基于51單片機的多機通信系統(tǒng).doc
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課程設計報告 課程 單片機技術 題目 串口通信－多機通信系統(tǒng) 系 別 年 級 07級 專 業(yè) 電子科學與技術 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 職 稱 設計時間 目 錄 1 題設要求分析 1 2 硬件電路的設計 3 2.1 系統(tǒng)的組成 3 2.2 系統(tǒng)的工作原理 3 2.3 硬件電路原理圖設計 4 2.4 硬件電路的實現(xiàn) 6 3 軟件電路的設計 8 3.1 通信協(xié)議的設計 8 3.2 主機程序設計 8 3.3 從機程序設計 12 4 系統(tǒng)的調試與實現(xiàn) 15 4.1 從機模塊調試 15 4.2 LED顯示模塊調試 15 4.3電平轉換模塊功能調試 15 4.4主機模塊功能調試 16 4.5整體設計功能調試 16 參考文獻 18 1 題設要求分析 本小組的試驗題目如下： 一、任務： 設計實現(xiàn)多臺單片機系統(tǒng)之間的串行通信 二、基本要求（難度系數(shù)0.8）： （1）設計一個主從式多機通信系統(tǒng)，包含1臺主機和3臺從機，主機和從機全部為單片機； （2）選擇合適總線接口芯片，正確連接主機和從機； （3）編程實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集功能，主機可以獲取各分機當前AD轉換結果，并顯示。 三、發(fā)揮部分： （1）完善通信功能。（根據(jù)完成情況加分，上限+0.2） 經(jīng)過本小組成員對本課題認真討論先做出如下分析： 對課題分析后本小組認為本次實驗的目的是就是應用單片的串口通信功能實現(xiàn)一個分布式采集系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中包含一片主機和三片從機，主機的任務是實現(xiàn)對三片從機的AD轉換結果的采集并在數(shù)碼管上顯示之。這樣從硬件的角度上將整個系統(tǒng)分為兩個模塊——主機模塊和從機模塊。主機模塊中包含單片機模塊、led數(shù)碼管顯示子模塊和串口電平轉換子模塊，從機模塊則包括單片機子模塊、AD轉換子模塊和串口電平轉換子模塊。就本次試驗而言硬件電路的設計難點在于串口電平轉換芯片的選擇及其連接，而軟件的設計難點在于串口通信協(xié)議的制定及相關程序的編寫。 實現(xiàn)多機通信方案的實現(xiàn)。不同于雙機通信多機通信系統(tǒng)中需要識別通信信息發(fā)出者或是接受者是誰。經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)的多機通信系統(tǒng)中都是才采用地址識別的方法實現(xiàn)的。所謂地址識別方法就是在發(fā)送或接受信息前先發(fā)送和校驗地址幀。就本題目而言，先要對通信系統(tǒng)中的每臺機器分配一個唯一的地址作為識別信息。具體的識別過程如下： n 首先，從機處于只接收地址幀的狀態(tài)； n 主機發(fā)送一幀地址信息； n 從機接受到地址幀后，將本機地址與地址幀中的地址進行比較，如果地址相同準備接受數(shù)據(jù)，否則丟棄當前幀，依然處于只接受地址幀的狀態(tài)； n 主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀，相應的從機接受數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送完畢后，從機繼續(xù)回到只接受地址幀的狀態(tài)，在這個過程中其他從機不受影響； n 當主機需要與其他從機進行數(shù)據(jù)傳輸時，可以再次發(fā)送地址幀呼叫從機，重復這一過程[1]。 對于本題而言可通過此過程實現(xiàn)主機對從機的絕對控制。這樣在主機中編寫一個循環(huán)程序就可以實現(xiàn)對三臺從機的AD轉換結果的不停采集。至于地址幀與數(shù)據(jù)幀的區(qū)別則可通過串口工作方式三下的第九位的置1或置0來實現(xiàn)。在完成通信的基礎上，再將采集到的三路結果分別用兩個led數(shù)碼管顯示即可試驗預期目的。 2 硬件電路的設計 2.1 系統(tǒng)的組成 根據(jù)題目分析可知硬件電分為主機模塊和從機模塊。主機模塊中包含單片機子模塊、led數(shù)碼管顯示子模塊和串口電平轉換子模塊，從機模塊則包括單片機子模塊、AD轉換子模塊和串口電平轉換子模塊。在主模塊中由AT89S51單片機擔任主機，六個led數(shù)碼管擔任顯示設備和一片MAX485擔任串口的電平轉換。在整個主機系統(tǒng)中有三個從機模塊三個從機模塊結構一樣，有一片AT89S51單片機擔任從機外接一片ADC0809轉換芯片和一片MAX485擔任串口的電平轉換。