单机片毕业论文基于AT89C51单片机间的多机通信的设计与仿真.doc
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1、本科毕业论文(设计) 论文题目论文题目:基于 AT89C51 单片机间的多机通信 的设计与仿真 学生姓名: 学 号: 专 业: 计算机科学与技术 班 级: 指导教师: 完成日期: 20122012 年年 5 5 月月 2020 日日 基于 AT89C51 单片机间的多机通信的设计与仿真 内 容 摘 要 单片机作为微型计算机的一个分支,具有体积小,应用广泛等优点,在工业控制,通信和家 用电器等各个领域都有十分广泛的应用。单片机的多机通信就是在单片机的发展与行业标准的提 高上发展起来的一个非常重要研究方向。单片机的单机控制已经不能满足需要,而多机的协调工 作是一个非常重要的发展趋势。多机通信是指有
2、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最终控制。 本文主要介绍了一种基于 AT89C51 单片机简的多机通信方式,采用自定义串行通信协议,实 现单片机 AT89C51 多机通信的方法和技巧。系统设计和解决了 8 位单片机在多机通信方面的一些 问题,在实现方面,系统实现了主机与从机间的通信,以及从机与从机间的通信。 关键词:单片机 多机通信 串口通信 Design And Simulation of Microcomputer Multi-machine Communication Based on AT89C51 Abstract Microcomputer
3、as a branch of microcomputer, has the advantages of small volume, application widespread and so on merits, in the industry control, the correspondence and the domestic electric appliances and so on each domain all has the extremely widespread application. Microcomputer multi- machine communication i
4、n microcomputer development and industry standards developed as a very important research direction. Microcomputer computer control can no longer meet the needs, and multiple machine coordination is an important development trend. Multi machine communication means has more than two microcomputer net
5、work structure can be obtained by serial communication to achieve common in a process control. This paper introduced one kind based on the AT89C51 microcomputer Jane multi-machine communication manner, using a custom serial communication protocols, MCU AT89C51machine communication method and skill.
6、The system design and to solve the8 microcontroller in multi machine communication problems, in implementation, system realizes the communication between host and slave, as well as from the machine and slave machine communication. Keywords: Microcomputer Multi Computer Communication Serial Communica
7、tion 目 录 序 言 .1 一、绪 论 .2 (一)课题背景的和意义 .2 (二)国内外研究现状 .2 (三)单片机间的多机通信技术 .3 二、系统设计相关原理 .4 (一)系统设计原理 .4 1.系统框图 .4 2.系统原件说明 .4 (二)单片机 AT89C51 芯片简介 .7 1.主要特性 .7 2.管脚说明 .8 3.振荡器特性 .9 4.芯片擦除 .9 三、系统硬件设计 .10 (一)总硬件电路图 .10 1.晶振和复位电路: .10 (二)单元电路的设计 .10 1.主机电路 .11 2.从机电路 .11 四、系统软件设计 .12 (一)软件总程序设计 .12 (二)主机通信子
8、程序 .13 (三)从机通信子程序 .15 五、系统仿真设计 .16 (一)软件介绍 .16 1.PROTEUS 系统概述 .16 2.PROTEUS 的主界面介绍 .16 (二)仿真系统的设计与调试 .17 (三)结果分析 .21 六、总 结 .23 致 谢 .24 参 考 文 献 .25 附 录 .26 序 言 随着单片机和计算机技术的不断发展,单片机应用也从独立的单机向网络发展,由计 算机和单片机构成的多级网络系统已成为单片机技术发展的一个方向,二者的结合,充分 发挥了单片机在实时数据采集和数据管理上的优点,单片机在计算机网络通讯与数据传输, 工业自动化过程的实时控制和处理等都有广泛的应
9、用,已渗透到我们生活的各个领域,许 多应用都涉及到单片机多机通信,然而,单片机对网络数据的处理方式不同于通用计算机 系统,尤其有的单片机只提供 8 位数据收发接口,在一定程度上阻碍了单片机在网络方面 的应用。 这里使用的 AT89C51 单片机有一个全双工串口,TXD 是它的发送端,RXD 是它的接 收端。本论文主要研究以单片机为控制系统,设计一个可以进行多机之间的通信的仿真系 统。本设计首先要求学生具有较好的电子电路的设计能力和分析解决问题的能力,同时还 应掌握具体的电子电路的设计方法,然后根据分析结果得出合理的实现方案;充分利用网 络资源,丰富完善个人在理论研究、电子电路的设计方面的技能。
10、 一、绪 论 (一)课题背景的和意义 目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过 程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能 IC 卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录 象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片 机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管 理及过程控制等领域随着计算机技术的发展及工业自动化水平的提高, 在许多场合采用单 机控制已不能满足现场要求
11、,因而必须采用多机控制的形式,而多机控制主要通过多个单片机 之间的串行通信实现。串行通信作为单片机之间常用的通信方法之一, 由于其通信编程灵 活、硬件简洁并遵循统一的标准, 因此其在工业控制领域得到了广泛的应用1。 随着单片机和计算机技术的不断发展,单片机应用也从独立的单机向网络发展,由计 算机和单片机构成的多级网络系统已成为单片机技术发展的一个方向,二者的结合,充分 发挥了单片机在实时数据采集和数据管理上的优点,单片机在计算机网络通讯与数据传输, 工业自动化过程的实时控制和处理等都有广泛的应用,已渗透到我们生活的各个领域,许 多应用都涉及到单片机多机通信,然而,单片机对网络数据的处理方式不同
