PAGE1/24單片機課程設計報告項目名稱：單片機的雙機串口通信項目組成員：（1）姓名：學號：（2）姓名：學號：（3）姓名：學號：專業班級：日期：2012年12月10日

目錄第一章緒論1.1課題簡介 21.2設計目的 21.3設計任務 21.4設計方法 3第二章設計內容與所用器件4第三章方案論證與比較3.1數據傳輸方案比較與選擇53.2控制部分的設計方案論證與選擇6第四章硬件系統設計4.1時鐘電路 74.2復位電路 74.3單片機串行通信功能 84.4采用MAX232芯片控制電平轉換電路 104.5利用集成的LED數碼管（一位） 114.6整體連接原理圖11第五章軟件設計5.1程序設計思路 125.2雙機串口通信程序設計 125.2.1串口通信軟件實現5.25.3LED顯示原理14第六章系統調試與存在的問題6.1軟件調試 15第七章總結16參考文獻 17附錄附錄一元件清單 18附錄二：源程序 19第二章設計內容與所用器件基本功能：兩片單片機之間進行串行通信，發送端將0~f循環發送到接收端，并在接收端顯示。原理圖：單片機單片機單片機八段LED顯示Max232Max232晶振電路晶振電路圖1串口通訊的設計原理框圖 所用器件件附錄1方案論證與比較3.1.數據傳輸方案比較與選擇在串行通信中，數據是在兩個站之間傳送的。按照數據傳送方向，串行通信可采用三種方案。方案一：單工制式單工制式是指甲乙雙方通信只能單向傳送數據。單工制式如圖2圖2單工制式方案二：半雙工制式半雙工制式是指通信雙方都具有發送器和接收器，雙方既可發送也可接收，但接收和發送不能同時進行，即發送時就不能接收，接收時就不能發送。半雙工制式如圖3圖3半雙工制式方案三：全雙工制式全雙工制式是指通信雙方均設有發送器和接收器，并且將信道劃分為發送信道和接收信道，兩端數據允許同時收發，因此通信效率比前兩種高。全雙工制式如下圖4：圖4全雙工制式因此，本課設采用方案三全雙工制式3.2.控制部分的設計方案論證與選擇對于主控系統電路的選擇有以下三種方案。方案一：采用專用芯片實現。用專用芯片進行設計并編程實現。這種設計方案計算效率高、速度快、而且成本也相對較低，是進行串口通信的最佳方案。但是由于對專用芯片掌握的不夠，還不足以實現設計，所以這個方案不可取。方案二：采用FPGA（現場可編程門陣列）作為系統的控制器。FPGA將所有器件集成到一塊芯片上，節省空間，穩定性高；直接面向用戶，具有極大的靈活性和通用性，硬件測試和實現快捷，開發效率高，工作可靠性好。適合于大規模實時系統控制核心，本設計對數據處理速度的要求不是很高，FPGA的高速處理的優勢得不到充分的體現，由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。所以，不建議采用此方案。方案三：用單片機實現。由于單片機集成了運算器電路、控制電路、存儲器、中斷系統、定時器/計數器以及輸入/輸出口電路等，所以用單片機設計控制電路省去了很多分立元器件。由于單片機是可編程芯片，并且它可以運用C語言編寫，對于一些復雜的計算功能，可以調用C語言庫函數。使編寫程序變得非常簡單。且經過本學期對課程學習，我們對單片機的應用比較熟悉，運用靈活，所以該課題用單片機實現。第四章硬件系統設計硬件系統是指構成微機系統的實體和裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成。單片機實質上是一個硬件的芯片，在實際應用中，通常很難直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設備、被控對象等硬件和軟件，才能構成一個單片機應用系統。本設計選用以89C51單片機為主控單元。顯示部分：采用8段LED數碼管動態顯示。4.1時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。在MCS-51芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳X1，輸出端為引腳X2，在芯片的外部跨接晶體振蕩器和微調電容，形成反饋電路，就構成了一個穩定的自激振蕩器。此電路采用12MHz的石英晶體。時鐘電路如下圖5圖5時鐘電路4.2復位電路復位是單片機的初始化操作,進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤是系統處于死鎖狀態時，為擺脫困境，也需要按復位鍵以重新啟動。RST引腳是單片機復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間應持續24個振蕩周期（即2個機器周期）以上，若使用頻率為12MHz的晶振，則復位信號持續時間應超過4s才能完成復位操作。