2021年12月21日 | 单片机双机通讯 非常详细的UART串口异步通讯

一、总体设计

1.设计要求：

两片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.设计方案：

本次设计，对于两片89C51，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。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AAH给从机，当从机接收到AAH后，向主机回答BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB[16]中的10个数据送给从机，并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据的检验和，与主机发送来的检验和进行比较，若检验和相同则发送00H给主机；否则发送FFH给主机，重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。

二、硬件设计

1.51单片机串行通信功能

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单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: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

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，51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8051串行接口通信，如果两台8051单片机之间的距离很近（不超过1.5m），可以采用直接将两台8051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.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，通过P1口在数码管上显示接收的信息。

图3.串行通信电路

三、软件设计

通过通信协议进行发送接收，主机先送AAH给从机，当从机接收到AAH后，向主机回答BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB[16]中的10个数据送给从机，并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据的检验和，与主机发送来的检验和进行比较，若检验和相同则发送00H给主机；否则发送FFH给主机，重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。

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(AAH),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。

2.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。

图4.仿真图

五、设计小结

经过繁忙而又紧张的课程设计，终于顺利的完成了设计任务。虽然在这段时间里每天都那么繁忙，但是在这忙碌的过程中却得到了许多的收获。

经过课程设计，在查阅资料的过程中，学习了基于单片机的C语言程序设计，了解了单片机串行通信的基本知识，对于以后的学习和工作都有很大的益处。

在学习的过程中，也遇到了一些困难，比如开始的时候，由于发送端和接收端的通信协议没有做好，导致数据不能正确的传输，在解决问题的过程中，对于通信协议的实现有了深刻的认识。

通过这次课程设计，锻炼了自己独立思考的能力。

1.主机发送程序

#include // 51单片机预处理程序

#define uchar unsigned char // 宏定义无符号字符型变量

void init(); // 定义初始化函数

void send(); // 定义发送函数

ucharTAB[16] ={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; // 定义数组函数 0~F显示段位值

uchar i,sum; // 定义无符字符变量 I,sum 其中i表示数据个数，sum表示校验和

int j; // 定义整形变量 j 等待数据发送时的延时

main() // 主函数开始执行

{ init(); // 初始化

send(); // 准备发送数据

}

void init(void) 调用初始化函数（无返回值）

{ EA=1; // 打开全局中断允许

ES=1; // 打开串口中断允许

TMOD=0x20; // 定义工作方式寄存器的方式和功能

TH1=0xfd; // 配置定时器初值

TL1=0xfd; // 配置定时器初值

PCON=0x00; // 配置电源管理寄存器 主要SMOD位=0

SCON=0x50; // 设定串行口的工作方式，REN允许串行接收

TR1=1; // 定时器1启动控制位

}

void send(void) // 调用发送函数（数据准备发送）

{do

{ SBUF=0xaa; // 把0xaa装入SBUF缓存

while(!TI); // 发送中断标志位（如果！TI=0即TI=1时，，跳出循环）

TI=0; // 因为TI为硬件置1，所以要软件清0

while(!RI); // 接收中断标志位（如果！RI=0即RI=1时，，跳出循环）

RI=0; // 因为RI为硬件置1，所以要软件清0

}

while((SBUF^0xbb)!=0); // sbuf 的值不等0，为0xBB就会执行下一条语句

// DO while 循环

do

{ sum=0; // 首先把0赋值给sum即清0 ，sum为校验和

for(i=0;i<=15;i++) // i为数组中数据的位个数，等待有16个数据后

{ SBUF=TAB[i]; // 把数装入缓存器发送一个数据

sum+=TAB[i]; // 即 sum=sum+ TAB[i]（求校验和，为两个十六进制数的和）

while(!TI); // 在TI=1的时候，跳出循环

TI=0; // TI要软件清零

}

SBUF=sum; // 发送校验和

while(!RI); //在RI=1的时候，跳出循环

RI=0; // RI要软件清零

}

while(SBUF!=0); // 在SBUF为0时跳出循环

}

从机发送程序和主机差不多，你可以自己想一下看看能不能写出来。