單片機(jī)串口通信畢業(yè)論文I單片機(jī)串口通信畢業(yè)論文單片機(jī)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(guān)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(jī)的串行口的結(jié)構(gòu).133.3.280C51串行口的控制寄存器.133.3.380C51單片機(jī)串行口的工作方式.153.4方案選取.174主從通信系統(tǒng)設(shè)計.184.1硬件原理圖設(shè)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(jié).24致謝.25參考文獻(xiàn).26附錄.27單片機(jī)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(jìn)行，而把監(jiān)控結(jié)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(jī)做主機(jī)，兩個單片機(jī)做從機(jī)的小型主從式總線通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了主從機(jī)之間的通信，而且實現(xiàn)了從機(jī)之間的通信。本文以主從式通信系統(tǒng)的分析與設(shè)計為主線，首先了解串行通信理論的有關(guān)概念，由此引出了多臺設(shè)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(jī)之間的串行通信設(shè)計。主從式通信的程序由兩部分組成，一部分是主機(jī)的串行通信程序，別一部分是從機(jī)的串行通信程序。因此要設(shè)計一個協(xié)議管理主從機(jī)之間的通信。通信協(xié)議的設(shè)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(shè)計通過通信協(xié)議進(jìn)行管理，可以對主從機(jī)之間的通信進(jìn)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(shè)計了主機(jī)向從機(jī)發(fā)送通信方式的命令格式，從機(jī)向主機(jī)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(guān)鍵字：主從式，多機(jī)通信，RS-232串行數(shù)據(jù)通信單片機(jī)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(jī)串口通信畢業(yè)論文11緒論為了提高系統(tǒng)管理的先進(jìn)性和安全性，計算機(jī)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(jī)(主機(jī))和多臺直接參與控制檢測的下位從計算機(jī)(從機(jī))構(gòu)成的主從式多機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)和從機(jī)之間以通訊的方式來協(xié)調(diào)工作。主機(jī)的作用一是要向從機(jī)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(jī)發(fā)回的數(shù)據(jù)，供進(jìn)一步?jīng)Q策和報表。從機(jī)被動地接收、執(zhí)行主機(jī)發(fā)來的命令，并且根據(jù)主機(jī)的要求向主機(jī)回傳相應(yīng)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(jī)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(jī)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(jī)類型，因此選取基于51單片機(jī)的主從通信系統(tǒng)的設(shè)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(jī)有了一個比較系統(tǒng)的認(rèn)識與了解，還可以將所學(xué)習(xí)的單片機(jī)和C語言的有關(guān)知識應(yīng)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(rèn)識了解。通過查找資料，可以學(xué)習(xí)到各種各樣的主從通信的方法，也可以通過對比學(xué)習(xí)到具體實際情況下各種方法的具體應(yīng)用。隨著計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,通信功能越來越顯的重要。通信既包括計算機(jī)與外部設(shè)備之間,也包括計算機(jī)和計算機(jī)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(jìn)行信息傳送,因此,特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸.對于那些與計算機(jī)相距不遠(yuǎn)的人機(jī)交換設(shè)備和串行存儲的外部設(shè)備如終端、打印機(jī)、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(jī)處理機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口。本次課題的設(shè)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(shù)可以使集總分散系統(tǒng)的硬件設(shè)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(kuò)充極為容易。MCS-51系列單片機(jī)，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(gòu)成一個主從式多機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)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(jī)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(shè)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(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)。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(qū)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。基本的I2C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(yīng)用功能的迅速增加，I2C總線也增強(qiáng)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(jìn)技術(shù)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(dá)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(yīng)用，例如EEPROM和Flash存儲器。而如果需要遠(yuǎn)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(jìn)行主從式通信系統(tǒng)的設(shè)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(jī)，利用此方法設(shè)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(jī)，高速數(shù)據(jù)采集等多種設(shè)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(yù)；(3)采用菊花鏈?zhǔn)降男切涂偩€結(jié)構(gòu)，支持多達(dá)127個外設(shè)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(shè)對速度的要求3。USB發(fā)展到今天，總共有三種標(biāo)準(zhǔn)：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(biāo)準(zhǔn)USB2.0，此三種標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)，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(jī)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(shè)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(shè)備的需求，通過特殊的USB互聯(lián)設(shè)備，我們還可以用USB口實現(xiàn)雙機(jī)聯(lián)網(wǎng)，速度是USB1.1的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)12Mbps（1.5MB/S），可惜僅能進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)交換，不能稱做真正的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)所要設(shè)計的主從式總線通信系統(tǒng)采用譬如MSP430單片機(jī)當(dāng)主機(jī)或者從機(jī)時，由于此單片機(jī)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(jìn)行設(shè)計。SPI是英語SerialPeripheralinterface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)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(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉(zhuǎn)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(shè)備接口SPI是一種同步串行接口，因其硬件功能強(qiáng)，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單，可使MSP430單片機(jī)有更多的時間處理其他任務(wù)。此時，所設(shè)計的系統(tǒng)擁有極低的功耗，豐富的片內(nèi)外設(shè)，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(shè)計的主要工作是設(shè)計出一個51單片機(jī)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(jī)與從機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送外，還實現(xiàn)從機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送的功能。為了方便起見，先設(shè)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(chǔ)上設(shè)計出軟件實現(xiàn)此功能。至于更加復(fù)雜的主從式多機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)可以在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展實現(xiàn)。在本次主從式通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程中，首先要做的工作是設(shè)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(chǔ)上