復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與Vcc電源接通而實現的。在本設計中采用了按鍵電平方式如下圖6圖6按鍵電平的連接方式4.3單片機串行通信功能51單片機的串行接口是一個全雙工的接口，它可以作為UART（通用異步接受和發送器）用，也可以作為同步移位寄存器用。51單片機串行接口的結構如下：圖751單片機串行接口的結構（1）數據緩沖器（SBUF）接受或發送的數據都要先送到SBUF緩存。有兩個，一個緩存，另一個接受，用同一直接地址99H,發送時用指令將數據送到SBUF即可啟動發送；接收時用指令將SBUF中接收到的數據取出。（2）串行控制寄存器（SCON）SCON用于串行通信方式的選擇，收發控制及狀態指示，各位含義如下：SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1:串行接口工作方式選擇位，串行接口工作方式可有以下四種工作方式：SM0SM1工作方式功能波特率0008位同步移位寄存器（用于I/O擴展）fORC/1201110位異步串行通信（UART）可變（T1溢出率*2SMOD/32）10211位異步串行通信（UART）fORC/64或fORC/3211311位異步串行通信（UART）可變（T1溢出率*2SMOD/32）定時器TI溢出率=(fosc/12)*(1/（2^k-初值）)式中T1計數率=fORC/12，（2^k-初值）為生溢產出所需機器周期數，K為定時器位數，與定時器設定工作方式有關：方式0時K=13；方式1時K=16；方式2時K=8。SM2：多機通信控制位。主要用于方式2,3.當SM2=1時可以利用收到的RB8來控制是否激活RI（RB8=1時收到數據進入數據緩存器，并激活RI在中斷服務中將數據讀走；RB8=0時受到信息丟棄）；當SM2=0時均可以將數據送入緩存器，并激活RI。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為要發送的第9位數據，根據需要由軟件置1或清0，可以用作數據奇偶效驗位，或在多機通信中作地址幀/數據幀標志位。RB8：在方式2或3時，RB8位接收到的第9位數據，實際為主機發送的第9位數據TB8，使從機根據這一位來判斷主機發送的時呼叫地址還是要傳送的數據。TI：發送中斷標志。發送完一幀數據后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續發送。RI：接收中斷標志。接收完一幀數據后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續接收。（3）輸入移位寄存器接收的數據先串行進入輸入移位寄存器，8位數據全移入后，再并行送入接收SBUF中。（4）波特率發生器波特率發生器用來控制串行通信的數據傳輸速率的，51系列單片機用定時器T1作為波特率發生器，T1設置在定時方式。波特率是用來表示串行通信數據傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘調制信號變化的次數。（5）電源控制寄存器PCON其最高位為SMOD即波特率倍增位，當SMOD=1時波特率提高一倍，復位時，SMOD=0。4.4采用MAX232芯片控制電平轉換電路用89C51串行接口通信，如果兩臺89C51單片機之間的距離很近（不超過1.5m），可以采用直接將兩臺89C51單片機的串行接口直接相連，利用其自身的TTL電平（0-5V）直接傳輸數據信息。如果傳輸距離較遠（超過1.5m），由于傳輸線的阻抗與分布電容，會產生電平損耗和波形畸變，以至于檢測不出數據或數據出錯。此時可利用RS232標準總線接口，將單片機輸出的TTL電平轉換為RS232標準電平（邏輯1為-15—-5V；邏輯0為+5-—電平轉換芯片MAX232是美信公司（MAXIM）生產，專用于進行將TTL電平轉換為RS232電平的芯片，MAX232內部有泵電源，能將+5V電源電壓在芯片內提高到RS232電平所需的+10V或者-10V電平。引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數據轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數據通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數據通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數據通道。TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數據從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）圖7MAX232芯片4.5利用集成的LED數碼管（一位）P1.7——P1.0口分別接DPGFEDCBA4.6整體連接原理圖圖8整體連接原理圖第五章軟件設計5.1程序設計思路通過通信協議進行發送接收，主機先送AAH給從機，當從機接收到AAH后，向主機回答BBH。主機收到BBH后就把數碼表TAB[16]中的16個數據依次發送給從機，并發送檢驗和。從機收到16個數據并計算接收到數據的檢驗和，與主機發送來的檢驗和進行比較，若檢驗和相同則發送00H給主機；否則發送FFH給主機，重新接受。從機收到16個正確數據后送到一個數碼管依次顯示。5.2雙機串口通信程序設計1.串行通信軟件實現（1）串行口工作于方式1；用定時器1產生9600bit/s的波特率，工作于方式2，即TMOD=0x20。（2）功能:將本機ROM中數碼表TAB[16]中的16個數發送到從機,并保存在從機內部ROM中，從機收到這16個數據后送到一個數碼管循環顯示。（3）通信協議:主機首先發送連絡信號(AAH),從機接收到之后返回一個連絡信號(BBH)表示從機已準備好接收。（4）通信過程使用校驗和校驗。從機接收到16個數據后，進行校驗和檢查，若數據沒有錯誤，則返回00H，否則返回FFH。（5）主機發送一個數據后，等待從機返回數據；若為00H，則繼續發送下一個數據，若為FFH，則重新發送數據。2.程序流程圖（1）發送端程序流程圖圖7發送端程序流程圖圖7發送端程序流程圖主程序開始從機是否回答BBH？程序初始化主機發送AAHN主機發送數據，檢驗和輸出完成？N清除標志位(2)接收方程序流程圖主程序開始主程序開始檢驗和相等？程序初始化接收數據，計算檢驗和N發送00H至主機接收完成？N清除標志位發送FFH，重新接收顯示圖8接收方程序流程圖5.3LED顯示原理LED多數情況用于顯示數字，對于十六進制的，要將0～F的數字用7段顯示，必須將數字轉換為LED對應七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是讓a、b、c、d、e和f段發光，顯示“1”，讓b和c段發光，等等如表所示。然后根據LED是共陰極還是共陽極接法確定LED各輸入端應接邏輯1還是邏輯0，我選用的是共陰接法，要顯示“0”時，a、b、c、d、e和f段就要輸入邏輯1，即其段碼為3F，第六章系統調試與存在的問題系統的硬件、軟件獨調和系統調試是系統最后的步驟也是系統特別重要的環節，因為設計和開發出的系統是否成功，功能是否完善只有在這里才能顯現出來。所以為了保證設計系統能夠正常工作，必須對軟件和硬件部分的每一個部分進行調試和分析。由于本次課程設計未進行硬件連接，因此略去硬件測試步驟6.1軟件調試本設計軟件采用的是keil和Proteus軟件實現仿真和電路圖設計和，Proteus軟件與Keil軟件聯合使用，實現設計要求。在Keil軟件中創建新文件，輸入所編寫的c語言程序并保存，在編譯源程序無誤后，會產出相應的”.HEX”文件；將所生成的”.HEX”文件加載到已繪制好的Proteus原理圖中，使Proteus與Keil真正連接起來，實現聯合調試。調試結果如圖所示：可以看到，接收端已將接受到的數據完整的顯示了出來。圖9.仿真圖1、軟件的測試首先是檢查電路的邏輯線路是否正確，如果正確再檢查原理圖的線路連接是否正確，電路的布局安排是否合理等等。2、程序中有個別地方將“=”與“==”混淆，造成結果不準確，解決辦法，仔細查找，將混淆出更正。在軟件調試過程中，對出現的錯誤進行了認真的分析和修改，多次調試成功后，能夠很好的達到既定的設計效果。總結最初選擇串行通信這個實驗時，由于從未接觸過這類設計，感到新鮮的同時不乏焦慮。我覺得做單片機課程設計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學時間里，我們大多數接觸的是專業課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業課的理論知識，如何去鍛煉我們的實踐能力？如何把我們所學的專業基礎課理論知識運用到實踐中去呢？我想做類似的課程設計就為我們提供了良好的實踐平臺現在終于將它完成了，感到受益頗多。第一，這是一份考驗我們自覺性、動手能力與協作意識的任務。在長達一個月的時間里，我們不斷發現自身不足也不斷自我完善。這次單片機課程設計不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上沒有學到過的知識，掌握了一種系統的研究方法，可以進行一些簡單的編程。