串口采用單工及異步通信方式。整個硬件結構原如圖1所示。 圖 1 系統(tǒng)結構原理圖 2.2 系統(tǒng)的工作原理 主機AT89S51編程可實現(xiàn)循環(huán)訪問個從機，當從機接受主機訪問后啟動AD轉換設備ADC0809對外部模擬信號進行轉換。當從機獲得轉換結果后通過串口將其發(fā)送到主機，主機接受到轉換結果后再將其發(fā)送到相應的led數(shù)碼管顯示。 2.3 硬件電路原理圖設計 （1）led數(shù)碼管顯示電路 led數(shù)碼管顯示電路如圖2所示顯示子模塊由六個數(shù)碼管和相應的啟動芯片構成。其中每路通道的采集值用量為數(shù)碼管顯示。為了節(jié)約單片機的I/O口本題的數(shù)碼管采用MAX7219芯片。給芯片的優(yōu)點在于可完成電路的刷新。MAX7219芯片的SEG A-SEG DP為數(shù)碼管段碼接口，DIG0-DIG7為位碼接口，CLK、DIN、LOAD分別與單片機P1.0、P1.1、P1.2連接。單片機通過串行的方式將要顯示的數(shù)據(jù)通過CLK、DIN、LOAD三個接口送入相應的顯示寄存器內，MAX7219將自動完成對數(shù)碼管的刷新工作。具體的電路如圖2所示。 圖 2 led顯示電路 （2）串口電平轉換電路 串口電平轉換電路的電路圖如圖3所示：本實驗中采用MAX485的電平轉換芯片。MAX485是一種RS-485標準接口的電平轉換芯片。RS-485采用差分式半雙工通信方式，真正實現(xiàn)多點總線連接，具有傳輸距離遠可靠性高的特點?；谝陨显虮拘〗M選擇該芯片實現(xiàn)電平轉換。MAX485的1號引腳RO為接收端接單片RXD, 4號引腳DI為發(fā)送端接單片TXD, 2、3號引腳分別為發(fā)送接收使能端端接單片P1.3引腳。6、7號引腳總線接線口。 圖 3 電平轉換電路 （3）主機模塊電路 根據(jù)設計要求繪制主機模塊電路圖如圖4所示。 圖 4 主機模塊電路圖 （4）從機模塊電路 根據(jù)設計要求繪制從機模塊電路圖如圖5所示。 圖 5 從機模塊電路圖 2.4 硬件電路的實現(xiàn) 首先是主從機電路的實現(xiàn)。主機的電路的搭建采用主CPU板、鍵盤顯示接口板各一塊。照實驗原理圖將主CPU板的P0口接到鍵盤顯示接口板的位碼接口，P1口接到鍵盤顯示接口板的段碼的接口。從機的電路由CPU板和ADDA轉換板構成。 其次是電平轉換電路的焊接。電平轉換的路的實現(xiàn)是通過自己搭建電路完成。電平轉換的電路主要有四塊MAX485和兩個100Ω電阻構成。四塊MAX485采用總線方式連接，每個芯片分別引出三個引腳用于單片的連接。 最后將各個模塊的按照原理圖連接起來。 圖 6 硬件電路的連接 3 軟件電路的設計 3.1 通信協(xié)議的設計 通信協(xié)議的設計的設計是本題的重點難點，本題通信協(xié)議主要是區(qū)別主機和從機。由于串口的方式2、3發(fā)送和接收都是11位其第九為可編程置位可以此作為區(qū)分地址幀與數(shù)據(jù)幀從而實現(xiàn)主機與從機，從機與從機的區(qū)別。通信協(xié)議同樣要規(guī)定相同通信速率。參考相關資料后編寫如下的通信協(xié)議。 n 數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p方均使用9600kb/s的速率傳送數(shù)據(jù)，使用主從式通信，主機發(fā)送數(shù)據(jù)，從機接受數(shù)據(jù)，雙方在發(fā)送數(shù)據(jù)時使用查詢方式。 n 雙機開始數(shù)據(jù)傳輸時，主機發(fā)送地址幀呼叫從機。 n 各從機開始都處于只收地址幀狀態(tài)。接收到地址幀后，將接收到的地址內容和本機地址比較，如果地址相同，則向主機返回本機地址作為確認信息，并開始接收數(shù)據(jù)；如果不同，則繼續(xù)等待。 n 主機在發(fā)送地址幀后等待，如果接收到的應答信息中的內容和所發(fā)地址幀的內容相同，就開始發(fā)送數(shù)據(jù)，如果不一致，主機將繼續(xù)發(fā)送地址幀。如多次應答仍無回應則認為出錯則主機跳出本次通信。 n 從機在接收完數(shù)據(jù)后，將根據(jù)最后的校驗結果判斷數(shù)據(jù)接收是否正確，若校驗真確，則向主機發(fā)送2AH信號，同時點亮led燈半秒鐘，表示本次通信成功；若校驗錯誤，則發(fā)送F0H信號，表示接收數(shù)據(jù)錯誤，并請求從發(fā)。 n 主機接收到2AH信號，則通信結束，否則主機將重新發(fā)送這組數(shù)據(jù)。 3.2 主機程序設計 依據(jù)試驗要求及相應的通信協(xié)議現(xiàn)繪制如下的主機程序流程圖： 圖 7 主機程序流程圖 主機程序： #include
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