12、于通用计算机 系统,尤其有的单片机只提供 8 位数据收发接口,在一定程度上阻碍了单片机在网络方面 的应用。 (二)国内外研究现状 单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机,又称 MCU(Micro Controller Unit),是将计算机的基本部分微型化,使之集成在一块芯片上的微机.片内含有 CPU、ROM、RAM、并行 I/O、串行 I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总 线等。 随着科技的发展,单片机已不是一个陌生的名词,它的出现是近代计算机技术发展史 上的一个重要里程碑,因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入 式计
13、算机系统两大分支。单片机单芯片的微小体积和低的成本,可广泛地嵌入到如玩具、 家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电 子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中,成为现代电子系统中最重要的智能化工具2。 所涉及的市场占有率最高的是 MCS51 系列,因为世界上很多知名的 IC 生产厂家都 生产 51 兼容的芯片。生产 MCS51 系列单片机的厂家如美国 AMD 公司、ATMEL 公司、 INTEL 公司、WINBOND 公司、PHILIPS 公司、ISSI 公司、TEMIC 公司及南韩的 LG 公司、 日本 NEC、西门子公司等。到目前为止,MCS51 单片机
14、已有数百个品种,还在不断推 出功能更强的新产品。 现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机 网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机 智能控制,从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、 再到日常工作中随处可见的移动电话,集群移动通信,无线电对讲机等。 单片机的通信领域应用首先从两片单片机之间的通信发展起来,后来有了主从式多机 通信并得到了广泛的应用,又出现了以单片机作为下位机与以 PC 机作为上位机的通信应 用,上位机用 VB 或 VC+等面向对象的程序设计语言编写通信收发程序,也得到广泛的 应
15、用3。 (三)单片机间的多机通信技术 多机通信机制在单片机内部的实现如下: 串行口控制寄存器 SCON 中的 SM2 为多机通信接口控制位。串行口以方式2 或 3 接 收时,若SM2 为 1,则仅当接收到的第9 位数据 RB8 为 1 时,数据才装入SBUF,置位 RI,请求 CPU 对数据进行处理;如果接收到的第9 位数据 RB8 为 0,则不产生中断标志 RI,信息丢失,CPU 不做任何处理。当SM2 为 0 时,则接收到一个数据后,不管第9 位 数据 RB8 是 0 还是 1,都将数据装入接收缓冲器SBUF 并置位中断标志RI,请求 CPU 处 理4。 多机通信过程如下: (1)所有从机
16、的SM2=1,处于只接收地址帧状态,“听号”; (2)主机发地址信息,并以第9 位表示发送的是地址; (3)从机接收到地址帧后与本机地址比较; (4)被寻址从机 (机号相符) SM2=0,其余从机SM2=1 不变; (5)主机发数据信息,对已被寻址的从机因SM2=0,可以接收主机发来的信息,其余从 机因SM2=1 不理睬主机; (6)当主机与另外从机通信时,可另发地址帧。并且先前寻址的从机这次未被寻址时, SM2 置15。 本文主要介绍了一种基于 AT89C51 单片机简的多机通信方式,采用自定义串行通信协 议,实现单片机 AT89C51 多机通信的方法和技巧。系统设计和解决了 8 位单片机在
17、多机通 信方面的一些问题,在实现方面,系统实现了主机与从机间的通信,以及从机与从机间的 通信。单片机的多机通信在未来工业控制,通信,家用电器等领域都将有很大的发展空间, 单片机依靠其体积小,性价比高,经济性上的优势一定会在未来的各个控制领域大展其优 势。 二、系统设计相关原理 (一)系统设计原理 1.系统框图 对题目进行深入的分析和思考,可将整个系统分为以下几个部分:主机电路、从机电 路、数字显示电路等模块组成。具体的系统框图 2-1 如下图所示。 主机单片机 晶振电路 复位电路 控制按钮 控制显示 数据显示 从 机 单 片 机 晶振电路 复位电路 控制按钮 数 据 显 示 从 机 单 片 机
18、 晶振电路 复位电路 控制按钮 数 据 显 示 主机电路 从机电路从机电路 图2-1 系统框图 2.系统原件说明 这里简单的说明系统中所使用的主要元器件,并对部分元器件进行了简单的介绍。表 2-1 中列举了主要使用元器件的名称,并进行了简单的说明。在后边又介绍了部分元器件 的简单原理和框图说明。 表2-1 系统元件表 元件名称元件名称 说明说明 AT89C51 主机和从机使用的的单片机 CAP 电容 CAP-ELEC 电解电容 CRYSTAL 晶体振荡器 7SEG-BCD-GRN 绿色数码管 BUTTON 控制按钮 RES 电阻 (1)共阳极的 LED 数码管 LED 数码管(LED Segm
19、ent Displays)是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型 的器件,引线已在内部连接完成,只需引出它们的各个笔划,公共电极。LED 数码管常用 段数一般为 7 段有的另加一个小数点,还有一种是类似于 3 位“+1”型。位数有半位, 1,2,3,4,5,6,8,10 位等等,LED 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和共阳两类, 了解 LED 的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路 有差异外,编程方法也是不同的6。 数码管分为共阳极的 LED 数码管、共阴极的 LED 数码管两种。下图例举的是共阳极的 LED 数码管,共阳就是 7 段的显示字码共用一
20、个电源的正。在本系统中选用的数据显示电 路的共阳极的 LED 数码管。下面图 3-7 为共阳极数码管内部原理图。 图 2-2 共阳极数码管原理图 (2)数码管的驱动方式 数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的 数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类7。 静态显示驱动:静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由 一个单片机的 I/O 端口进行驱动,或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静态 驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用 I/O 端口多,实际应用时必须增加译码 驱动器进行驱动,增加了硬件电
21、路的复杂性。 动态显示驱动:数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一, 动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端连在一起, 另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路,位选通由各自独立的 I/O 线控制, 当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示 出字形,取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的 选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个 数码管的的 COM 端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。 (3)
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