1、*學校課程設計說明書2012/2013學年第 1 學期  學 院：電子與計算機科學技術學院 專 業：電子科學與技術 學 生 姓 名：*學 號：*課程設計題目：雙機通信系統起 迄 日 期：2013年*月 *日2013年*月*日課程設計地點：電子科學與技術專業實驗室指 導 教 師：*系主任：*  完成日期: 2013年 *月 *日 課 程 設 計 任 務 書1設計目的： 掌握電子電路的一般設計方法和設計流程； 學習使用PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖； 掌握應用EWB對所設計的電路進行仿真，通過仿真結果驗證設計的正確性。2設計內容

2、和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：設計一個雙機通信系統，具體要求如下：1. 甲機采集數字信號通過422接口傳輸到乙機。2乙機接收甲機傳來的數字信號，并用LED顯示。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等： 課程設計說明書； 電路原理圖和印刷板圖； 仿真圖形和仿真結果。 課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻： 童詩白模擬電子技術基礎北京：高等教育出版社，2002 張建華數字電子技術北京：機械工業出版社，2004 陳汝全電子技術常用器件應用手冊北京：機械工業出版社，2005 畢滿清電子技術實驗與課程設計北京：機械工業出版社，2005 潘永

3、雄電子線路CAD實用教程西安：西安電子科技大學出版社，2002 張亞華電子電路計算機輔助分析和輔助設計北京：航空工業出版社，20045設計成果形式及要求：提交內容：課程設計說明書、電路原理圖和印刷板圖、仿真圖形和仿真結果。基本要求：繪制出電路原理圖和印刷板圖，通過仿真驗證設計正確性。  6工作計劃及進度：2013年1月2日2013年1月7日：學習PROTEL、EWB軟件的使用；2013年1月8日：設計中期檢查；2013年1月8日2012年1月14日：按任務書要求進行設計和仿真；2013年1月15日：設計答辯，提交設計報告和考核。系主任審查意見：  簽字： 年 月

4、日 目錄引言.21 系統整體設計.31.1系統設計思路.31.2系統設計原理.3串行通信.3基本設計原理述.51.3系統設計結構圖.52.硬件電路設計及實現.62.1硬件電路設計方案.62.2硬件電路的實現.62.2.1以89C51為核心的單片機最小系統.62.2.2數碼管顯示模塊.72.2.3主機校驗指示模塊.73. 軟件系統實現.73.1 軟件實現方案分析.7 串行通信分為查詢方式和中斷方式.73.2 主程序.74 總結.114.1心得體會.115 附錄.12 5.1 PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖.135.2 Proteus仿真圖.14引言【摘要】串行通信是單片機的一個重要應用

5、。本設計就是利用單片機來完成一個系統，實現雙片單片機串行通信。隨著計算機技術的快速發展和廣泛應用，從智能家用電器到工業上的控制系統都采用了上位機與下位機基于串行通信的主從工作方式，這樣就充分利用了微機分析處理能力強、速度快的特點及下位機（單片機）面向控制、使用靈活方便的優勢。由于87C51系列單片機具有性能穩定、工作可靠、價格低廉等可特點，因此其應用相當廣泛。87C51單片機中有異步通信串行接口，能方便的構成雙機，多機通信接口。隨著測量向自動化，智能化，網絡化方向的發展。利用多機通信構成的分布式系統逐漸普及。本實驗就點對點的雙機通信進行訓練。學習串口的工作方式，初始化編程，和單片機與單片機點對

6、點通信的編程方法以及硬件電路的設計方法。在此基礎上可以進一步提高，實現多機通信以及單片機與PC機的通信。【關鍵字】 雙機通信 從機應答 單片機 1.系統整體設計1.1系統設計思路該系統采用主從共兩片87C51單片機來實現上位機對下位機的控制，由于是近距離的雙機通信，我們采用單片機直接交叉連接的方式，上位機發送的數據由串行口TXD端輸出，直接由下位機的串行口數據接收端RXD接收。需要注意的是一定要保證主從機相同的數據傳輸速率，即要求設置相同的波特率。電路分為數碼管顯示模塊，主機校驗指示模塊、以及單片機工作的基本復位、晶振模塊。1.2.系統設計原理1.2.1串行通信串行數據通信要解決兩個關鍵問題，

