51单片机多机通信课程设计

《单片机应用与仿真训练》设计报告单片机多机通信姓名：学号：专业班级：指导老师：所在学院：2011年7月5日2摘要本设计是基于AT89S52单片机温度检测传输的三机通信系统，有三个单片机组成，其中一个作为主机（上位机），控制并负责接收来自从机1号和从机2号采集的数据信息，并显示在数码管上。由主机发送控制信息（通过按键控制），确定是接收来自想要得到各从机数据。从机1号和2号是数据采集模块，用来采集室内或室外温度信息，并通过通信协议传送给主机。为保证三机通信可靠性，通信口要有识别功能，51单片机串行口控制寄存器SCON中SM2位正是满足这一要求而设置的。当串行口以工作方式三工作时，接收和发送的信息都是11位数据,既包含SBUF寄存器传送的8位数据，还包括SCON中可编程第9位数据即TB8或RB8，主机可通过设定TB8是0或1，来区别发送的是地址还是数据。从机都先将SCON中的SM2设置为1，待主机发送地址信息，与本身的地址对照，如果是，则令从机SM2为0，准备接收主机信息并发送温度信息，如果不是，则继续等待。主机通过中断口接收数据，处理后显示在数码管上。此次设计由于只有一个18b20温度传感器，这里用三个任意的数据代替从机2采集温度数据，由于传输距离较短，这里不用MAX232,直接将主机的发送端接从机接收端，主机接收端连接从机发射端，仿真结果正常显示，实验结果正常。1目录1概述.....................................................................................................................11.1设计概述.................................................................................................11.2多机通信基本原理.................................................................................11.3通信协议................................................................................................22系统总体方案及硬件设计.................................................................................32.1总体设计方案..........................................................................................32.2硬件电路设计.........................................................................................33软件设计.............................................................................................................73.1控制流程图.............................................................................................73.2串行口采集步骤......................................................................................73.3软件流程图..............................................................................................8PROTEUS仿真.....................................................................................................9课程设计体会......................................................................................................11参考文献:............................................................................................................12附件1：主机A源程序代码..............................................................................13附件2：原理图...................................................................................................2411概述1.1设计概述目前在通信领域里，单片机一对一通信已经不能满足人们设计的需要，多机通信已经成为主要通信方式。单片机多机通信是指两台以上的单片机组成的网络结构，可以通过串行通信方式共同实现对某一过程的控制。目前单片机多机通信形式较多，常见的有星形、环形，串行总线型通信和主从式多机型四种。本设计采用的是主从式多机型，它是一种分散性网络结构，具有接口简单、使用灵活等优点。下图为主从式多机通信示意图：多机通信示意图1.2多机通信基本原理51用于多机通信时必须工作在方式2或方式3。以方式3为例，每发送一帧数据为11位：1位起始位(0)，8位数据位和1位停止位(1)，附加的第9位数据在非多机系统中为奇偶校验位，在发送端有SCON的TB8产生，在接收端传送到开关电源模块SCON的RB8。它还可设定为“0”或“1”作为在MTD2002多机通信中区分数据帧(0标志)还是地址帧(1标志)的标志。在MCS-51多机系统中有以下协议：所有的各从机均处于听命状态，即SM2=1，以便接收主机发来的地址，当接收到一帧信息的RB8为“1”时，表示主机发送来的是地址信息，所有的从机均发生接收中断，否则中断屏蔽。当一从机进入相应的中断服务程序，把接收到的地址和本机的地址比较，如果相符合就令其SM2=0，并向主机发回本机地址以作应答，该从机就与主机联通，准备接收主机发来的命令或数TXDRXDAT89S52主机RXD从机1从机2从机N河南理工大学课程设计2据信息，而其他的未被寻址从机保持SM2=1并退出各自的中断服务程序。这样，只有SM2=0的从机才能接收到主机发送来的数据信息，顺利实现地址帧和数据帧的分离。被寻址从机在通信完成后重新使SM2=1，并退出中断服务程序，等待下次通信。1.3通信协议要实现单片机和PC机的正常通信，必须正确设定它们两者之间的通信方式，保证双方都用相同的波特率、起始位、停止位、奇偶校验位，并且要建立双方通信的应答信号。单片机既可工作在同步移位寄存器方式下也可工作在UART(通用异步收发器)下。串行口的通信方式是由特殊功能寄存器SCON来控制的。其各控制定义如下：SM0，SM1：工作模式设定位;SM2：允许使用方法2、3多机通信控制位;RB8：接收数据第9位;TB8：发送数据第9位;TI：发送中断标志;RI：接收中断标志。本文中工作方式为3，即9位UART定时器T1作为波特率发生器。1)串行通信波特率为9600bps;2)帧格式为8位数据位，一位起始位，一位可编程的第9位(即发送和接收的地址/数据位的标志位)，一位停止位;3)主机和从机遵循主从原则，主机用呼叫方式选择从机，数据在主机和从机之间双向传递，各从机之间的相互通信需通过主机作为中介;4)主从机之间还应传送一些供它们识别的命令和状态字，如以‘c’表示主机发送从机接收命令，以‘d’表示从机发送主机接收命令等。河南理工大学课程设计32系统总体方案及硬件设计2.1总体设计方案多机通信模块共有四个基本模块组成，一是主单片机，主要功能是控制发送命令和接受从机发送的数据；二是从单片机1，负责采集温度数据，并发送到主机；三是从机2，功能作用同上，但也可以是其他数据，比如空气空气湿度、水分、相关气体含量等；四是显示模块，本设计采用数码管显示，数码管便宜简单、编程容易、易控制，同时硬件电路比较好设计等。下图为总体设计框图：总体设计方案框图2.2硬件电路设计单片机最小系统有时钟电路、复位电路、电源电路组成，如下图温度传感器1从机1温度传感器2从机2AT89S52主机数码管显示按键控制河南理工大学课程设计4（1）时钟电路：单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。—个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12MHz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12×(1/12)us，也就是1us。没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。旁边的两个电容叫负载电容。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的。晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。（2）复位电路：河南理工大学课程设计5上电复位电路上图是用作上电复位用的，VCC一上电，由于电容两端电压不能突变，所以RST上为高电平，然后电容放电，RST就为低电平了，放电时间为1/(R10*C),这个时间应该大于三个晶振周期。而那个开关的作用就是手动复位用的了。（3）电源电路：电源电路见最小系统中的电源即是，较简单。（4）显示电路：显示电路由四位共阴数码管组成，其中位选由单片机P2口提供，段选由P0（P0口已上拉电阻）口提供，其中位选处加限流电阻。（5）温度采集电路：VccDAGND18B20传感器是独特的一线接口，只需要一条口线通信，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0V至5.5V无需备用电源测量温度范围为-55°C至+125℃。根据DS18B20的通讯协议，18b20河南理工大学课程设计6主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，当DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。（6）传输电路：上图为MAX232电平转换芯片电路，其主要特点是：1、符合所有的RS-232C技术标准。2、只需要单一+5V电源供电。3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-。4、功耗低，典型供电电流5mA。5、内部集成2个RS-232C驱动器。6、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。由于本次通信是单片机之间的通信，距离较近，此次设计过程中没用，直接将主机的发射口接从机接收口，主机接收口连接从机发射口。河南理工大学课程设计73软件设计3.1控制流程图多机温度检测系统设计流程图主机发送控制命令，确定由哪一个从机传送采集的温度数据，然后经过处理，显示在数码管上。3.2串行口采集步骤主机发送信息，可以传送到各个从机或指定从机，各从机发送的信息只能被主机接收。多机通信（关键是