单片机串口通信

题目： 单片机串口通信

院  （系）   工学院                       

专    业     电子信息工程                       

年    级     10-1                     

姓    名       学  号          

指导教师                            

  2013 年 12 月 6 日

电子信息工程专业10级学生单片机原理课程设计任务书

                                                                                    （2013年秋季）

摘要………………………………………………………………………………………2

英文摘要…………………………………………………………………………………3

一  总体设计……………………………………………………………………………4

1   设计要求……………………………………………………………………………4

2   设计方案……………………………………………………………………………4

二  硬件设计……………………………………………………………………………4

1   51单片机串行通信功能 …………………………………………………………4

2   MAX232芯片…………………………………………………………………………6

3   整体电路设计………………………………………………………………………7

三  软件设计……………………………………………………………………………8

1  串行通信软件实现……………………………………………………………………8

2  程序流程图……………………………………………………………………………8

四  联合调试……………………………………………………………………………11

五  结语…………………………………………………………………………………11

六  附录…………………………………………………………………………………12

摘要

串行通信是单片机的一个重要应用。本次课程设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现双片单片机串行通信。通信的结果实用数码管进行显示，数码管采用查表方式显示。两个单片机之间采用RS485进行双机通信。在通信过程中，使用通信协议进行通信。

关键词：51单片机，串行通信，接口

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C51，采用RS485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MAX485将TTL电平转换为RS485电平输出，经过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用MAX485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

图1.ATC51

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：

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.MAX485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 RS485标准总线接口，将单片机输出的TTL电平转换为RS485标准电平（逻辑1为-15—-5V；逻辑0为+5-—+15V）。用RS485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MAX485是美信公司（MAXIM）生产，专用于进行将TTL电平转换为RS485电平的芯片，MAX485内部有泵电源，能将+5V电源电压在芯片内提高到RS485电平所需的+10V或者-10V电平。

图2.电平转换芯片MAX485

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MAX485将TTL电平转换为RS485电平输出，经过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用MAX485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

主程序开始

从机是否回答BBH？

程序初始化

主机发送AAH

N

主机发送数据，检验和

输出完成？

N

清除标志位

接收方程序流程图

主程序开始

检验和相等？

程序初始化

接收数据，计算检验和

N

发送00H至主机

接收完成？

N

清除标志位

发送FFH，

重新接收

显示

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、结论

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，锻炼了自己思考的能力。

七 参考文献

[1] 谭浩强:《C程序设计（第二版）》，清华大学出版社，2001年。

[2] 胡汉才：《单片机原理及接口技术》，清华大学出版社，1996年。

[3] 谢沅清、解月珍：《电子技术基础》，人民邮电出版社，1999年。

[4] 孙江宏: 《Protel 99 电路设计与应用》，机械工业出版社，2001年。

[5] 何立民: 《单片机应用技术选编》，北京航空航天大学出版社，2006年。

[6] 张毅刚、彭喜源:《MCS-51单片机应用设计》，哈尔滨工业大学出版社，1997年。

[7] 黄亮:“基于ATC51单片机的串口通信程序的设计”，《电子制作》，2006年07期。

六、     附录

1.主机发送程序

#include

unsigned char i;

void main()

{

   TMOD=0X20;

   TH1=0XFE;

   TL1=0XFE;

   SCON=0XD0;

   PCON=0X80;

   TR1=1;

    while(1)

    {

        i=P2;

               SBUF=i;

         while(TI==0);

         TI=0;

         while(P2==i)  ;

    }

 }

主机接受程序

#include

void main()

{

    unsigned char i;

    TMOD=0X20;

    TH1=0XFE;

    TL1=0XFE;

    SCON=0XD0;

    PCON=0X80;

    TR1=1;

    while(1)

    {

       while(RI==0);

       RI=0;

       i=SBUF;

       P2=i;

    }

}

电气信息工程系单片机课程设计成绩评定表

专业：  电子信息工程     班级：   10-1      学号：   10043134   姓名： 王桂鹏