7、一個是數據傳送，另一個是數據轉換。所謂數據傳送就是指數據以什么形式進行傳送。所謂數據轉換就是指單片機在接收數據時，如何把接收到的串行數據轉化為并行數據，單片機在發送數據時，如何把并行數據轉換為串行數據進行發送。單片機的串行通信使用的是異步串行通信，所謂異步就是指發送端和接收端使用的不是同一個時鐘。異步串行通信通常以字符（或者字節）為單位組成字符幀傳送。字符幀由發送端一幀一幀地傳送，接收端通過傳輸線一幀一幀地接收。而對于兩個單片機之間的串行通信，由于具有相同的數據格式及電平且是短距離通信則不必要使用一些電平轉化芯片（如max232等）便可直接實現串行通訊，需要注意的是兩單片機硬件要共地，軟件中需

8、要設置相同波特率。51單片機有一個全雙工的異步串行通信口（UART），串行結構如下：（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，這兩位組合成00，01，10，11對應于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特點見下表串行口工作方式表SM0SM1工作方式功

9、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）SM2：多機通信控制位。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為要發送的第9位數據，根據需要由軟件置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

10、。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。波特率時用來表示串行通信數據傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數據位數。（5）電源控制寄存器PCON其最高位為SMOD。（6）波特率計算當定時器T1工作在定時方式的時候，定時器T1溢出率=（T1計

11、數率）/（產生溢出所需機器周期）。由于是定時方式，T1計數率= fORC/12。產生溢出所需機器周期數=模M-計數初值X。1.2.2基本設計原理概述雙機通信系統通過主從單片機的串行口來實現數據的收發。主單片機通過開關電路來啟動發送程序，當開關按下時向從機發送一個數據，從機通過接收中斷來接收主機發送過來的數據，并通過編寫好的數據代碼在LED數碼管上顯示主機發送過來的數據。同時從機給主機發送一個應答信號來表示已經接收到了主機發送過來的數據，在主機接收應答并校驗正確，以二極管顯示，這樣就完成了一個數據的通信過程，等待按鍵按下，然后繼續下一次數據的發送直到結束。1.3系統設計結構圖開始等待按鍵初始化從

12、機查詢接收輸出完成？N從機回送應答Y主機發送主機中斷接收應答Y結束LED閃爍圖1.3-1雙機通信系統結構圖2.硬件電路設計及實現2.1硬件電路設計方案從硬件電路設計的目標出發，我們盡量考慮到可靠、高效、簡潔的原則，在整個系統設計過程中嚴格按照規范進行，做好各部分模塊設計最優。簡潔是指在滿足了可靠、高效的要求后，為了盡量在器件允許的范圍內使電路設計導線無交叉，應使電路設計盡量簡潔，盡量減少元器件使用數量，縮小電路板面積，使電路部分重量輕。在焊接電路板時由于從機的數碼管管腳排布無規律，使得導線不能直接的焊接，我們盡量合理設計元件排列和電路走線，使本系統達到設計要求。2.2硬件電路的實現整個雙機通信

13、系統以87C51單片機為主控制器，由數碼管為核心的數據顯示模塊、主機校驗指示模塊、以及單片機最小系統構成。2.2.1以87C51為核心的單片機最小系統87C51單片機的最小系統采用內部時鐘方式:以XTAL1和XTAL2引腳外接晶振，構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號，然后給晶振的每個腳分別外接一個30PF的電容，以此使晶振快速起振并且達到約12MHZ的穩定頻率。而在單片機的RST腳接上按鍵開關以及適當的電阻、電容便構成按鍵與斷電兩用的復位電路。具體電路如圖2.2.1-1所示：圖2.2.1-1單片機最小系統2.2.2數碼管顯示模塊設計中，我們使用的是共陰的兩位一體數碼管并使用P0口控

