设计单片机串行通信课程设计报告Word格式.docx

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让我们增加了对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，同时也加深单片机的内部功能模块的应用。

使我们了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，强化单片机应用电路的设计与分析能力。

提高我们在单片机应用方面的实践技能和科学作风；

培育我们综合运用理论知识解决问题的能力。

（2）课程设计要求

通过对课题的分析，进行系统功能设计，选择器件，划分软硬件的功能，用Proteus软件在PC机上完成硬件原理图设计。

用汇编语言，完成软件设计。

然后使用Proteus仿真软件在PC机上进行系统仿真，调试电路和修改调试程序，直至达到设计的要求和取得满意的效果。

（3）课程设计的内容

1）.A机控制B机的两个LED闪烁，B机控制A机的数码管加一显示。

2）.使用DS18B20温度传感器,由B机测量温度后由A机显示.

2、主要步骤及方案

（1）主要步骤

1）对题目进行分析

2）确定电路图需要的元件

3）画出电路图

4）写出运行程序

5）加载并调试修改程序

（2）主要方案

利用AT51芯片、复位电路、时钟电路、LED数码管等，使

A机控制B机的两个LED闪烁，B机控制A机的数码管加一显示。

使用DS18B20温度传感器,由B机测量温度后由A机显示.把P1口的高7位与数码管

相连，绿灯表示通行方向。

P2口与LED显示器相连，用来输出显示的数字。

系统的原理框图如下：

【摘要】串行通信是单片机的一个重要应用。

本次课程设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现双片单片机串行通信。

通信的结果实用数码管进行显示。

两个单片机之间采用RS232进行双机通信。

在通信过程中，使用通信协议进行通信。

【关键字】52单片机，串行通信，接口,DS18B20

一、总体设计

1.设计要求：

（1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）使用DS18B20温度传感器,由B机测量温度后由A机显示.

2.设计方案：

本次设计，对于两片AT51，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及利用LED显示通信结果,与此同时由DS18B20测量温度后由另一单片机显示。

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，主机先送信号给从机,从机接收信号后发出应答信号并显示相应内容.

二、硬件设计

1．51单片机的串行通信

图1.AT89C51

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

SM2

REN

TB8

RB8

TI

RI

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

工作方式

功能

波特率

0

8位同步移位寄存器（用于I/O扩展）

fORC/12

1

10位异步串行通信（UART）

可变（T1溢出率*2SMOD/32）

2

11位异步串行通信（UART）

fORC/64或fORC/32

3

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，52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89C51串行接口通信，如果两台单片机之间的距离很近（不超过1.5m），可以采用直接将两台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.DS18B20温度传感器

数字温度传感器DS18B20介绍

　1、DS18B20的主要特性

　　1.1、适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电

　　1.2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯

　　1.3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温

　　1.4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内

　　1.5、温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±

0.5℃

　　1.6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温

　　1.7、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快

　　1.8、测量结果直接输出数字温度信号，以"

一线总线"

串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力

　　1.9、负压特性：

电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

2、DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：

64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的外形及管脚排列如下图1:

　　DS18B20引脚定义：

（1）DQ为数字信号输入/输出端；

（2）GND为电源地；

　　（3）VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。

　　图2：

DS18B20内部结构图

　3、DS18B20工作原理

　　DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。

DS18B20测温原理如图3所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

4.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。

接受方接收后，通过P1口在数码管上显示接收的信息。

A机控制B机LED,B机控制A机数码管加一显示

B机DS18B20温度传感器检测温度送A机显示

三、软件设计

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（信号）,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。

（7）通过通信协议进行发送接收，A机向B机发送操作代码A、B、C或停止发送，对应的开关K1按一下两机LED1都亮，按第二下两机LED2都亮，再按下时，LED1、LED2全亮，再按则四灯全灭。

（8）K2控制B机向A机发送字符，根据按键次数逐次加1至9，10为关闭状态，同时B机接收A机命令，受K1控制LED灯的亮、灭。

（9）由B机DS18B20测量温度后A机显示测量的温度值.