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，例如對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，學習了單片機C語言。第二，未知并不可怕，可怕的是因未知而止步。我們在課堂上所學的知識是非常有限的，這次的課程設計就是個很好的體現。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了，無論是課本上的還是網上的都瀏覽了不少相關的程序，從中也借鑒了別人的思想，開闊了自己的思路。做單片機課程設計，對設計者對軟硬件的理解和掌握的要求都比較高。在設計程序之前，設計者必學對所用單片機的內部結構有一個系統的了解，知道該單片機內有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；要養成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。第三，團結就是力量一點都不假，三個臭皮匠頂一個諸葛亮。在團組合作時我們更便于互相取長補短，相互討論，效果很好。通過本次課設，我不僅學到了關于單片機技術方面的許多專業知識，同時也讓我感覺到團隊合作的重要性。其實如何有效和快速的找到資料也是課設給我的啟發，利用好圖書館和網絡，使資源得到最好的利用。與他人交流思想是取得成功的關鍵，在交流中，不僅強化了自己原有的知識體系，也擴展了自己的思維。課設是一個通過思考、發問、自己解惑并動手、提高的過程。我會在以后的學習中不斷學習，積累經驗，完善自己。參考文獻[1]譚浩強.《C語言程序設計》清華大學出版社1999.122[2]楊恢先黃輝先著.單片機原理與應用.人民郵電出版,2009.7[3]朱定華著.單片機原理與接口技術.電子工業出版社,2001.4[4]王威著.HCS12微控制器原理及應用.北京航空航天大學出版社,2007.10[5]龔運新著.單片機C語言開發技術.北京清華大學出版社,2006.10[6]胡洪波著.單片機原理與應用實驗教程.湘潭大學出版社，2009.7[7]汪道輝著.單片機系統設計與實踐.電子工業出版社，2006.5

附錄附錄一元件清單：元件名稱型號數量單片機AT89C512電平轉換芯片Max2322數碼管八段LED1電阻RES4晶振CRYSTAL2電容CAP12

附錄二：源程序主機發送程序#include<reg51.h>//頭文件#defineucharunsignedchar //定義數據類型voidinit();//定義子程序voidsend();ucharTAB[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//定義數碼表uchari,sum;//定義變量intj;main()//主程序{init();send();}voidinit(void)//程序初始化{EA=1;//開CPU中斷ES=1;//允許串行口中斷TMOD=0x20;//設定時器T1為方式2TH1=0xfd;//賦初值TL1=0xfd;PCON=0x00;//令SMOD=0波特率不倍增SCON=0x50;//串行口為方式1TR1=1;//啟動T1}voidsend(void)//發送子程序{do {SBUF=0xaa;//主機送AAH給從機 while(!TI);//等待一幀發送結束 TI=0;//發送完后清零 while(!RI);//等待一幀接收結束 RI=0;//接收完后清零}while((SBUF^0xbb)!=0);//等待從機回答，返回BBH后繼續do {sum=0;//清校驗和 for(i=0;i<=15;i++) {SBUF=TAB[i];//主機發送數據 sum+=TAB[i];//求檢驗和 while(!TI); TI=0; } SBUF=sum;//發送校驗和 while(!TI); TI=0; while(!RI); RI=0; }while(SBUF!=0);//等待}從機接收程序#include<reg51.h>//頭文件#defineucharunsignedchar//定義數據類型#defineuintunsignedintvoiddelay(int);//定義子程序voidreceive(void);voidinit(void);uchari,sum;intj;ucharTAB[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//定義數碼表voidma