單片機串口通信畢業(yè)論文I單片機串口通信畢業(yè)論文單片機串口通信畢業(yè)論文I目錄摘要.IAbstract.II1緒論.11.1本課題選取的目的及意義.11.2目前國內(nèi)外本課題研究狀況.21.3本文的主要工作.32串行通信理論的有關概念.52.1通信.52.2通信參數(shù).62.3工作模式.62.4同步通信與異步通信.73幾種常用串行總線協(xié)議及方案選取.83.1IIC總線傳輸協(xié)議.83.2SPI總線傳輸協(xié)議.113.3串口通信傳輸協(xié)議.133.3.180C51單片機的串行口的結構.133.3.280C51串行口的控制寄存器.133.3.380C51單片機串行口的工作方式.153.4方案選取.174主從通信系統(tǒng)設計.184.1硬件原理圖設計.184.2軟件的編寫.195主從式總線通信系統(tǒng)仿真.226論文總結.24致謝.25參考文獻.26附錄.27單片機串口通信畢業(yè)論文I摘要在要監(jiān)控的范圍較大或監(jiān)控點數(shù)較多的情況下，就需要把監(jiān)控工作分散進行，而把監(jiān)控結果集中管理。這就是所謂的分布式監(jiān)控。而分布式監(jiān)控比較常用的一種通信方式就是主從式通信了。本文介紹了一個單片機做主機，兩個單片機做從機的小型主從式總線通信系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了主從機之間的通信，而且實現(xiàn)了從機之間的通信。本文以主從式通信系統(tǒng)的分析與設計為主線，首先了解串行通信理論的有關概念，由此引出了多臺設備間的串行通信模式，并提出了一個按總線方式將多個RS-232的發(fā)送端并聯(lián)的可行方案。同時也介紹了單片機之間的串行通信設計。主從式通信的程序由兩部分組成，一部分是主機的串行通信程序，別一部分是從機的串行通信程序。因此要設計一個協(xié)議管理主從機之間的通信。通信協(xié)議的設計主要解決了以下幾個問題：1.對于主從式通信系統(tǒng)的設計通過通信協(xié)議進行管理，可以對主從機之間的通信進行規(guī)范化管理，使整個系統(tǒng)不會陷入混亂通信之中。2.設計了主機向從機發(fā)送通信方式的命令格式，從機向主機發(fā)送反饋命令的格式，以及通訊握手和發(fā)送/接收的具體處理流程關鍵字：主從式，多機通信，RS-232串行數(shù)據(jù)通信單片機串口通信畢業(yè)論文IIAbstractAslargenumberofobservationpointsaremonitoredsimultaneously,eachofthetaskscanbecontrolledthroughadistributedcontrolsysteminordertofocusontheresultofobservation.ThisiscalledtheDistributedMonitoring.Thedistributedcontroliscommonlyusedasawayofmaster-slavecommunication.Thisarticledescribesamicrocontrollertobethehostandtwosmallmicrocontrollertobetheslaveandbythiswaytodesignamaster-slavebuscommunicationsystem.Systemnotonlyrealizesthecommunicationbetweenmasterandslave,butalsorealizesthecommunicationbetweentheslaves.Thisthesisfocusedonanalysisanddesignofacommunicationsplanforadistributedmonitoredcontrolsystem.Inthebeginningtheapplicationbackgroundandthelayoutofthedevicesareintroduced,thisleadstotheserialcommunicationmodebetweenmultiple-device.AftertheintroductionafeasiblewaytoletseveralRS-232sTXDbeinparallelviabusisdescribed.AlsointroducedthedesignofserialcommunicationbetweenMCU.Communicationprotocoldesignedmainlytosolvethefollowingproblems：first,forthemaster-slavecommunicationsystemdesignmanagementthroughcommunicationprotocolscanbestandardizedmanagementthemasterslavecommunications.Bythisway,thewholesystemwillnotintochaoscommunications.second,Designofthehostmachinetosendacommunicationfromthecommandformat,feedbackfromthemachinetosendcommandstotheformatofthehost,Communicationhandshakeandsend/receivethespecificprocessesKeyWords:Master-slavemode,Muliple-computercommunication,RS-232serialdatecommunication單片機串口通信畢業(yè)論文11緒論為了提高系統(tǒng)管理的先進性和安全性，計算機工業(yè)自動控制和檢測系統(tǒng)越來越多地采用集總分散系統(tǒng)。較為常見的形式是由一臺作管理用的上位主計算機(主機)和多臺直接參與控制檢測的下位從計算機(從機)構成的主從式多機系統(tǒng)，主機和從機之間以通訊的方式來協(xié)調(diào)工作。主機的作用一是要向從機發(fā)送各種命令及參數(shù)；二是要及時收集、整理和分析從機發(fā)回的數(shù)據(jù)，供進一步?jīng)Q策和報表。從機被動地接收、執(zhí)行主機發(fā)來的命令，并且根據(jù)主機的要求向主機回傳相應的實時數(shù)據(jù)，報告其運行狀態(tài)1。1.1本課題選取的目的及意義由于計算機工業(yè)自動控制和檢測系統(tǒng)越來越多地采用集總分散系統(tǒng)，而主從式是其中最為普遍的一種方式。51單片機由于其出色的性能和便宜的價格，目前仍然是國內(nèi)用的最為廣泛的8位單片機類型，因此選取基于51單片機的主從通信系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)這個課題是十分有意義的。通過這個課題，不僅對51單片機有了一個比較系統(tǒng)的認識與了解，還可以將所學習的單片機和C語言的有關知識應用到具體的實際中去。同時，通過本次課題，還可以對主從通信有一個大體上的認識了解。通過查找資料，可以學習到各種各樣的主從通信的方法，也可以通過對比學習到具體實際情況下各種方法的具體應用。隨著計算機系統(tǒng)的應用和微機網(wǎng)絡的發(fā)展,通信功能越來越顯的重要。通信既包括計算機與外部設備之間,也包括計算機和計算機之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息,所用的傳輸線少,并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進行信息傳送,因此,特別適合于遠距離傳輸.對于那些與計算機相距不遠的人機交換設備和串行存儲的外部設備如終端、打印機、邏輯分析儀、磁盤等,采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普遍。在實時控制和管理方面,采用多臺微機處理機組成分級分布控制系統(tǒng)中,各CPU之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機應用系統(tǒng)常用的接口。本次課題的設計所采用的方法是用串口通信的方法來實現(xiàn)主從式總線通信系統(tǒng)的。這是因為用串行總線技術可以使集總分散系統(tǒng)的硬件設計大大簡化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時，系統(tǒng)的更改和擴充極為容易。MCS-51系列單片機，由于內(nèi)部帶有一個可用于異步通訊的全雙工的串行通訊接口，因此可以很方便地構成一個主從式多機系統(tǒng)。單片機串口通信畢業(yè)論文21.2目前國內(nèi)外本課題研究狀況由于計算機工業(yè)自動控制和檢測系統(tǒng)越來越多地采用集總分散系統(tǒng)，而主從式是其中最為普遍的一種方式，因此各種各樣主從式總線通信系統(tǒng)的方法不斷涌現(xiàn)。目前比較常用的有利用IIC總線傳輸協(xié)議設計的主從式總線通信系統(tǒng)，還有的是利用SPI總線傳輸協(xié)議和USB協(xié)議以及串口通信等設計的主從式總線通信系統(tǒng)。由于主從式總線通信系統(tǒng)采用的的方法眾多，因此目前國內(nèi)外一般是根據(jù)實際情況而采用不同的方法去實現(xiàn)主從式通信系統(tǒng)的功能。比如，如果要設計的主從式通信系統(tǒng)只是在小范圍內(nèi)傳送數(shù)據(jù)，甚至只是在板間傳送數(shù)據(jù)，或者要求使用的I/O口很少，而對于數(shù)據(jù)的抗干擾能力的要求不是很高的話，則采用IIC總線傳輸協(xié)議是最合適不過的了2。IIC總線支持任何一種IC制造工藝，并且PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的I2C兼容芯片。