2串行通信的传输方式

串行通信的传送方向通常有三种

（1）单向（或单工）配置，只允许数据向一个方向传送；

（2）半双向（或半双工）配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站点发送；

（3）全双向（全双工）配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接受能力。

3、串行通信工作方式

方式1接收时，数据从引脚RXD（P3.0）端输入。

接收是在SCON寄存器中REN位置1的前提下，并检测到起始位（RXD上检测到1→0的跳变，即起始位）而开始的。

接收时，定时信号有两种：

一种是接收移位时钟（RX时钟），它的频率和传送波特率相同，也是由定时器T1的溢出信号经过16或32分频而得到的；

另一种是位检测器采样脉冲，它的频率是RX时钟的16倍，亦即在一位数据期间有16位检测器采样脉冲，为完成检测，以16倍于波特率的速率对RXD进行采样。

4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。

附录

A机控制B机LED

#include<

reg52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitLED1=P1^0;

sbitLED2=P1^3;

sbitK1=P1^7;

ucharOperation_No;

//操作代码

//数码管代码

ucharcodeDSY_CODE[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};

//延时

voidDelaysMS（uintms）

{

uchari;

while（ms--）for（i=0;

i<

120;

i++）;

}

//向串口发送字符

voidPutc_to_SerialPort（ucharc）

SBUF=c;

while（TI==0）;

TI=0;

//主程序

voidmain（）

{

LED1=LED2=1;

P0=0x00

SCON=0x50;

//串口模式一,允许接收

TMOD=0x20;

//T1工作模式2

PCON=0X00;

//波特率不倍增

TH1=0xfd;

TL1=0xfd;

TI=RI=0;

TR1=1;

IE=0x90;

//允许串口中断

while

（1）

DelaysMS（100）;

if（K1==0）//按下K1时选择操作代码0，1，2，3

while（K1==0）;

Operation_No=（Operation_No+1）%4;

switch（Operation_No）//根据操作代码发送A/B/C或停止发送

{

case0:

Putc_to_SerialPort（'

X'

）；

LED1=LED2=1;

break;

case1:

A'

）;

LED1=~LED1;

LED2=1;

case2:

Putc_to_SerialPort（'

B'

LED2=~LED2;

LED1=1;

case3:

C'

LED2=LED1;

}

}

//甲机串口接收中断函数

voidSerial_INT（）interrupt4

if（RI）

{

RI=0;

if（SBUF>

=0&

&

SBUF<

=9）P0=DSY_CODE[SBUF];

elseP0=0x00;

B机控制A机数码管加一显示

sbitK2=P1^7;

ucharNumX=-1;

{LED1=LED2=1;

P0=0x00;

//波特率9600

RI=TI=0;

if（K2==0）

while（K2==0）;

NumX=++NumX%11;

//产生0~10范围内的数字,其中10表示关闭

SBUF=NumX;

while（TI==0）;

TI=0;

if（RI）//如收到则LED则动作

switch（SBUF）//根据所收到的不同命令字符完成不同动作

case'

:

//全灭

case'

LED1=0;

//LED1亮

LED2=0;

//LED2亮

LED1=LED2=0;

//全亮

B机DS18B20温度传感器检测温度送A机显示

A机程序

#include<

intrins.h>

#definedelayNOP（）{_nop_（）;

_nop_（）;

sbitLCD_RS=P2^0;

sbitLCD_RW=P2^1;

sbitLCD_EN=P2^2;

ucharcodeTemp_Disp_Title[]={"

CurrentTemp:

"

};

ucharCurrent_Temp_Display_Buffer[]={"

TEMP:

ucharcodeTemperature_Char[8]=

0x0c,0x12,0x12,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x00

ucharcodedf_Table[]=

0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9

ucharCurrentT=0;

ucharTemp_Value[]={0x00,0x00};

ucharDisplay_Digit[]={0,0,0,0};

bitDS18B20_IS_OK=1;

intb;

sbitDQ=P3^4;

voidDelayXus（uintx）

uchari;

while（x--）

for（i=0;

200;

voidDelay（uintx）

while（--x）;

ucharInit_DS18B20（）

ucharstatus;

DQ=1;

Delay（8）;

DQ=0;

Delay（90）;

returnstatus;

bitLCD_Busy_Check（）

bitresult;

LCD_RS=0;

LCD_RW=1;

LCD_EN=1;

delayNOP（）;

result=（bit）（P0&

0x80）;

LCD_EN=0;

returnresult;

voidWrite_LCD_Command（ucharcmd）

while（LCD_Busy_Check（））;

LCD_RW=0;

LCD_EN=0;

_nop_（）;

P0=cmd;

voidWrite_LCD_Data（uchardat）

LCD_RS=1;

P0=dat;

voidLCD_Initialise（）

Write_LCD_Command（0x01）;

DelayXus（5）;

Write_LCD_Command（0x38）;

Write_LCD_Command（0x0c）;

Write_LCD_Command（0x06）;

voidSet_LCD_POS（ucharp