shè)定串行口的工作方式，REN允許串行接收

TR1=1; // 定時器1啟動控制位

}

void send(void) // 調(diào)用發(fā)送函數(shù)（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā)送）

{do

{ SBUF=0xaa; // 把0xaa裝入SBUF緩存

while(!TI); // 發(fā)送中斷標(biāo)志位（如果！TI=0即TI=1時，，跳出循環(huán)）

TI=0; // 因?yàn)門I為硬件置1，所以要軟件清0

while(!RI); // 接收中斷標(biāo)志位（如果！RI=0即RI=1時，，跳出循環(huán)）

RI=0; // 因?yàn)镽I為硬件置1，所以要軟件清0

}

while((SBUF^0xbb)!=0); // sbuf 的值不等0，為0xBB就會執(zhí)行下一條語句

// DO while 循環(huán)

do

{ sum=0; // 首先把0賦值給sum即清0 ，sum為校驗(yàn)和

for(i=0;i<=15;i++) // i為數(shù)組中數(shù)據(jù)的位個數(shù)，等待有16個數(shù)據(jù)后

{ SBUF=TAB[i]; // 把數(shù)裝入緩存器發(fā)送一個數(shù)據(jù)

sum+=TAB[i]; // 即 sum=sum+ TAB[i]（求校驗(yàn)和，為兩個十六進(jìn)制數(shù)的和）

while(!TI); // 在TI=1的時候，跳出循環(huán)

TI=0; // TI要軟件清零

}

SBUF=sum; // 發(fā)送校驗(yàn)和

while(!RI); //在RI=1的時候，跳出循環(huán)

RI=0; // RI要軟件清零

}

while(SBUF!=0); // 在SBUF為0時跳出循環(huán)

}

從機(jī)發(fā)送程序和主機(jī)差不多，你可以自己想一下看看能不能寫出來。