作為一個專利的控制總線，IIC已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標準。每個器件都有一個唯一的地址，而且可以是單接收的器件（例如：LCD驅動器）或者可以接收也可以發(fā)送的器件（例如：存儲器）。發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作，這取決于芯片是否必須啟動數(shù)據(jù)的傳輸還是僅僅被尋址。IIC是一個多主總線，即它可以由多個連接的器件控制?；镜腎2C總線規(guī)范于20年前發(fā)布，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高為100Kbits/s，采用7位尋址。但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應用功能的迅速增加，I2C總線也增強為快速模式（400Kbits/s）和10位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求。IIC總線始終和先進技術保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近還增加了高速模式，其速度可達3.4Mbits/s。它使得IIC總線能夠支持現(xiàn)有以及將來的高速串行傳輸應用，例如EEPROM和Flash存儲器。而如果需要遠距離傳輸數(shù)據(jù)，且對數(shù)據(jù)傳送的抗干擾能力要求有點高，則可以使用RS-422或者RS-485協(xié)議進行主從式通信系統(tǒng)的設計。另外，USB協(xié)議則是一種比較新型、快速、靈活的總線傳輸方法，此通信系統(tǒng)通常只有一個主機，利用此方法設計的通信系統(tǒng)有如下特點：(1)適用范圍廣泛，適用于數(shù)碼相機，高速數(shù)據(jù)采集等多種設備；(2)支持熱拔插，且此過程由系統(tǒng)自動完成，無需用戶干預；(3)采用菊花鏈式的星型總線結構，支持多達127個外設同時連接；(4)1.5Mbps、12Mbps和480Mbps的3種速度模式，可以滿足不同外設對速度的要求3。USB發(fā)展到今天，總共有三種標準：1996年發(fā)布的USB1.0，1998年發(fā)布的USB1.1以及剛剛發(fā)布的最新標準USB2.0，此三種標準最大的差別就在于數(shù)據(jù)傳輸率方面，在其它方面也有不同程度的改進，總體來說，就目前的USB2.0而言，已經(jīng)擁有什么出眾的性能與傳輸速率。USB數(shù)據(jù)線由兩對線組成，一對數(shù)單片機串口通信畢業(yè)論文3據(jù)線，一對電力線，通過電力線可以為USB設備提供5V電壓，允許通過最大電流為500mA，這個數(shù)字不算很大，但好在聊勝于無，可以滿足一些耗電量較少的設備的需求，通過特殊的USB互聯(lián)設備，我們還可以用USB口實現(xiàn)雙機聯(lián)網(wǎng)，速度是USB1.1的標準達12Mbps（1.5MB/S），可惜僅能進行簡單的數(shù)據(jù)交換，不能稱做真正的網(wǎng)絡。當所要設計的主從式總線通信系統(tǒng)采用譬如MSP430單片機當主機或者從機時，由于此單片機具有支持SPI的片內(nèi)串行通信接口，所以可以采用SPI總線傳輸協(xié)議進行設計。SPI是英語SerialPeripheralinterface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，比如AT91RM9200。串行外圍設備接口SPI是一種同步串行接口，因其硬件功能強，與SPI有關的軟件就相當簡單，可使MSP430單片機有更多的時間處理其他任務。此時，所設計的系統(tǒng)擁有極低的功耗，豐富的片內(nèi)外設，卓越的工作性能和方便靈活等優(yōu)點4。1.3本文的主要工作本次畢業(yè)設計的主要工作是設計出一個51單片機總線式主從通信系統(tǒng)。實現(xiàn)基于主從總線的數(shù)據(jù)傳送，除了實現(xiàn)主機與從機間的數(shù)據(jù)傳送外，還實現(xiàn)從機到從機的數(shù)據(jù)傳送的功能。為了方便起見，先設計一個一主兩從的通信系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)的硬件原理圖，并且在此原理圖的基礎上設計出軟件實現(xiàn)此功能。至于更加復雜的主從式多機系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)可以在此系統(tǒng)的基礎上進行擴展實現(xiàn)。在本次主從式通信系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)過程中，首先要做的工作是設計出一個主從式通信系統(tǒng)的硬件原理框圖，然后在此原理框圖的基礎上