14、制數碼管段選信號，P2口選取兩位為位選信號控制端。拿到數碼觀后，我們借助萬用表進行測試，最終確定為共陰型數碼管，進一步測試便得出了該數碼管對應的管腳分布圖。2.2.3主機校驗指示模塊 主機接收從機應答信號進行校驗，成功后點亮P1口的指示燈并保持一段時間，然后進入等待狀態，當按鍵按下便開始下一次數據傳送。這種握手模式是單片機在串行編程中使用的提高數據傳輸準確性的有效方法。3軟件系統實現3.1軟件實現方案分析3.1.1串行通信分為查詢方式和中斷方式編程中，對于從機我們擬定采用中斷接收和查詢發送方式，原因在于程序開銷無異。中斷方式使得從機時刻處于準備接收狀態，接收后判斷范圍，顯示，再回送。而對于主機

15、，工作流程分析如下：得到按鍵允許，開始查詢發送，查詢中等待應答即中斷接收，中斷后得到應答，使得LED指示燈閃爍，如此往復。串行通信程序設計包括：1）初始化程序：對特殊功能寄存器SCON和PEON的設置，來選擇串行口的工作方式，設置通信波特率。由于設計采用了中斷方式，則還要對中斷系統進行設置；2）發送數據的程序：51單片機串口發送數據的條件是串行口已準備好，此時標志位TI狀態為“1”，則需將待發數據傳送到發送數據緩沖期SBUF,即啟動一次發送；3）接收數據的程序：51單片機串行口接收數據的條件是SCON中的RI置“1”，表明串行口已收到一個字節數據，此時即可置位取數標志；4）通信控制程序：用來控

16、制發送和接收的進行。3.2 主程序/從機#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar read_flag=0,x=0;sbit P20=P20;sbit P21=P21;uchar code CODE= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/*函數功能：延時ms*/void mDelay(uint DelayTime) uchar i; for(;DelayTime>0;DelayTime-) for(i=0

17、;i<120;i+);/*函數功能：發送一個字節數據*/void SendData(uchar Data) SBUF = Data;while(TI = 0);TI = 0;/*函數功能：顯示接收到的數據*/void Display(uchar x) P21=0; P20=1; P0 = CODEx; mDelay(20); /*主函數*/void main()P0 =0X00;P2 =0XFF;SCON = 0x50;/SMO SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI R，方式1，允許串行接收TMOD = 0x20;/方式2，自動重裝PCON = 0x00;TH1 = 0xfd;/

18、0xfd=253 波特率=32*12M/12/(256-253)TL1 = 0xfd;TI = 0;RI = 0;TR1 = 1;IE = 0x90;while(1) if(read_flag) read_flag=0; mDelay(200); SendData(x); /*函數功能：中斷接收，置位取數標志*/void S_INT() interrupt 4if(RI) RI = 0;read_flag=1; /置位取數標志 x=SBUF;if(x>=0&&x<=9) Display(x); else P0 = 0x00; /共陰/主機#include <r

19、eg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit Key = P17;sbit Led = P16;uchar code CODE= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar code table=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 ;/*函數功能：延時ms*/void mDelay(uint DelayTime) uchar i; for(;DelayTime>0;DelayTime-) for(i=0;i<120;i+);

20、/*函數功能：發送一個字節數據*/void SendData(uchar Data) SBUF = Data; while(TI = 0);TI = 0;/*函數*/void main() uchar Data = 0,i=0; Led = 0; P0 = 0x00; SCON = 0x50;/REN=1,允許串行接收 TMOD = 0x20; PCON = 0x00; TH1 = 0xfd; TL1 = 0xfd; IE = 0x90; TI = 0; RI = 0; TR1 = 1; while(1) if(Key=0) mDelay(500); while(Key=1);if(i<=16) Data=tablei; i+; SendData(Data); /*函數功能：中斷接收數據，指示燈閃爍*/void S_INT() interrupt 4if(RI) RI = 0; Led=1;mDelay(150);Led=0;4.總結本次實訓增強了我查閱資料的方法技巧，更是大大的提高了我們自學的能力，同時也增強了我們的動手